RU2149253C1 - Shock absorber of drilling string - Google Patents
Shock absorber of drilling string Download PDFInfo
- Publication number
- RU2149253C1 RU2149253C1 RU98102899A RU98102899A RU2149253C1 RU 2149253 C1 RU2149253 C1 RU 2149253C1 RU 98102899 A RU98102899 A RU 98102899A RU 98102899 A RU98102899 A RU 98102899A RU 2149253 C1 RU2149253 C1 RU 2149253C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drilling
- cylindrical body
- shock absorber
- shell
- corrugated shell
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к бурению скважин, точнее - к амортизаторам, предназначенным для виброзащиты бурильной колоны от динамической нагрузки, возникающей в процессе взаимодействия долота с забоем скважины. The invention relates to drilling wells, more specifically, to shock absorbers designed for vibration protection of the drill string from dynamic load arising during the interaction of the bit with the bottom of the well.
Известен амортизатор бурильной колонны, включающий вал и корпус, установленные с возможностью телескопического перемещения, упругий элемент в виде оболочки со спиральными гофрами, установленный между валом и корпусом и жестко связанный с ними, ограничитель осевых и крутильных перемещений вала и корпуса в виде зубчатых выступов и пазов на торцах вала и корпуса. [1]
Недостатками этой конструкции являются низкая надежность и недостаточная эффективность виброгашения.Known shock absorber of the drill string, including a shaft and a housing mounted with telescopic movement, an elastic element in the form of a shell with spiral corrugations mounted between the shaft and the housing and rigidly connected with them, a limiter of axial and torsional movements of the shaft and the housing in the form of gear protrusions and grooves at the ends of the shaft and housing. [1]
The disadvantages of this design are low reliability and lack of vibration damping.
Низкая надежность конструкции обусловлена в первую очередь тем, что гофрированная оболочка выполняет не только роль упругого элемента, но и роль несущего элемента конструкции, являясь единственным звеном, соединяющим породоразрушающий инструмент (долото) с колонной бурильных труб. Очевидно, что разрушение оболочки приводит к возникновению серьезной аварии, когда долото остается на забое скважины. The low reliability of the structure is due primarily to the fact that the corrugated shell performs not only the role of the elastic element, but also the role of the supporting structural element, being the only link connecting the rock cutting tool (chisel) with the drill pipe string. Obviously, the destruction of the shell leads to a serious accident when the bit remains at the bottom of the well.
Между тем вероятность такого разрушения оболочки нельзя считать незначительной, если учесть, что в процессе бурения возникают большие динамические нагрузки, а гофрированная оболочка в силу своей тонкостенности отличается малой осевой жесткостью и низкой жесткостью на кручение. Meanwhile, the probability of such a collapse of the shell cannot be considered insignificant, given that during the drilling process large dynamic loads occur, and the corrugated shell due to its thin-walled structure is characterized by low axial rigidity and low torsional rigidity.
Увеличение толщины оболочки не решает проблемы в принципе, т.к. приводит к увеличению жесткости оболочки, которая по существу превращается в корпусную деталь, не способную демпфировать колебания сил и моментов. Increasing the shell thickness does not solve the problem in principle, because leads to an increase in the rigidity of the shell, which essentially turns into a body part, not able to damp the fluctuations of forces and moments.
Недостаточная эффективность виброгашения обусловлена следующими обстоятельствами. Во-первых, у оболочки со спиральными гофрами между осевыми и угловыми перемещениями имеет место функциональная связь. Это приводит к тому, что всякий раз, когда оболочка подвергается деформации скручивания, она одновременно перемещается в осевом направлении и наоборот. Следовательно, сама гофрированная оболочка становится источником (генератором) дополнительных угловых и осевых колебаний коронки (долота), не порождаемых динамическими составляющими действующих в процессе бурения нагрузок. Это, очевидно, резко снижает эффективность процесса амортизации. The lack of vibration damping is due to the following circumstances. Firstly, in a shell with spiral corrugations, there is a functional relationship between axial and angular movements. This leads to the fact that whenever the shell is subjected to twisting deformation, it simultaneously moves in the axial direction and vice versa. Consequently, the corrugated shell itself becomes a source (generator) of additional angular and axial vibrations of the crown (bit), not generated by the dynamic components of the loads acting during drilling. This, obviously, dramatically reduces the efficiency of the depreciation process.
Во-вторых, оболочка со спиральными гофрами в принципе не способна амортизировать одновременно весь диапазон осевой силы и динамической составляющей крутящего момента, т.е. имеет узкий диапазон виброгашения. Причина заключается в следующем. Secondly, a shell with spiral corrugations, in principle, is not capable of simultaneously absorbing the entire range of axial force and the dynamic component of torque, i.e. has a narrow range of vibration damping. The reason is as follows.
Известно, что условие амортизации осевых вибраций формируется в виде
где C - жесткость амортизатора;
р - круговая частота амортизируемой силы;
M - масса амортизируемого объекта (колонны бурильных труб).It is known that the condition for the amortization of axial vibrations is formed in the form
where C is the stiffness of the shock absorber;
p is the circular frequency of the shock-absorbing force;
M is the mass of the depreciable object (drill pipe string).
Если выполняется условие
то коэффициент передачи силы
и система работает как жесткая.If the condition is met
then the power transmission coefficient
and the system works as tough.
Амортизатор считается эффективным при выполнении условия
когда коэффициент передачи силы
K = 1/(16 - 1) = 0,067,
т. е. только 6,7% динамической составляющей силы передается на амортизируемый объект (см., например, Левитский Н.И. Теория механизмов и машин.- М.: Наука, 1979, с. 340).The shock absorber is considered effective if the condition is met.
when the power transmission coefficient
K = 1 / (16 - 1) = 0.067,
i.e., only 6.7% of the dynamic component of the force is transmitted to the depreciable object (see, for example, N.I. Levitsky, Theory of Mechanisms and Machines, Moscow: Nauka, 1979, p. 340).
Аналогичные условия действуют и в отношении жесткости на скручивание. Между тем у оболочки со спиральными гофрами жесткость на скручивание и осевая жесткость функционально связаны, обе жесткости зависят от одних и тех же геометрических параметров оболочки и упругих свойств материала. Similar conditions apply to torsional stiffness. Meanwhile, in a shell with spiral corrugations, torsional stiffness and axial stiffness are functionally related, both stiffnesses depend on the same geometric parameters of the shell and the elastic properties of the material.
Ясно, что выбор указанных геометрических параметров оболочки (толщина стенки, диаметр, длина, шаг гофрирования и др.) для выполнения условия (3) по осевой жесткости может противоречить выполнению аналогичного условия по жесткости на скручивание и наоборот. На практике задача выбора и назначения параметров решается на основе компромисса, что приводит к сужению диапазона амортизируемых амплитуд и частот вибраций. It is clear that the choice of the indicated geometric parameters of the shell (wall thickness, diameter, length, corrugation pitch, etc.) for fulfilling condition (3) in axial stiffness may contradict the fulfillment of a similar condition for torsional stiffness and vice versa. In practice, the problem of selecting and assigning parameters is solved on the basis of a compromise, which leads to a narrowing of the range of shock-absorbed amplitudes and vibration frequencies.
Известна также конструкция амортизатора бурильной колонны (ближайший аналог) включающий цилиндрический корпус, упругую гофрированную оболочку с радиальными гофрами, расположенную соосно с цилиндрическим корпусом в его внутренней полости с радиальным зазором и жестко закрепленную верхнюю муфту с резьбовым элементом для соединения с долотом [2]. Also known is the design of the shock absorber of the drill string (the closest analogue) including a cylindrical body, an elastic corrugated shell with radial corrugations, located coaxially with the cylindrical body in its inner cavity with a radial clearance and a rigidly mounted upper sleeve with a threaded element for connection with a bit [2].
Недостатками конструкции являются высокая жесткость цилиндрического корпуса (он практически не выполняет роль упругого элемента), что значительно снижает эффективность амортизатора, а также нетехнологичность и низкая надежность, трудоемкие операции сборки изделия и наличие герметизирующих элементов, что в тяжелых условиях практического бурения всегда является слабым звеном. The design flaws are the high rigidity of the cylindrical body (it practically does not play the role of an elastic element), which significantly reduces the effectiveness of the shock absorber, as well as low tech and low reliability, labor-intensive assembly operations of the product and the presence of sealing elements, which in difficult practical drilling conditions are always a weak link.
Целью изобретения является повышение эффективности виброзащиты, надежности и технологичности амортизатора. The aim of the invention is to increase the efficiency of vibration protection, reliability and adaptability of the shock absorber.
Указанная цель достигается тем, что амортизатор, включающий цилиндрический корпус, упругую гофрированную оболочку с радиальными гофрами, расположенную соосно с цилиндрическим корпусом в его внутренней полости, с радиальным зазором и жестко закрепленную, верхнюю муфту, жестко скрепленную с корпусом, нижнюю муфту с резьбовым элементом для соединения с долотом, выполнен таким образом, что цилиндрический корпус содержит поперечные прорези, расположенные по высоте корпуса в шахматном порядке, расстояние между осями симметрии двух соседних по высоте прорезей цилиндрического корпуса равно или больше, но кратно шагу гофрирования оболочки, оси симметрии прорезей совмещены с осями симметрии впадин гофрированной оболочки, а жесткость оболочки равна или меньше жесткости цилиндрического корпуса. This goal is achieved by the fact that the shock absorber, comprising a cylindrical body, an elastic corrugated shell with radial corrugations, located coaxially with the cylindrical body in its inner cavity, with a radial clearance and rigidly fixed, the upper coupling, rigidly fixed to the housing, the lower coupling with a threaded element for connection with the bit, made in such a way that the cylindrical body contains transverse slots located staggered along the height of the body, the distance between the axes of symmetry of two adjacent the height of the slots of the cylindrical body is equal to or greater, but a multiple of the step of the corrugation of the shell, the symmetry axis of the slots are aligned with the symmetry axes of the troughs of the corrugated shell, and the stiffness of the shell is equal to or less than the stiffness of the cylindrical body.
В этом случае жесткость амортизатора, которая является главным параметром, характеризующим его виброзащитные свойства, определяется по условию
C = C1 + C2,
где C1 - жесткость цилиндрического корпуса с прорезями;
C2 - жесткость гофрированной оболочки.In this case, the stiffness of the shock absorber, which is the main parameter characterizing its vibration-proof properties, is determined by the condition
C = C 1 + C 2 ,
where C 1 - the rigidity of the cylindrical body with slots;
C 2 - rigidity of the corrugated shell.
При этом имеет место разделение функций упругих элементов. Цилиндрический корпус не только выполняет роль упругого элемента, но и обеспечивает передачу крутящего момента на долото, предохраняет гофрированную оболочку от соприкосновения со стенками скважины и износа, ограничивает осевые деформации сжатия, предохраняя гофрированную оболочку от смятия и разрушения, а внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса выполняет роль направляющей, препятствуя изгибу гофрированной оболочки и потере ею устойчивости под действием сжимающей нагрузки. In this case, there is a separation of functions of the elastic elements. The cylindrical body not only plays the role of an elastic element, but also provides torque transmission to the bit, protects the corrugated shell from contact with the walls of the well and wear, limits axial compression deformation, protecting the corrugated shell from collapse and destruction, and the inner cylindrical surface of the body acts as a guide , preventing the bending of the corrugated shell and its loss of stability under the action of a compressive load.
Гофрированная оболочка выполняет роль упругого элемента, обеспечивает надежную изоляцию внутренней полости от затрубного пространства, т.е. разделение сред. Кроме того, при установке амортизатора над элементом с повышенным гидравлическим сопротивлением, например гидромониторным долотом, гофрированная оболочка придает амортизатору принципиально новые качества. The corrugated shell acts as an elastic element, provides reliable isolation of the internal cavity from the annulus, i.e. separation of environments. In addition, when installing a shock absorber above an element with increased hydraulic resistance, for example, a hydraulic monitor bit, the corrugated shell gives the shock absorber fundamentally new qualities.
Известно, что при возникновении во внутренней полости гофрированной оболочки избыточного давления в силу особенностей ее геометрической формы возникает так называемое тяговое усилие, направленное вдоль продольной оси и равное
Q1 = ΔpFэф (4)
где Δp - перепад давления;
Fэф - эффективная площадь оболочки,
Fэф = πRср 2 (5)
где Rср - средний радиус гофрированной оболочки;
Rн, Rв - наружный и внутренний радиусы оболочки по ее срединной поверхности.It is known that when overpressure occurs in the inner cavity of the corrugated shell due to the peculiarities of its geometrical shape, the so-called traction force appears along the longitudinal axis and is equal to
Q 1 = ΔpF eff (4)
where Δp is the pressure drop;
F eff is the effective area of the shell,
F eff = πR cf 2 (5)
where R cf is the average radius of the corrugated shell;
R n , R in - the outer and inner radii of the shell along its median surface.
Таким образом, упругая гофрированная оболочка с радиальными гофрами является эффективным преобразователем избыточного давления в осевое усилие. Этот фактор позволяет обеспечить дополнительную ощутимую нагрузку на долото и, таким образом, экономить утяжеленные бурильные трубы (УБТ). Корпус того, появляется возможность значительно сократить продольный размер амортизатора, что имеет большое значение при бурении горизонтальных и наклонных скважин, где длинномерные элементы компoновки неприменимы, т.к. не вписываются в профиль скважины. Действительно, предлагаемая конструкция амортизатора отличается тем, что работает не только на сжатие под действием осевой нагрузки, но и на растяжение под действием тягового усилия Qт. Следовательно, требуемая осадка (ход упругого элемента) λ может быть обеспечена при меньшем продолжительном размере. Покажем это на примере. Предположим, для обеспечения хода λ = 10 мм требуется исходная (начальная) длина упругого элемента L = 3000 мм. Если под действием тягового усилия упругий элемент способен растягиваться и обеспечить ход растяжения λp = 4 мм, то достаточным является ход сжатия
λсж = λ-λp = 10-4 = 6 мм
Очевидно, что для реализации такого хода сжатия достаточен исходный размер упругого элемента, равный
К числу достоинств предлагаемой конструкции следует отнести и следующее. В процессе бурения под действием динамической составляющей реакции забоя и крутильных деформаций колонны труб имеет место так называемый отскок долота с отрывом его от забоя.Thus, an elastic corrugated shell with radial corrugations is an effective transducer of overpressure into axial force. This factor allows you to provide additional tangible load on the bit and, thus, save weighted drill pipe (UBT). In addition, it is possible to significantly reduce the longitudinal size of the shock absorber, which is of great importance when drilling horizontal and deviated wells, where long-length layout elements are not applicable, because do not fit into the well profile. Indeed, the proposed design of the shock absorber is characterized in that it works not only on compression under the action of axial load, but also on tension under the action of traction force Q t . Therefore, the required draft (the course of the elastic element) λ can be provided with a smaller continuous size. We show this by example. Suppose that to ensure a stroke of λ = 10 mm, the initial (initial) length of the elastic element L = 3000 mm is required. If under the action of traction, the elastic element is able to stretch and provide a stretching course λ p = 4 mm, then the compression stroke is sufficient
λ cr = λ-λ p = 10-4 = 6 mm
Obviously, the initial size of the elastic element equal to
Among the advantages of the proposed design should include the following. In the process of drilling under the action of the dynamic component of the bottomhole reaction and torsional deformations of the pipe string, the so-called rebound of the bit takes place with its separation from the bottom.
Синхронно с этим отскоком происходит частичный гидравлический удар, т.е. скачкообразный рост давления во внутренние полости амортизатора. Такой гидравлический удар практически мгновенно увеличивает тяговое усилие, принуждая долото к непрерывному взаимодействию с забоем скважины, что повышает механическую скорость и эффективность бурения. In parallel with this bounce, a partial hydraulic shock occurs, i.e. spasmodic increase in pressure in the internal cavity of the shock absorber. Such a hydraulic shock almost instantly increases traction, forcing the bit to continuously interact with the bottom of the well, which increases the mechanical speed and drilling efficiency.
Наконец, несомненным преимуществом предлагаемой конструкции является простота, отсутствие каких-либо подвижных частей, что в жестких условиях бурения имеет первостепенное значение. Finally, the undoubted advantage of the proposed design is its simplicity, the absence of any moving parts, which is of paramount importance in harsh drilling conditions.
Выше уже указывалось, что одна из функций цилиндрического корпуса заключается в том, что его внутренняя поверхность выполняет роль направляющей для гофрированной оболочки, препятствуя потере ею устойчивости. Для реализации этой функции между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружной поверхностью гофрированной оболочки предусмотрен радиальный зазор, достаточный для относительного перемещения гофрированных элементов оболочки и вместе с тем препятствующий изгибу оси гофрированной оболочки сверх допустимого по условию устойчивости. При таком плотном сопряжении поверхностей упругих элементов работоспособность амортизатора может быть нарушена, если внешние выступающие фрагменты гофрированной оболочки при незначительном, в пределах радиального зазора, искривлении ее оси окажутся защепленными в прорезях корпуса. Следовательно, между шагом гофрирования оболочки и расстоянием между осями двух соседних по высоте прорезей корпуса должно быть установлено соответствие, а относительное продольное расположение обоих упругих элементов должно обеспечивать оппозитное расположение гофра и полукольца, образуемого двумя соседними по высоте прорезями корпуса. Это достигается при условии, что расстояние между осями двух соседних по высоте прорезей цилиндрического корпуса равно или кратно больше шага гофрирования оболочки. It has already been pointed out above that one of the functions of a cylindrical body is that its inner surface acts as a guide for the corrugated shell, preventing it from losing stability. To implement this function, a radial clearance is provided between the inner surface of the cylindrical body and the outer surface of the corrugated shell, which is sufficient for the relative movement of the corrugated shell elements and, at the same time, prevents the axis of the corrugated shell from bending beyond the permissible stability condition. With such a dense conjugation of the surfaces of the elastic elements, the shock absorber's performance can be impaired if the external protruding fragments of the corrugated shell with a slight, within the radial clearance, curvature of its axis are blocked in the slots of the housing. Consequently, a correspondence should be established between the corrugation pitch of the shell and the distance between the axes of two adjacent slots of the housing that are adjacent in height, and the relative longitudinal arrangement of both elastic elements should provide an opposite arrangement of the corrugation and half-ring formed by two slots of the housing adjacent in height. This is achieved provided that the distance between the axes of two slots of the cylindrical body adjacent to each other in height is equal to or a multiple of the corrugation step of the shell.
Потеря работоспособности возможна также в случае, когда нарушается силовое и геометрическое замыкание в системе взаимодействия двух упругих элементов. Подробнее вопрос заключается в следующем. При воздействии осевой сжимающей силы амортизатор работает как единый упругий элемент, имеет место силовое замыкание, осевое усилие передается от муфты через ее торцы на цилиндрический корпус и гофрированную оболочку синхронно. Картина меняется при растяжении под действием избыточного давления, поскольку ход растяжения гофрированной оболочки
а ход растяжения цилиндрического корпуса
где R - условный радиус опорной поверхности, на которой возникает усилие Q.Loss of performance is also possible in the case when the force and geometric circuit in the system of interaction of two elastic elements is violated. A more detailed question is as follows. Under the influence of the axial compressive force, the shock absorber works as a single elastic element, there is a force short circuit, the axial force is transmitted from the coupling through its ends to the cylindrical body and the corrugated shell synchronously. The picture changes under tension under the influence of excess pressure, since the course of stretching of the corrugated shell
and the extension stroke of the cylindrical body
where R is the conditional radius of the supporting surface on which the force Q occurs.
Чтобы исключить возникновение напряжений в местах крепления гофрированной оболочки к муфтам, обеспечить геометрическое и силовое замыкание, т. е. работу амортизатора как единого упругого элемента, очевидно, необходимо выполнение условия
λ2 ≥ λ1
Учитывая тот факт, что Rср > R, приходим к заключению
C2 ≤ C1
т. е. нормальная работоспособность при ходе растяжения обеспечивается, если жесткость гофрированной оболочки не превосходит жесткости цилиндрического корпуса.In order to eliminate the occurrence of stresses in the places where the corrugated sheath is attached to the couplings, it is necessary to ensure a geometric and force short circuit, i.e., the operation of the shock absorber as a single elastic element, it is obviously necessary to fulfill the condition
λ 2 ≥ λ 1
Given the fact that R cf > R, we conclude
C 2 ≤ C 1
i.e., normal performance during stretching is ensured if the stiffness of the corrugated shell does not exceed the stiffness of the cylindrical body.
Наконец, потеря работоспособности наступает, если в процессе деформации сжатия напряжения в опасных сечениях корпуса и гофрированной оболочки превосходят допустимые. Чтобы исключить подобную возможность, в конструкции амортизатора предусмотрены ограничители осевых деформаций сжатия, а именно каждая прорезь цилиндрического корпуса выполнена в форме двух осесимметричных вытянутых овалов и расположенного между ними плоскопараллельного зазора, размер которого соответствует допустимой деформации сжатия. Finally, the loss of performance occurs if during the compression deformation the stresses in the dangerous sections of the body and corrugated shell exceed the permissible ones. To exclude this possibility, shock absorber is provided with axial compression deformations, namely, each slot of the cylindrical body is made in the form of two axisymmetric elongated ovals and a plane-parallel gap between them, the size of which corresponds to the allowable compression deformation.
На фиг. 1 показан амортизатор, разрез; на фиг. 2 - фрагмент амортизатора с изображением прорезей корпуса. In FIG. 1 shows a shock absorber, section; in FIG. 2 - a fragment of the shock absorber with the image of the slots of the body.
Амортизатор содержит цилиндрический корпус с прорезями 1, гофрированную оболочку 2, расположенную во внутренней полости корпуса, две одинаковые муфты 3, которые крепятся к корпусу 1, например посредством резьбового соединения. The shock absorber comprises a cylindrical body with slots 1, a corrugated shell 2 located in the inner cavity of the body, two identical couplings 3 that are attached to the body 1, for example by means of a threaded connection.
В свою очередь гофрированная оболочка 2 крепится своими цилиндрическими концами к муфтам 3, например посредством сварки. In turn, the corrugated shell 2 is attached with its cylindrical ends to the couplings 3, for example by welding.
В муфтах 3 выполнены резьбовые соединительные элементы для соединения с колонной бурильных труб и долотом. In couplings 3, threaded connecting elements are made for connection with a drill pipe string and a bit.
Таким образом, амортизатор представляет собой две муфты и расположенные между ними и прикрепленные к ним упругие элементы - цилиндрический корпус с поперечными прорезями и гофрированная оболочка. Thus, the shock absorber consists of two couplings and elastic elements located between them and attached to them - a cylindrical body with transverse slots and a corrugated shell.
Каждая прорезь цилиндрического корпуса выполнена в форме двух осесимметричных вытянутых овалов и расположенного между ним плоскопараллельного зазора (фиг. 2). Each slot of the cylindrical body is made in the form of two axisymmetric elongated ovals and a plane-parallel gap located between it (Fig. 2).
Геометрическое замыкание в конструкции обеспечивается при помощи размерной связи элементов, формируемой размерной цепью, а силовое замыкание - за счет подбора жесткостей упругих элементов по условию
где C1 - жесткость цилиндрического корпуса;
C2 - жесткость гофрированной оболочки.Geometric closure in the design is ensured by means of dimensional coupling of elements formed by the dimensional chain, and power closure is achieved by selecting stiffnesses of elastic elements according to the condition
where C 1 is the stiffness of the cylindrical body;
C 2 - rigidity of the corrugated shell.
Относительное расположение прорезей цилиндрического корпуса 1 и впадин гофрированной оболочки обеспечивается размерной цепью. The relative location of the slots of the cylindrical body 1 and the troughs of the corrugated shell is provided by the dimensional chain.
Амортизатор работает следующим образом. The shock absorber works as follows.
Колонна бурильных труб, включающая амортизатор, установленный, например, над долотом, опускается в скважину. Далее на долото разгружается часть веса УБТ, соответствующая паспортной нагрузке на долото. При этом амортизатор деформируется, а его продольный размер сокращается на величину деформации сжатия, равную
λcж = G/(C1 + C2),
где G - паспортная нагрузка на долото;
C1 и C2 - соответственно, жесткости обоих упругих элементов амортизатора.A drill pipe string including a shock absorber mounted, for example, above the bit, is lowered into the well. Further, part of the weight of the drill collar corresponding to the rated load on the bit is unloaded onto the bit. In this case, the shock absorber is deformed, and its longitudinal size is reduced by the amount of compression deformation equal to
λ cf = G / (C 1 + C 2 ),
where G is the passport load on the bit;
C 1 and C 2 - respectively, the stiffness of both elastic elements of the shock absorber.
При подаче бурового раствора в колонну труб во внутренней полости упругой гофрированной оболочки амортизатора возникает избыточное давление Δp, которое самой этой оболочкой преобразуется в тяговое усилие
Qт = ΔpFэф.
Это тяговое усилие дополнительно нагружает долото, что позволяет уменьшить вес разгружаемой на долото части УБТ ровно на величину тягового усилия.When the drilling fluid is supplied to the pipe string, an excess pressure Δp arises in the internal cavity of the elastic corrugated shell of the shock absorber, which is converted by this shell into traction
Q t = ΔpF eff .
This traction force additionally loads the bit, which allows to reduce the weight of the drill collar unloaded onto the bit exactly by the amount of traction.
В процессе бурения амортизатор воспринимает динамическую реакцию забоя, его упругие элементы, деформируясь, гасят доминирующую часть динамической силы, равную
При подскоке долота в результате крутильных деформаций бурильной колонны амортизатор под действием тягового усилия, направленного к забою скважины, растягивается на величину
λг = Qт/(C1+C2),
компенсируя подскок долота и принуждая его к непрерывному взаимодействию с забоем скважины.In the process of drilling, the shock absorber perceives the dynamic reaction of the bottomhole, its elastic elements, being deformed, absorb the dominant part of the dynamic force equal to
When the bit jumps as a result of torsional deformations of the drill string, the shock absorber is stretched by the amount of traction directed to the bottom of the well
λ g = Q t / (C 1 + C 2 ),
compensating for the jump of the bit and forcing it to continuously interact with the bottom of the well.
Пример. Требуется назначить параметры амортизатора для бурения вертикальной скважины, паспортная нагрузка на долото
G = 15 т,
масса колонны бурильных труб
M = 6,36 • 104 кг,
перепад давления на долоте
Δp = 6 МПа,
частота динамической составляющей реакции забоя f = 4 с-1.Example. It is required to assign the parameters of the shock absorber for drilling a vertical well, the rated load on the bit
G = 15 t
drill string mass
M = 6.36 • 10 4 kg,
bit pressure difference
Δp = 6 MPa,
the frequency of the dynamic component of the reaction of the face is f = 4 s -1 .
Круговая частота
p = 2πf = 2 • 3,14 • 4 = 25,12 с-1.Circular frequency
p = 2πf = 2 • 3.14 • 4 = 25.12 s -1 .
Требуемая жесткость амортизатора
Обозначаем: C1 - жесткость цилиндрического прорезного корпуса; C2 - жесткость гофрированной оболочки.Denote: C 1 - the rigidity of the cylindrical slotted body; C 2 - rigidity of the corrugated shell.
Учитывая требования C2 ≥ C1, принимаем следующие их значения
C1 = 1,5 • 106 Н/м
C2 = 1 • 106 Н/м
Начальная осадка амортизатора на забое под нагрузкой
Принимаем средний диаметр гофрированной оболочки по срединной поверхности
Dср = 160 мм,
тогда эффективная площадь
Fэф = πRср 2 = 3,14 • (80 • 10-3)2 = 2 • 10-2 м2,
тяговое усилие
Qт = Δp • Fэф = 6 • 106 • 2 • 10-2 = 12 • 104 H = 12 т.Given the requirements of C 2 ≥ C 1 , we accept the following values
C 1 = 1.5 • 10 6 N / m
C 2 = 1 • 10 6 N / m
Initial draft shock absorber on the face under load
Take the average diameter of the corrugated shell on the middle surface
D av = 160 mm
then effective area
F eff = πR cf 2 = 3.14 • (80 • 10 -3 ) 2 = 2 • 10 -2 m 2 ,
tractive effort
Q t = Δp • F eff = 6 • 10 6 • 2 • 10 -2 = 12 • 10 4 H = 12 t.
Рабочая осадка амортизатора
Эффективность амортизатора
т. е. 93,3% динамической составляющей реакции забоя воспринимается и гасится амортизатором, а 6,7% передается на колонну труб.Shock absorber draft
Shock absorber efficiency
i.e., 93.3% of the dynamic component of the slaughter reaction is perceived and damped by the shock absorber, and 6.7% is transferred to the pipe string.
Растяжение амортизатора при подскоке долота
Список литературы
1. Авторское свидетельство СССР N 848571, кл. E 21 B 17/06, 1979.Shock absorber when bit jumps
List of references
1. USSR author's certificate N 848571, cl. E 21 B 17/06, 1979.
2. Патент США N 325408 (описание "конструктивные особенности и характеристики устройств для защиты бурового инструмента от вибрации за рубежом" Выпуск 1 (59), М., ВНИИОЭНГ, 1986, стр. 24-25). 2. US patent N 325408 (description "design features and characteristics of devices for protecting drilling tools from vibration abroad" Issue 1 (59), M., VNIIOENG, 1986, pp. 24-25).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98102899A RU2149253C1 (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Shock absorber of drilling string |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98102899A RU2149253C1 (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Shock absorber of drilling string |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98102899A RU98102899A (en) | 1999-12-10 |
| RU2149253C1 true RU2149253C1 (en) | 2000-05-20 |
Family
ID=20202418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98102899A RU2149253C1 (en) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Shock absorber of drilling string |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2149253C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104265173A (en) * | 2014-08-11 | 2015-01-07 | 中国石油大学(华东) | Vibration reducing and speed increasing device |
| US10196864B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-02-05 | Tolteq Group, LLC | Snubber for downhole tool |
| US10435960B2 (en) | 2016-07-14 | 2019-10-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Alignment sub with deformable sleeve |
| RU197157U1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-04-06 | Акционерное общество "БашВзрывТехнологии" | Pipe shock absorber |
| CN117738596A (en) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 成都之恒油气技术开发有限公司 | Underground vibration buffer type drilling tool |
-
1998
- 1998-02-20 RU RU98102899A patent/RU2149253C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ГАНДЖУМЯН Р.А. Конструктивные особенности и характеристики устройств для защиты бурового инструмента от вибраций за рубежом, серия "Машины и нефтяное оборудование", выпуск 1 (59), - М.: ВНИИОЭНГ, 1986, с. 24. * |
| ПЕХНЬО М.И. и др., Бурение нефтяных и газовых скважин с применением наддолотных амортизаторов, Киев, Наукова Думка, 1971, с. 101 - 104. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10196864B2 (en) | 2014-04-30 | 2019-02-05 | Tolteq Group, LLC | Snubber for downhole tool |
| RU2682393C2 (en) * | 2014-04-30 | 2019-03-19 | Толтек Груп, Ллс | Damping system for downhole tool |
| CN104265173A (en) * | 2014-08-11 | 2015-01-07 | 中国石油大学(华东) | Vibration reducing and speed increasing device |
| CN104265173B (en) * | 2014-08-11 | 2015-06-24 | 中国石油大学(华东) | Vibration reducing and speed increasing device |
| US10435960B2 (en) | 2016-07-14 | 2019-10-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Alignment sub with deformable sleeve |
| RU2707833C1 (en) * | 2016-07-14 | 2019-11-29 | Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. | Centering adapter with deformable sleeve |
| RU197157U1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-04-06 | Акционерное общество "БашВзрывТехнологии" | Pipe shock absorber |
| CN117738596A (en) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 成都之恒油气技术开发有限公司 | Underground vibration buffer type drilling tool |
| CN117738596B (en) * | 2024-02-19 | 2024-04-16 | 成都之恒油气技术开发有限公司 | Underground vibration buffer type drilling tool |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4139994A (en) | Vibration isolator | |
| US4162619A (en) | Drill string shock sub | |
| CA2284516C (en) | Rotary and longitudinal shock absorber for drilling | |
| US3926265A (en) | Drill steel for percussive drilling devices | |
| US4817710A (en) | Apparatus for absorbing shock | |
| AU2010207008B2 (en) | Downhole vibration dampener | |
| US2620165A (en) | Well drilling transmission power means | |
| CN106795744B (en) | Vibration damper for downhole tool | |
| RU2149253C1 (en) | Shock absorber of drilling string | |
| CA3135481A1 (en) | Lateral isolator | |
| US4428443A (en) | Shock absorbing tool for connection to a drill column | |
| US4759738A (en) | Floating cushion sub | |
| CN117569754A (en) | Bidirectional shock absorber for petroleum drilling | |
| US3774731A (en) | Vibration damper | |
| CN105909186A (en) | Pressure relief type shock absorber for drill stems | |
| NO343669B1 (en) | A torsional shock absorber and a method of using same | |
| CN114622837A (en) | Well drilling bumper shock absorber and drilling tool combination with prevent falling function | |
| CN110382819B (en) | Buffer tool for downhole tool string | |
| EP2578795A1 (en) | Damper unit and drill string system comprising such a damper unit | |
| GB2311427A (en) | A mechanical filter | |
| CN209855719U (en) | Drill string shock absorber | |
| SU881290A1 (en) | Vibration damper | |
| CA1062240A (en) | Spring adjustment system for drill string tool | |
| RU1819974C (en) | Dampener of longitudinal vibrations of drill string | |
| SU1213167A1 (en) | Above-bitshock-absorber of drilling string |