Виброгаситель-центратор для снижения боковой и крутильной вибрации компоновки низа бурильной колонны

Полезная модель относится к области оборудования для строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к опорно-центрирующим элементам бурильного инструмента.
Известен упругий центратор, который содержит ствол, установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас, имеющий дугообразные опорные планки. Для ограничения прогиба последних служат упоры, которые могут быть выполнены в виде колец, расположенных между торцами радиальных опор и распорной втулки, или в виде кольцевых выступов на распорной втулке. Упоры могут располагаться на внутренней поверхности опорных планок и быть съемными. При спуске инструмента в скважину опорные планки каркаса деформируются по всей длине, поэтому их жесткость на изгиб невелика. При бурении искривленного ствола скважины деформируются только центральные части опорных планок -между упорами, что приводит к резкому увеличению их изгибной жесткости (патент RU №2088742, Е21В 17/10, оп. 27.08.1997).
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности вращения центрирующих элементов независимо от вращения бурильной колонны. При этом уменьшается способность создавать эффект гашения вибраций, что приводит к снижению работоспособности конструкции упругого центратора. Также, у данной конструкции в связи с наличием свободного пространства между лопастью и стволом, существует вероятность забития вышеуказанного пространства шламом, что приводит к невозможности деформации упругих элементов.
Известен центратор бурильного инструмента, который содержит корпус и установленную на корпусе с возможностью вращения на замковых шариковых подшипниках и ограниченного осевого перемещения втулку с центрирующими ребрами, оснащенными износостойким материалом. Осевое перемещение втулки обеспечивается за счет увеличения ширины беговых дорожек подшипников на корпусе по сравнению с аналогичными дорожками на втулке на величину этого перемещения (патент RU №2088742, Е21В 17/10, оп. 27.02.1996).
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности демпфирования боковых колебаний. Это негативно сказывается на способности центраторагасить колебания и предохранять компоновку низа бурильной колонны от воздействия боковых перемещений. Постоянный диаметр центратора увеличивает риск непрохождения компоновки низа бурильной колонны в суженых участках ствола скважины и невозможности стабилизации в участках с высоким коэффициентом кавернозности.
Наиболее близкой к патентуемой полезной модели является конструкция виброгасителя-центратора бурильного инструмента, описанного в патенте RU №2106469, Е21В 17/10, оп. 10.03.1998, и выбранная в качестве прототипа. Прототип содержит корпус с осевым и радиальным каналами, установленную с возможностью вращения центрирующую втулку с ребрами и расположенный между центрирующей втулкой и корпусом износостойкий упругий элемент с продольными пазами, причем согласно изобретению в осевом канале корпуса, выше радиального канала установлена насадка, снабженная тангенциальными каналами, а в радиальном канале установлена выдвижная насадка с калиброванным отверстием.
Недостатком конструкции прототипа является создание дополнительного перепада давления на виброгасителе-центраторе, что приводит к росту давлений в системе циркуляции бурового раствора, подверженность абразивному износу внутреннх полостей деталей виброгасителя-центратора из за постоянной циркуляции бурового раствора через тангенциальные отверстия, что снижает надежность работы выброгасителя-центратора.
Задачей полезной модели является создание конструкции виброгасителя-центратора с достижением следующего технического результата: повышение надежности работы центратора.
Указанная задача достигается тем, что в виброгасителе-центраторе для снижения боковой и крутильной вибрации компоновки низа бурильной колонны, включающем в себя корпус, присоединительные переводники с резьбой, лопасти и демпфирующие элементы, согласно полезной модели, корпус закреплен на переводниках подвижно с возможностью вращения, независимо от бурильной колонны, а демпфирующие элементы в виде рессорных пружин расположены под лопастями.
Благодаря тому, что корпус виброгасителя-центратора закреплен на переводниках таким образом, что имеет возможность вращаться независимо от бурильной колонны, а лопасти виброгасителя-центратора подпружинены рессорными пружинами, что позволяет демпфировать боковые колебания и дает возможность виброгасителю-центратору уменьшаться в диаметре при прохождении участков сужения и искривления скважины. Так как отсутствуют свободные полости между лопатками виброгасителя-центратора и при этом есть возможность варьирования диаметра лопастей, и при отсутствуют каналы для циркуляции жидкости, данная конструкция позволяет увеличить качество демпфирования боковых и крутильных колебаний. Поверхность лопастей армирована твердым материалом, что увеличивает их стойкость к износу.
На прилагаемой фигуре показана конструкция виброгасителя-центратора, как пример реализации полезной модели.
Виброгаситель-центратор включает в себя нижний переводник 1, оснащенный резьбой 2 для присоединения к бурильной колонне, и верхний переводник 3, оснащенный резьбой 4 для присоединения к бурильной колонне, переводники сворачиваются между собой с помощью высокомоментного правого резьбового соединения 5, переводники 1,3 осуществляют передачу крутящего момента и осевых нагрузок по бурильной колонне и вращаются в ее составе. Между переводниками 1 и 3 подвижно закреплен корпус 6, который может вращаться независимо от бурильной колонны. Между корпусом 6 и переводниками 1 и 3 установлены плавающие втулки 7 и плавающие шайбы 8, которые выполнены из антифрикционного материала и обеспечивают снижение коэффициента трения между корпусом 6 и переводниками 1 и 3. Полость 9, образуемая корпусом 6 и переводниками 1 и 3 заполнена консистентной смазкой, и герметизирована с помощью двух уплотнительных элементов 10. В корпусе 6 выполнены несколько пазов 11, в которые помещены рабочие лопасти 12. Лопасти 12 вращаются заодно с корпусом 6, и имеют относительно него одну степень свободы - перемещение от оси виброгасителя-центратора и обратно. Для этого лопасти 12 зафиксированы в корпусе 6 при помощи пальцев 13. При этом отверстия для пальцев 13 в самой лопасти 12 выполнено с зазором 14, который позволяет лопастям 12 перемещаться по направлению от оси и к оси виброгасителя-центратора, когда это необходимо. Между лопастями 12 и корпусом 6 установлено по несколько рессорных пружин 15, упругость которых соответствует ожидаемым нагрузкам на рабочую лопасть 12. Поверхность 16 лопастей 12 может быть армирована твердосплавными зубками, наплавочным материалом, или алмазными резцами, в зависимости от ожидаемой абразивности горных пород.
Работа устройства заключается в следующем.
Виброгаситель-центратор включается в состав компоновки низа бурильной колонны через рассчитанные промежутки. В процессе спуска инструмента в скважину, лопасти 12, в случае необходимости, могут перемещаться поперечно оси виброгасителя-центратора, тем самым обеспечивая уменьшение внешнего диаметра для прохождения через суженные участки скважины. При бурении вертикального участка скважины происходит центрирование компоновки низа бурильной колонны. При бурении искривленного участка виброгаситель-центратор попеременно касается лопастями 12 стенок скважины, которые за счет рессорных пружин 15 демпфируют колебания и центрируют бурильный инструмент.
Использование предлагаемой полезной модели обеспечивает надежное демпфирование боковых и крутильных колебаний, высокую продолжительность работы и свободное прохождение участков сужения и искривления скважины, что повышает надежность работы виброгасителя-центратора.