АМОРТИЗАТОР НАДДОЛОТНЫЙ

Полезная модель относится к техническим средствам для бурения нефтяных и газовых скважин и предназначено для снижения динамических нагрузок на долото, а также для увеличения стойкости рабочего инструмента.
Амортизатор наддолотный устанавливается между долотом и бурильной колонной.
Известен гидромеханический амортизатор, содержащий корпус, в нижней части которого расположен вал, образующий с гайкой, взаимодействующей с ним через шлицевое соединение, зазор, внутри нижней части корпуса расположены ряды амортизирующих элементов в виде шаров, которые разделены металлическими кольцами, вверху нижней части корпуса с амортизирующими элементами 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 (патент РФ №2255197, МПК Е21В 17/07, публ. 27.06.2005 г.).
Недостатком данного амортизатора является то, что применяемые в качестве амортизирующих элементов резиновые шары не обладают высокой износостойкостью. Ухудшение свойств резины снижает амортизирующую способность упругих элементов и уменьшает срок службы амортизатора, поэтому при бурении глубоких и сверхглубоких скважин в условиях высоких температур и давлений, а также в среде сероводорода и нефтепродуктов применять их нецелесообразно.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является амортизатор наддолотный, включающий корпус - наружную трубу, телескопически связанный с ним сердечник - внутреннюю наружную трубу, телескопически связанный с ним сердечник - внутреннюю трубу, размещенные в корпусе пакеты тарельчатых пружин, стопоры, приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, включающее центрирующую трубу, опорную пяту, нажимной узел, содержащий нажимную гайку, кольцо, промежуточную опору, и 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 в стенке корпуса изнутри выполнена кольцевая канавка, в которой размещены стопоры, предназначенные для фиксации внутренней трубы и ограничения ее предельного положения после предварительной деформации тарельчатых пружин (патент РФ №62144, МПК Е21В 17/07, публ. 27.03.2007 г.).
Недостатком данного амортизатора является то, что данная конструкция амортизатора не защищает внутренние рабочие элементы от воздействия разрушающей абразивной среды. В конструкции прототипа водо-воздушная смесь, подающаяся по внутреннему каналу бурового става на забой для удаления шлама, загрязняясь, попадает во внутреннюю полость амортизатора. Таким образом, под действием абразивной среды находятся как наружные, так и внутренние рабочие элементы, что значительно понижает срок их службы и снижает эффективность работы. Кроме того, данная конструкция тарельчатых пружин воспринимает только большие осевые нагрузки, начиная со 150 кН, что в определенных случаях бывает нецелесообразно.
Техническая задача заключается в повышении эффективности работы амортизатора и срока его службы.
Технический результат достигается за счет того, что в амортизаторе наддолотном, включающем 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, согласно полезной модели 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 размещены 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.
Кроме того, пакеты тарельчатых пружин выполнены в виде комбинации пружин различной жесткости.
Кроме того, уплотнительные элементы выполнены составными.
Преимуществом предлагаемой полезной модели по отношению к прототипу является наличие маслонаполненной камеры, образованной сердечником, трубкой, соединенной посредством резьбы с сердечником, корпусом и размещенным на трубке поршнем, которая обеспечивает защиту внутренних рабочих элементов амортизатора от воздействия абразивной среды, увеличивая их износостойкость, что приводит к повышению эффективности работы амортизатора и срока его службы.
В предлагаемой полезной модели нажимной узел дополнительно содержит трубку, регулировочную втулку, обеспечивающую оптимальный натяг тарельчатых пружин в пакетах тарельчатых пружин после предварительного натяга, произведенного трубкой. Этим обеспечивается оптимальная демпфирующая способность пакетов тарельчатых пружин, чем достигается максимальная эффективность действия пакета тарельчатых пружин, что приводит к повышению эффективности работы амортизатора и срока его службы.
В предлагаемой конструкции обеспечена дополнительная амортизирующая способность за счет заполнения полости амортизатора маслом. Перемещение поршня в маслонаполненной камере до ограничителя движения поршня, зафиксированного на трубке, выравнивает давление в полости амортизатора с давлением в затрубном пространстве, чем обеспечивается эффективность поглощения ударных нагрузок при различных глубинах и диаметрах скважины.
Размещенные на сердечнике и поршне уплотнительные элементы, постоянно снабжаемые смазкой, обеспечивают герметичность предлагаемой полезной модели, тем самым увеличивают срок службы амортизатора и эффективность его работы.
Кроме того, уплотнительные элементы выполнены составными, в виде комбинации разрезного кольца, манжеты и кольца, установленного внутри манжеты. Кольцо обеспечивает постоянный натяг манжеты при перепадах давления, исключая ее деформацию, разрезное кольцо выполняет удерживающую функцию, при большом давлении оно увеличивается в размере и фиксирует положение манжеты. Данное выполнение уплотнительных элементов увеличивает ресурс их работы при эксплуатации в тяжелых условиях: знакопеременные нагрузки, сильная вибрация, большое число циклов работы. Увеличенный ресурс работы уплотнительных элементов повышает срок службы амортизатора и эффективность его работы.
Выполнение пакетов тарельчатых пружин в виде комбинации пружин различной жесткости, причем оптимальная разница в показателях жесткости тарельчатых пружин находится в диапазоне 1,1-1,5 раза, в совокупности с вышеперечисленными признаками предлагаемой конструкции амортизатора позволяет воспринимать осевые нагрузки на инструмент от 20 Кн до 400 кН, что расширяет рабочий интервал воспринимаемой нагрузки на рабочий инструмент и обеспечивает эффективность работы амортизатора, так как в процессе бурения скважин динамические нагрузки воспринимаются сначала пружинами меньшей жесткости, затем пружинами большей жесткости.
Расположенные на сердечнике стопоры ограничивают движение сердечника относительно корпуса, фиксируя его предельное положение, а размещенный на трубке ограничитель движения поршня предохраняет поршень от соскальзывания с трубки при ее перемещении вместе с сердечником.
В предлагаемой конструкции в шлицевом соединении шлицевые пазы, выполненные на корпусе и выступы, выполненные на сердечнике, наполнены маслом в отличие от прототипа, что приводит также к увеличению срока службы амортизатора и эффективности его работы за счет уменьшения сил трения.
В предлагаемой полезной модели корпус выполнен с возможностью его соединения с рабочим инструментом, а телескопически связанный с ним сердечник выполнен с возможностью его соединения с бурильной колонной, причем стопоры расположены на сердечнике - такое выполнение продиктовано особенностью заявляемой конструкции и обеспечивает эффективность работы амортизатора.
Таким образом, предлагаемый амортизатор наддолотный рассчитан на эффективную работу при любом сочетании нагрузки на долото, перепаде давления на долоте, плотности бурового раствора или глубины скважины.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид амортизатора наддолотного, продольный разрез.
На фиг.2 представлен уплотнительный элемент, продольный разрез.
Амортизатор наддолотный содержит сердечник 1 (фиг.1), выполненный с возможностью его соединения с бурильной колонной (не показана); корпус 2, взаимодействующий с сердечником 1 через шлицевое соединение, передающее крутящий момент на рабочий инструмент, при этом шлицевые пазы 3 шлицевого соединения выполнены на корпусе 2, а шлицевые выступы 4 - на сердечнике 1; переводник 5, выполненный с возможностью его соединения с рабочим инструментом (не показан) и соединенный резьбой с корпусом 2. В корпусе 2 имеется заливная пробка 6 для подачи масла в полость амортизатора. На сердечнике 1 размещены упругие демпфирующие элементы в виде пакетов тарельчатых пружин 7. В канавках сердечника 1 установлены стопоры 8 в виде полуколец, предназначенные для его фиксации. Внутри корпуса 2 расположены: гильза 9, установленная над износостойкой втулкой 10, центрирующей положение сердечника 1 относительно корпуса 2, трубка 11, соединенная посредством резьбы с ограничителем 12 движения поршня 13, выполненным в виде стопорной гайки, и с сердечником 1, и используемая для предварительной деформации тарельчатых пружин 7, регулировочная втулка 14, установленная на сердечнике 1. Между трубкой 11 и корпусом 2 расположен поршень 13, изолирующий масляную среду от бурового раствора и создающий герметичную маслонаполненную камеру 15. Для усиления герметичности на поршне 13 и на сердечнике 1 установлены уплотнительные элементы 16. Корпус 2 может быть выполнен составным, например из двух корпусов. Кроме того, уплотнительные элементы выполнены составными, в виде комбинации разрезного кольца 17 (фиг.2), манжеты 18 и кольца 19, установленного внутри манжеты. Кроме того, пакеты тарельчатых пружин выполнены в виде комбинации пружин различной жесткости,. Выполнение пакетов тарельчатых пружин 7 в виде комбинации пружин, показатели жесткости которых отличаются, например, в 1,1-1,5 раза в совокупности с вышеперечисленными признаками предлагаемой конструкции амортизатора позволяет воспринимать осевые нагрузки на инструмент от 20 Кн до 400 кН, обеспечивает эффективность работы амортизатора. При отличии в показателях жесткости пружин менее, чем в 1,1 раза нецелесообразно, т.к. уменьшается интервал воспринимаемой нагрузки и нарушается оптимальный режим работы амортизатора. При отличии в показателях жесткости пружин более, чем в 1,5 раза, разрушаются менее жесткие пружины при осевых нагрузках, воспринимаемых более жесткими пружинами, т.е. осевые нагрузки на инструмент увеличиваются и нарушается оптимальный режим работы амортизатора.
Амортизатор наддолотный работает следующим образом.
Первоначально при сборке амортизатора с помощью трубки 11, которая соединена посредством резьбы с сердечником 1, выбирается свободный ход пакета тарельчатых пружин 7 и обеспечивается их предварительная деформация. В полость амортизатора закачивается масло до полного удаления пузырьков воздуха. Производится визуальный осмотр всего инструмента на повреждения, износ, утечки вокруг соединений, заглушек, уплотнений.
Корпус 2 телескопически связан с сердечником 1. Амортизатор верхним концом сердечника 1 с помощью резьбы соединяется с бурильной колонной, а корпусом 2 он соединяется с рабочим инструментом (долотом) через нижний конец переводника 5 посредством резьбы.
В процессе бурения скважин динамические нагрузки в виде вертикальных колебаний (вибраций), возникающие в результате работы долота, воспринимаются пакетами тарельчатых пружин 7 и за счет их рабочей деформации гасятся. При этом осуществляется продольное перемещение пакетов тарельчатых пружин 7 вместе с сердечником 1 относительно корпуса 2. Наряду с действием амортизирующих элементов - пакета тарельчатых пружин, наличие маслонаполненной герметичной камеры позволяет снизить уровень вибраций на 70%. В результате на долото, бурильную колонну и вращательно-подающий механизм передаются значительно меньшие динамические нагрузки, а отсутствие проникновения бурового раствора во внутреннюю часть корпуса, где расположены амортизирующие элементы, позволяет повысить долговечность их работы а, соответственно, повышается эффективность работы амортизатора и срок его службы.
Как показали опытно-промышленные испытания наддолотных амортизаторов, где используются в качестве демпфирующих элементов тарельчатые пружины, маслонаполненная камера в совокупности с признаками предлагаемой полезной модели увеличивается механическая скорость бурения приблизительно на 20%, стойкость долота - на 37%.