RU2100563C1 - Drill string vibration dampener - Google Patents

Abstract

FIELD: drilling equipment, in particular, devices for dampening of longitudinal and torsional vibrations of drill strings. SUBSTANCE: shaft lower part has projections which run through longitudinal groove into recess, when shaft is connected with body, and may be turned there, after which, in axial motion, cams enter longitudinal grooves. Cams are made on shaft above projections with some angular displacement relative to them. Shaft in body is arranged so that formed between members of body and shaft are gaps filled with flexible material after joining of body and shaft. Upon completion of vulcanization of flexible material, joint becomes nondetachable. In operation, axial load and torque are transmitted through flexible material and longitudinal and torsional vibrations are dampened. Mounting surfaces make it possible to exclude bending of dampener. Supplied through longitudinal central channel is energy carrier or cleaning agent. EFFECT: simplified design and higher operate reliability of dampener. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для гашения крутильных и продольных колебаний бурового става и может найти применение при бурении взрывных, технологических и геологоразведочных скважин различными типами породоразрушающего инструмента, в том числе с использованием погружных ударных машин, а так же в других отраслях промышленности при передаче вращения резко изменяющимся в больших пределах осевым усилием и крутящим моментом. The invention relates to drilling equipment, and in particular to devices for damping torsional and longitudinal vibrations of a drill string and can find application in drilling explosive, technological and exploration wells with various types of rock cutting tools, including using submersible impact machines, as well as in other industries industry when transmitting rotation, the axial force and torque sharply varying to a large extent.

Известен наддолотный амортизатор [1] Он содержит концентрично расположенные корпус и полый вал, образующие кольцевую полость, размещенные в ней узлы передачи крутящего момента и демпфирования осевых и крутильных колебаний, причем вал в месте расположения узла демпфирования крутильных колебаний и передачи крутящего момента выполнен эксцентричным относительно оси амортизатора с кольцевыми проточками на наружной поверхности для размещения упругих кольцевых элементов, а корпус имеет ответный валу эксцентричный участок, причем упругие элементы в виде торов. Known supra-bit shock absorber [1] It contains a concentric housing and a hollow shaft that form an annular cavity, the nodes for transmitting torque and damping axial and torsional vibrations located therein, and the shaft at the location of the node for damping torsional vibrations and transmitting torque is made eccentric about the axis a shock absorber with annular grooves on the outer surface to accommodate the elastic annular elements, and the housing has an eccentric section reciprocating to the shaft, the elastic torus elements.

Амортизатор позволяет гасить продольные и крутильные колебания. The shock absorber allows damping longitudinal and torsional vibrations.

Однако нагружение кольцевых упругих элементов, расположенных на эксцентричной части вала, неравномерно. Только небольшой участок каждого элемента задействуется в гашении колебаний и при значительной нагрузке может выйти из строя, тем более, что при обеспечиваемой в конструкции величине эксцентриситета будет наблюдаться и эффект затирания упругих элементов. Кроме того разделенность узлов демпфирования осевых и крутильных колебаний увеличивает число упругих элементов и других деталей, усложняет конструкцию. However, the loading of the annular elastic elements located on the eccentric part of the shaft is uneven. Only a small portion of each element is involved in damping vibrations and can fail at a significant load, especially since with the eccentricity provided in the structure, the effect of mashing of elastic elements will also be observed. In addition, the separation of the damping nodes of axial and torsional vibrations increases the number of elastic elements and other details, complicates the design.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототипом, является буровой амортизатор [2] содержащий корпус, вал, состоящий из двух телескопически расположенных частей и образующий с корпусом замкнутую кольцевую полость для размещения упругого элемента, причем упругий элемент расположен с зазором относительно корпуса и жестко связан по торцам с частями вала, а узел передачи крутящего момента расположен между корпусом и верхней частью вала, а нижняя часть вала имеет возможность ограниченного поворота относительно корпуса. The closest analogue adopted for the prototype is a shock absorber [2] comprising a housing, a shaft consisting of two telescopically arranged parts and forming a closed annular cavity with the housing to accommodate the elastic element, the elastic element being located with a gap relative to the housing and rigidly connected at the ends with parts of the shaft, and the torque transmission unit is located between the housing and the upper part of the shaft, and the lower part of the shaft has the possibility of limited rotation relative to the housing.

Один достаточно большой упругий элемент используется рационально он гасит как крутильные, так и продольные колебания. One sufficiently large elastic element is used rationally; it dampens both torsional and longitudinal vibrations.

Однако данный элемент по принципу своей работы не может передавать крутящий момент значительной величины. Для избежания выхода из строя упругого элемента в конструкции предусмотрена передача крутящего момента, при достижении им определенной величины, через корпус, минуя упругий элемент. Но обеспечивающие это дополнительные элементы устройства усложняют конструкцию, увеличивают габариты и уменьшают надежность. Кроме того, устройство требует регулировки, что затрудняет настройку амортизатора перед работой. However, this element, by the principle of its operation, cannot transmit significant torque. To avoid failure of the elastic element, the design provides for the transmission of torque, when it reaches a certain value, through the body, bypassing the elastic element. But providing additional elements of the device complicate the design, increase the size and reduce reliability. In addition, the device requires adjustment, which makes it difficult to configure the shock absorber before work.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в упрощении конструкции и повышении ее надежности. The technical problem solved in the proposed invention is to simplify the design and increase its reliability.

Задача решается тем, что в корпусе бурового амортизатора, в средней его части, выполнена расточка, а с торца, обращенного к валу, выполнены продольные пазы, открытые в расточку, а на валу, в нижней его 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. Целесообразно создание в верхней и нижних частях корпуса и вала посадочных поверхностей, ограничивающих их поперечное перемещение относительно друг друга. The problem is solved in that a bore is made in the middle of the drilling shock absorber body, and longitudinal grooves open in the bore are made from the end facing the shaft, and protrusions placed in the bore are made on the shaft in its lower part, and above, with angular displacement relative to the protrusions, cams are made that interact with longitudinal grooves, and axial and lateral gaps filled with elastic material are formed between the surface of the bore and the protrusions and between the surface of the longitudinal grooves and cams. It is advisable to create in the upper and lower parts of the housing and the shaft of the seating surfaces, limiting their lateral movement relative to each other.

Предлагаемое устройство состоит всего из двух ограниченно подвижных относительно друг друга деталей (не рассматривая как деталь образование из упругого материала). Это сводит к минимуму количество деталей, упрощает конструкцию. Упругий материал используется одновременно как для гашения продольных, так и крутильных колебаний и работает во всем своем объеме. Упругий материал, например резина, заполняет в горячем состоянии полость между корпусом и валом после их соединения и по окончании вулканизации исключает их разъединение и защищает полость амортизатора от попадания бурового шлама, т. е. рационально сочетает различные функции, что также упрощает конструкцию и обеспечивает надежность в работе. Наличие посадочных поверхностей у корпуса и вала исключает изгиб амортизатора, что важно для обеспечения прямолинейности бурения скважины. The proposed device consists of only two parts with limited mobility relative to each other (without considering the formation of an elastic material as a part). This minimizes the number of parts, simplifies the design. The elastic material is used simultaneously for damping longitudinal and torsional vibrations and works in its entirety. Elastic material, such as rubber, fills the cavity between the housing and the shaft when they are connected and when vulcanization is completed, it eliminates their separation and protects the shock cavity from ingress of drill cuttings, i.e. it rationally combines various functions, which also simplifies the design and ensures reliability in work. The presence of the seating surfaces at the body and shaft eliminates the bending of the shock absorber, which is important to ensure the straightness of the well drilling.

Амортизатор может выполняться как отдельное изделие, а может, ввиду его простоты, быть встроен в другую конструкцию, например, в конструкцию погружного ударного механизма. The shock absorber can be implemented as a separate product, or, due to its simplicity, can be integrated into another design, for example, in the design of an immersion impact mechanism.

На фиг. 1 изображен продольный разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.2 поперечный разрез А-А на фиг 1; на фиг.3 поперечный разрез В-В на фиг.1. In FIG. 1 shows a longitudinal section bB in FIG. 2; figure 2 is a cross section aa in figure 1; figure 3 cross section bb in figure 1.

Буровой амортизатор содержит корпус 1 и вал 2. В средней части корпуса 1 выполнена расточка 3, а с торца, обращенного к валу, выполнены продольные пазы 4. The shock absorber comprises a housing 1 and a shaft 2. In the middle part of the housing 1, a bore 3 is made, and longitudinal grooves 4 are made from the end facing the shaft.

На валу 2, в нижней его части, выполнены выступы 5, имеющие размеры, позволяющие им пройти через продольные пазы 4 и быть повернутыми в расточке 3, а выше с угловым смещением выполнены кулачки 6, входящие в продольные пазы 4. причем размеры кулачков 6 таковы, что при размещении их в продольных пазах 4 образуются боковые зазоры 7. On the shaft 2, in its lower part, protrusions 5 are made having dimensions that allow them to pass through the longitudinal grooves 4 and be rotated in the bore 3, and above the cams 6 included in the longitudinal grooves 4 with the angular displacement. that when placing them in the longitudinal grooves 4, lateral gaps 7 are formed.

При размещении вала 2 в корпусе 1 образуются также аксиальные зазоры 8 и 9, зазоры 10. When placing the shaft 2 in the housing 1, axial clearances 8 and 9, clearances 10 are also formed.

Полость, образованная связанными пространствами зазоров 7 10, заполняется упругим материалом 11 после соединения корпуса 1 и вала 2. Заполнение упругим материалом, например резиной, производится в нагретом состоянии с использованием специального оборудования через зазоры 9 или через какие либо другие специально выполненные каналы (на чертеже не представлены). После вулканизации упругого материала соединение корпуса 1 и вала 2 делается неразъемным. В нижних и верхних частях корпуса 1 и вала 2 образованы посадочные поверхности 12 и 13. Имеется продольный центральный канал 14. The cavity formed by the connected spaces of the gaps 7 10 is filled with elastic material 11 after connecting the housing 1 and the shaft 2. Filling with elastic material, for example rubber, is carried out in the heated state using special equipment through the gaps 9 or through any other specially made channels (in the drawing not presented). After vulcanization of the elastic material, the connection of the housing 1 and the shaft 2 is made one-piece. In the lower and upper parts of the housing 1 and shaft 2, seating surfaces 12 and 13 are formed. There is a longitudinal central channel 14.

Буровой амортизатор работает следующим образом. Drill shock absorber operates as follows.

При бурении осевая нагрузка и крутящий момент от бурильных труб, расположенных выше амортизатора, через вал 2, упругий материал 11 и корпус 1 передается на породоразрушающий инструмент или на погружной ударный механизм. По продольному центральному каналу 14 подается очистной агент или энергоноситель. При работе амортизатора осевая нагрузка одновременно передается от торцевых поверхностей выступов 5, кулачков 6 и ступени вала на упругий материал 11 и далее на корпус 1. When drilling, the axial load and torque from drill pipes located above the shock absorber, through the shaft 2, the elastic material 11 and the housing 1 is transmitted to the rock cutting tool or to the submersible impact mechanism. Through the longitudinal central channel 14, a treatment agent or energy carrier is supplied. When the shock absorber is operating, the axial load is simultaneously transmitted from the end surfaces of the protrusions 5, cams 6 and the shaft stage to the elastic material 11 and then to the housing 1.

Крутящий момент передается от боковых поверхностей кулачков 6 на упругий материал, расположенный в боковых зазорах 7, на боковую поверхность продольных пазов 4. В массе упругого материала 11, расположенного в пространстве зазоров 7 10 и других объемах расточки 3 и продольных пазов 4, происходит гашение продольных и крутильных колебаний, возникающих от взаимодействия бурового инструмента с породой и от работы погружного ударного механизма. The torque is transmitted from the side surfaces of the cams 6 to the elastic material located in the side gaps 7, on the side surface of the longitudinal grooves 4. In the mass of elastic material 11 located in the space of the gaps 7 10 and other volumes of the bore 3 and the longitudinal grooves 4, the longitudinal and torsional vibrations arising from the interaction of the drilling tool with the rock and from the operation of the submersible impact mechanism.

Взаимосвязанность объемов, заполняемых упругим материалом 11, используется как в процессе заполнения, так и при работе амортизатора, делая более равномерным распределение рабочей нагрузки по всему объему материала, уменьшая риск выхода его из строя при интенсивной работе. The interconnectedness of the volumes filled with the elastic material 11 is used both during the filling process and during the operation of the shock absorber, making the distribution of the work load more uniform over the entire volume of the material, reducing the risk of failure during intensive work.

При работе вал 2 имеет небольшую осевую и поворотную подвижность относительно корпуса 1. Посадочные поверхности 12 и 13 ограничивают их поперечное перемещение друг относительно друга, исключая изгиб амортизатора. During operation, the shaft 2 has a small axial and rotational mobility relative to the housing 1. The seating surfaces 12 and 13 limit their lateral movement relative to each other, excluding the bending of the shock absorber.

Claims (2)

1. Буровой амортизатор, включающий корпус и вал, образующие между собой полость, в которой размещен упругий материал, отличающийся тем, что 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. 1. Drill shock absorber, comprising a housing and a shaft, forming a cavity between each other, in which elastic material is placed, characterized in that a bore is made in the middle part of the body, and longitudinal grooves open into the bore are made from the end facing the shaft, and in the lower part of the shaft, protrusions arranged in the bore are made, and higher with angular displacement relative to the protrusions, cams interacting with the longitudinal grooves are made, and between the surface of the bore and the protrusions and between the surface of the longitudinal grooves and cams Axial and lateral gaps filled with elastic material. 2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что в верхних и нижних частях корпуса вала образованы посадочные поверхности, ограничивающие их поперечные перемещения друг относительно друга. 2. The shock absorber according to claim 1, characterized in that in the upper and lower parts of the shaft housing are formed seating surfaces that limit their lateral movements relative to each other.

Images