БУРОВОЙ ДЕМПФЕР ПРОДОЛЬНЫХ И КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для гашения продольных и крутильных колебаний инструмента.
Известен буровой амортизатор, включающий корпус, концентрично установленный в нем полый вал, узел передачи крутящего момента от корпуса на вал, размещенный между корпусом и валом упругий узел, содержащий расположенные на одном уровне эластичные элементы, чередующиеся с кольцами и установленные на корпусе и валу диски с выступами, расположенными между упругими элементами; упругий элемент снабжен кольцами с трапециевидным сечением, установленными над и под выступами дисков корпуса и вала, причем выступы последних выполнены трапециевидного сечения, а эластичные элементы - в виде пакета колец (патент РФ № 2046925, Е21В 17/07,  27.10.1995).
Недостатком этого технического решения является его конструктивная сложность и недостаточная надежность. Стальные кольца, расположенные между эластичными упругими элементами, препятствуют гашению крутильных и радиальных колебаний. Поэтому фактически данный амортизатор работает только в продольном направлении. Также следует отметить, что крепление амортизирующих дисков в корпусе гайкой, переносящей значительные осевые нагрузки в процессе бурения, является ненадежным решением.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является буровой амортизатор, включающий корпус и вал, образующие между собой полость, в которой размещен упругий материал, в средней части корпуса выполнена расточка, а с торца, обращенного к валу, выполнены продольные пазы, открытые в расточку, а на валу в нижней части выполнены выступы, размещенные в расточке, а выше с угловым смещением относительно выступов выполнены кулачки, взаимодействующие с продольными пазами, причем между поверхностью расточки и выступами и между поверхностью продольных пазов и кулачками образованы аксиальные и боковые зазоры, заполненные упругим материалом, в верхних и нижних частях корпуса вала образованы посадочные поверхности, ограничивающие их поперечные перемещения друг относительно друга (патент РФ № 2100563, Е21В 17/07, оп. 27.12.1997).
Недостатком этого технического решения является сообщение внутренней полости, заполняемой упругим материалом, с внешней агрессивной средой. Из-за этого может начаться размыв упругого материала и последующая потеря инструмента в скважине. Также в данной конструкции отсутствует предохранительный замок, сохраняющий работоспособность инструмента при возможном разрушении упругого элемента.
Целью предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и повышение ее надежности.
Указанная цель достигается тем, что в буровом демпфере продольных и крутильных колебаний, включающем корпус и вал, образующие между собой закрытую от взаимодействия с внешней средой полость, в которой находится упругий элемент, согласно полезной модели полость для размещения упругого элемента образована зазорами между многозаходными винтовыми шлицами, расположенными на конической поверхности корпуса и вала соответственно.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид с разрезом; на фиг. 2 показан корпус бурового демпфера с разрезом; на фиг. 3 - вал бурового демпфера с разрезом; на фиг. 4 - поперечное сечение устройства.
Буровой демпфер состоит из корпуса 1, вала 2, резинового уплотнения 3, упругого элемента 4 и шарикового замка 5. Корпус 1 имеет присоединительную замковую резьбу 6 к колонне бурильных труб, центрирующие цилиндрические площадки 7 и 8, многозаходные винтовые шлицы 9, расположенные на конической поверхности корпуса 1, паз под шариковый замок 10, отверстие под закладку шариков 11 и отверстие 12 под заливку упругого элемента 4, которое заваривается после его заливки. На валу 2 выполнены ответные элементы в виде присоединительной замковой резьбы 13, центрирующих цилиндрических площадок 14 и 15, многозаходных винтовых шлицов 16, расположенных на конической поверхности вала 2, паза 17 под шариковый замок 5 и пазов 18, 19 под резиновое уплотнение 3. Корпус 1 и вал 2 способны перемещаться относительно друг друга в осевом и тангенциальном направлениях. Упругий элемент 4, например полиуретан или другой схожий по характеристикам материал, размещается в полостях, образованных между многозаходными винтовыми шлицами 9 и 16. Заливка упругого элемента 4 производится в жидком состоянии через отверстие 12, а после его застывания устройство становится неразборным. За счет спиральности многозаходных винтовых шлицов 9 и 16 упругий элемент 4, заполняющий зазоры между ними, гасит осевые и крутильные колебания. Применение многозаходных винтовых шлицов 9 и 16, при этом расположенных на конических поверхностях корпуса 1 и вала 2 соответственно, позволяет значительно сократить габаритные размеры устройства, что положительно сказывается на точности ориентирования ствола скважины. Центрирующие цилиндрические площадки 14 и 15 обеспечивают прямолинейность бурения скважины и предотвращают изгиб демпфера в корпусе и на валу. В качестве предохранительного элемента от разъединения корпуса 1 и вала 2 при усталостном разрушении упругого элемента 4 предусмотрен шариковый замок 5, перемещающийся в диапазоне рабочего хода демпфера.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
В процессе работы буровой демпфер воспринимает одновременно осевые нагрузки и нагрузки, созданные крутящим моментом. Эти нагрузки передаются от корпуса демпфера 1, упругого элемента 4 и вала демпфера 2 на породоразрушающий инструмент. Благодаря винтовой форме многозаходных шлицов 9 и 16 упругий элемент 4, расположенный в полостях между ними, одновременно работает в двух направлениях - осевом и тангенциальном. В результате этого происходит гашение продольных и крутильных колебаний, возникающих в процессе работы бурового инструмента по горной породе. А взаимосвязь межшлицевых полостей, заполненных упругим элементом 4, используется как в процессе заливки, так и при работе демпфера, делая распределение нагрузки равномерной по всему объему, тем самым увеличивая надежность устройства и срок его службы.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить ресурс породоразрушающего инструмента за счет эффективного гашения продольных и крутильных колебаний. Предлагаемое устройство имеет минимум деталей, что значительно упрощает конструкцию бурового демпфера, позволяет выполнить его достаточно компактным, повысить надежность и безаварийность работы. Все это, в свою очередь, позволяет снизить себестоимость готового изделия, тем самым повышая технико-экономические показатели строительства скважин.