Амортизатор наддолотный

Полезная модель относится к устройствам, применяемым для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно, к гидромеханическим амортизаторам наддолотного типа, и может быть использована для уменьшения ударной нагрузки на долото и снижения вибраций, возникающих в бурильной колонне при бурении наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.
Известен амортизатор наддолотный, включающий корпус, телескопически связанный с ним сердечник, размещенные в корпусе пакеты тарельчатых пружин, стопоры, приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, включающее нажимной узел, средство для передачи крутящего момента на рабочий инструмент в виде шлицевого соединения, при этом шлицевые пазы шлицевого соединения выполнены на корпусе, а выступы - на сердечнике, причем нажимной узел дополнительно содержит трубку, регулировочную втулку, причем сердечник, соединенный посредством резьбы с трубкой и размещенный на трубке поршень выполнены с возможностью образования маслонаполненной камеры совместно с корпусом, на трубке размещен ограничитель движения поршня, указанные стопоры расположены на сердечнике, сердечник и поршень снабжены уплотнительными элементами, корпус выполнен с возможностью его соединения с рабочим инструментом, а телескопически связанный с ним сердечник выполнен с возможностью его соединения с бурильной колонной (патент RU 97162, МПК Е21В 17/07, опубл. 27.08.2010 г.).
Наиболее близким по совокупности признаков является амортизатор для бурильных колонн (патент RU 2467150, МПК Е21В 17/07, опубл. 20.11.2012 г.). Амортизатор содержит трубчатый корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри трубчатого корпуса полую оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи вращающего момента между трубчатым корпусом и полой оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, через трубчатый корпус и полую оправку прокачивается буровой раствор под давлением, а также содержащий пружинный механизм между трубчатым корпусом и полой оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом трубчатого корпуса и пружинным механизмом, указанные наружные трубчатые элементы, имеющие расположенные вдоль верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях указанного пружинного механизма, верхний упорный торец первого трубчатого элемента и нижний торец второго трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие указанный пружинный механизм при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, верхний упорный торец второго трубчатого элемента и нижний упорный торец первого трубчатого элемента, одновременно зацепляющие и нагружающие указанный пружинный механизм при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, установленный между внутренней поверхностью трубчатого корпуса и наружной поверхностью полой оправки, реагирующий на давление бурового раствора, прокачиваемого внутри полой оправки и трубчатого корпуса, что способствует растяжению трубчатого корпуса и полой оправки относительно друг друга, а также содержащий уплотнения в верхней части между трубчатым корпусом и полой оправкой и камеру для рабочей жидкости, ограниченную уплотнениями в верхней части трубчатого корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между трубчатым корпусом и полой оправкой, и упорное кольцо, установленное на внутреннем трубчатом элементе, составляющем нижнюю часть полой оправки. Внутри трубчатого корпуса, между нижним упорным торцом трубчатого корпуса и нижним торцом пружинного механизма установлены упорная поршневая гильза с верхним и нижним упорными торцами и опорная пята с опорным торцом, опорный торец опорной пяты и нижний упорный торец полой оправки одновременно контактируют с нижним торцом пружинного механизма, наружные трубчатые элементы, в которых установлены упорная втулка, пружинный механизм, опорная пята и упорная поршневая гильза, выполнены в виде цельного модуля, а кольцевой поршень установлен с возможностью продольного перемещения внутри упорной поршневой гильзы, при этом вращательный привод для передачи момента между трубчатым корпусом и полой оправкой при продольном перемещении относительно друг друга снабжен ударным кольцом, установленным в полой оправке с возможностью продольного перемещения полой оправки с ударным кольцом внутри упорной втулки. Принято за прототип.
Недостатки известных амортизаторов заключаются в том, что масло или иная техническая жидкость применяется главным образом в качестве смазывающего и антикоррозионного агента, вторичное назначение жидкости - гашение колебаний бурильной колонны - выражено менее слабо и определяется ее вязкостью и величиной зазора между корпусными элементами и штоком.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности долота и других элементов бурильной колонны.
Технический результат - гашение скачков осевой нагрузки и осевых вибраций на бурильную колонну.
Проблема решается, а технический результат достигается амортизатором для бурильной колонны, содержащим трубчатый корпус, выполненный из наружных трубчатых элементов, размещенную внутри трубчатого корпуса полую оправку, выполненную из внутренних трубчатых элементов, телескопически соединенных между собой, элементы для передачи вращающего момента между трубчатым корпусом и полой оправкой при продольном перемещении относительно друг друга, при этом указанные трубчатые элементы оснащены резьбами, причем через трубчатый корпус и полую оправку прокачивается буровой раствор под давлением, а также амортизатор содержит пружинный механизм между трубчатым корпусом и полой оправкой, упорную втулку между верхним упорным торцом трубчатого корпуса и пружинным механизмом, при этом указанные наружные трубчатые элементы имеют верхний и нижний упорные торцы на противоположных краях указанного пружинного механизма, причем верхний упорный торец трубчатого корпуса и нижний торец полой оправки выполнены с возможностью зацепления и нагружения указанного пружинного механизма при продольном сжатии указанных трубчатых элементов относительно друг друга, а верхний упорный торец полой оправки и нижний упорный торец трубчатого корпуса выполнены с возможностью зацепления и нагружения указанного пружинного механизма при растяжении указанных трубчатых элементов относительно друг друга, при этом между внутренней поверхностью трубчатого корпуса и наружной поверхностью полой оправки установлен кольцевой поршень с уплотнениями на наружной и внутренней поверхностях, реагирующий на давление бурового раствора, прокачиваемого внутри полой оправки и трубчатого корпуса, что способствует растяжению трубчатого корпуса и полой оправки относительно друг друга, а между трубчатым корпусом и полой оправкой расположена камера для рабочей жидкости, ограниченная уплотнениями в верхней части трубчатого корпуса и уплотнениями кольцевого поршня между трубчатым корпусом и полой оправкой. В отличие от прототипа наружные трубчатые элементы включают соединенные между собой коническими резьбами крышку амортизатора, переводник шлицевой, гидроцилиндр, переводник нижний, а внутренние трубчатые элементы включают соединенные между собой коническими резьбами вал шлицевой, шток, гайку поджимную, при этом камера для рабочей жидкости представляет собой маслонаполненную полость между трубчатым корпусом и полой оправкой, а кольцевой поршень установлен на полой оправке с возможностью разделения маслонаполненной полости на две части А и Б, причем в поршне установлены радиально расположенные перепускные клапаны, обеспечивающие соединение указанных частей маслонаполненной полости и регулирующие переток масла при перемещении оправки относительно трубчатого корпуса, кроме того, амортизатор содержит в верхней части крышку, в расточке которой установлена грязевая манжета для защиты маслонаполненной полости от попадания абразивных частиц и установлено защитное кольцо с обеспечением улучшенного скольжения и центровки оправки относительно трубчатого корпуса, причем уплотнения кольцевого поршня выполнены в виде поджимной гайки, в проточке которой установлено защитное кольцо с обеспечением улучшенного скольжения и центровки оправки относительно трубчатого корпуса.
Согласно полезной модели:
- элементы для передачи вращающего момента между трубчатым корпусом и полой оправкой при продольном перемещении относительно друг друга включают переводник шлицевой, имеющий внутренние шлицы, и вал шлицевой, имеющий наружные шлицы;
- пружинный механизм между трубчатым корпусом и полой оправкой выполнен в виде блока тарельчатых пружин;
- резьбы выполнены в виде ниппелей или муфт.
Сущность полезной модели поясняет чертеж, где показано:
1 - корпус амортизатора
2 - гидроцилиндр
3 - переводник шлицевой
4 - крышка амортизатора
5 - переводник нижний
6 - вал шлицевой
7 - шток
8 - поршень
9 - клапан перепускной
10 - блок пружин тарельчатых
11 - гайка поджимная
12 - заглушки для герметизации полости между корпусными и внутренними деталями
13 - уплотнения для герметизации полости между корпусными и внутренними деталями
14 - грязевая манжета
15, 16 - подшипники скольжения.
Устройство работает следующим образом.
При касании долотом забоя и последующем увеличении нагрузки нижняя часть компоновки низа бурильной колонны (не показано), куда установлен в том числе амортизатор наддолотный, испытывает сжимающую осевую нагрузку и крутящий момент, необходимый для разрушения горной породы вращательным способом. Под действием осевой силы детали 6, 7, 11 перемещаются относительно корпусных деталей 1-5 вдоль оси амортизатора наддолотного, сжимая блок тарельчатых пружин 10. Одновременно с этим масло перетекает из полости А в полость Б, проходя через перепускные клапаны 9 поршня 8. Крутящий момент передается через шлицевое соединение деталей 3 и 6. При возникновении ударов или вибраций в осевом направлении происходит перемещение полой оправки относительно трубчатого корпуса. Перемещение оправки приводит к сжатию или ослаблению блока тарельчатых пружин 10, и происходит переток масла из полости Б в полость А - при сжатии (и при растяжении - в обратном направлении). Таким образом, энергия удара и вибраций рассеивается на трение между тарельчатыми пружинами 10 и на преодоление гидравлического сопротивления в радиально расположенных клапанах 9 поршня 8.
Технический результат достигается плавностью работы амортизатора, которая обеспечивается применением блока тарельчатых пружин, рабочей жидкости в виде масла и комплекта перепускных клапанов, создающих дополнительное препятствие перетоку масла из полости А в полость Б и обратно.
Защитное кольцо, установленное в расточке крышки, и защитное кольцо, установленное в проточке поджимной гайки 11, обеспечивают улучшенное скольжение и центровку оправки относительно трубчатого корпуса. Радиально расположенные перепускные клапаны 9 в поршне 8 обеспечивают соединение полостей А и Б и регулируют переток масла, возникающий от перемещения оправки относительно трубчатого корпуса. Грязевая манжета 14 обеспечивает защиту маслонаполненной полости, образованной между трубчатым корпусом и оправкой, от попадания абразивных частиц. Перепускные клапаны 9, радиально размещенные в поршне 8, создают дополнительное препятствие перетоку масла и приводят к рассеиванию (потере) гидравлической энергии. Все это ведет к плавности работы амортизатора и, соответственно, гашению скачков осевой нагрузки и осевых вибраций на бурильную колонну.