АМОРТИЗАТОР НАДДОЛОТНЫЙ
AT-BIT DAMPING DEVICE

Изобретение относится к области бурового оборудования для поглощения вредных вибраций долота и бурильной колонны. Изобретение относится к наддолотным амортизаторам и может быть использовано в различных отраслях производства, в том числе для обеспечения безаварийного процесса бурения скважин.
Известен амортизатор наддолотный (патент RU № 108087, опубл. 10.09.2011), включающий корпус, в котором размещен вал, контактирующий с ниппельной гайкой посредством шлицевого соединения, внутри корпуса размещены ряды амортизирующих элементов в виде колец прямоугольного профиля, которые разделены металлическими дисками, а весь пакет колец и дисков закреплен в корпусе верхним переводником и ниппельной гайкой.
Недостатком конструкции является то, что резиновые кольца при воздействии ударных нагрузок могут потерять целостность при плотном закреплении на вале. Вследствие чего, не будет обеспечена амортизирующая способность устройства и снизится жесткость конструкции амортизатора.
Известен буровой наддолотный амортизатор (патент SU № 1816023, опубл. 20.10.1995), включающий корпус, расположенный в его полости ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость, а меньшей полость для размещения упругого элемента, и камеру гидравлической разгрузки, сообщающуюся с затрубным пространством.
Недостатком данного амортизатора является гибкая стенка, выполненная из резиновой мембраны, которая снижает надежность конструкции амортизатора при его эксплуатации.
Известен буровой наддолотный амортизатор (патент RU № 2015294, опубл. 30.06.1994 г.), включающий корпус, расположенный в его полости ступенчатый вал, образующий с корпусом своей большей ступенью шлицевую полость и меньшей ступенью - полость для размещения упругого элемента, содержащую установленные друг над другом ряды резиновых шаров, чередующиеся с металлическими дисками, закрепленными на валу и в корпусе, камеру гидравлической разгрузки и камеру с гибкой стенкой, гидравлически связанную с шлицевой камерой.
Недостатками конструкции данного устройства является наличие камеры гидравлической разгрузки, заполняющейся буровым раствором, негативно влияющего на резиновые элементы, и размывает внутреннюю полость амортизатора. Сложность конструкции, по сравнению с предлагаемым устройством, ограничивает возможности промыслового использования и обслуживания известного амортизатора. Наличие отверстий на меньшей ступени вала снижает надежность конструкции амортизатора при ударных нагрузках на сжатие и кручение.
Известен гидромеханический амортизатор (патент RU № 2255197, опубл. 27.06.2005 г.), включающий корпус, в нижней части которого расположены ряды амортизирующих элементов в виде шаров, которые разделены металлическими кольцами. Вверху нижней части корпуса расположен поршень, образующий с валом и верхней частью корпуса герметичную гидравлическую камеру, предназначенную для создания дополнительной амортизирующей способности и заполненную дизельным маслом, которое подается через гидропротоки, расположенные в верхней части корпуса.
Недостатками конструкции данного устройства является то, что все амортизирующие элементы в связи с их идентичными жесткостными свойствами, работают параллельно, т.е. имеют возможность гасить вибрации узкого спектра частот.
Известен наддолотный амортизатор (авторское свидетельство SU № 312038, опубл. 19.08.1971), принятый за прототип, включающий корпус с промывочным каналом, верхняя и нижняя части которого соединены резьбой, обратный клапан плавающего поршня, имеющий верхний уплотнительный элемент, разгрузочную втулку коробчатого сечения и образующую с внутренним цилиндром корпуса полость, соединенную с промывочным каналом отверстиями, и набор упругих и металлических колец, полого штока, снабженного внизу замковой резьбой под долото и вверху толкателем.
Недостатком данного амортизатора является наличие в конструкции переходника с плоской поверхностью, при движении бурового раствора через патрубок в переходник возникает область гидравлических сопротивлений в камере между патрубком и переходником. Вследствие чего, образования гидравлических сопротивлений снижается амортизационная способность устройства. Вращение корпусу амортизатора от вала передается через радиальные выступы и упругие пластинчатые элементы, которые могут быстро износиться в процессе эксплуатации.
Техническим результатом является создание устройства, повышающего эффективность бурения скважин, в том числе в интервалах перемежающихся по прочности пропластков горных пород.
Технический результат достигается тем, что внутри корпуса установлен вал, который сверху и снизу герметизирован уплотнительными кольцами и зафиксирован относительно исходного положения пружиной, которая смонтирована вокруг вала и внутренней поверхности нижней части корпуса, и дилатантной жидкостью, которая находится в нижней части корпуса, а поршень выполнен в виде увеличенного диаметра центральной части вала.
Устройство наддолотного амортизатора поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - структурная схема устройства наддолотного амортизатора;
фиг. 2 - вид по сечению наддолотного амортизатора, где:
1 - бурильная труба;
2 - верхняя часть корпуса;
3 - уплотнительное кольцо;
4 - пружина;
5 - нижняя часть корпуса;
6 - поршень,
7 - вал;
8 - дилатантная жидкость;
9 - калибратор;
10 - долото.
Устройство наддолотного амортизатора (фиг. 1) включает корпус, состоящий из двух частей - верхней части корпуса 2 и нижней части корпуса 5, герметично соединенных конической резьбой. На верхней части корпуса 2 закреплена при помощи конического резьбового соединения бурильная колонна 1, выполненная, например, из стали. Внутри корпуса установлен вал 7, с возможностью перемещения по шлицевым пазам (фиг. 2). Центральная часть вала 7 (фиг. 1) выполнена с увеличенным диаметром - поршень 6. Вал 7 сверху и снизу герметизирован уплотнительными кольцами 3 и зафиксирован относительно исходного положения в корпусе пружиной 4, смонтированной вокруг вала 7 и внутренней поверхности нижней части корпуса 5, и дилатантной жидкостью 8, находящейся в нижней части корпуса 5. Под нижней частью корпуса 5 на валу 7 при помощи резьбового соединения закреплен калибратор 9, к которому, с возможностью съема через переводник (на фигуре не показан), закреплено долото 10.
Устройство работает следующим образом. При нагружении бурильной трубы 1, под действием ударных осевых нагрузок и вибраций на долото 10 и боковых вибраций на калибратор 9, передающихся на вал 7, производится движение поршня 6 и вала 7 со скольжением в верхнюю часть корпуса 2 по уплотнительным кольцам 3 с одновременным сжатием пружины 4, приводящим к перетеканию дилатантную жидкость 8 в нижнюю часть корпуса 5 через шлицевую полость вала 7.
Устройство повышает эффективность бурения скважин за счет снижения вибраций бурильной колонны, путем деформации пружины, затухания упругих волн в среде дилатантной жидкости, преодоления сил внутреннего трения рабочей жидкости, вовлекаемой в колебательное движение при перемещениях вала  относительно корпуса, а также гидравлических сопротивлений, проявляющихся при перетекании рабочей жидкости между полостями амортизатора.