Забойный регулятор осевой нагрузки

 

Изобретение относится к буровой технике. Цель изобретения - повышение эффективности бурения путем автоматического регулирования осевой нагрузки на забой. Регулятор содержит корпус 1 и втулку /В/ 3 с боковыми отверстиями 4. Корпус 1 и В образуют кольцевую полость 6. В нижнем основании 13 выполнено коническое отверстие 7, являющееся элементом узла регулирования. В коническое отверстие 7 с возможностью осевого перемещения установлен конус 8 с осевым каналом 9. Конус 8 жестко связан с породоразрушающим инструментом /ПИ/ 10 и установлен в подвижной втулке 11. Втулка 11, конус 8 и ПИ образуют подвижную систему. В кольцевой полости 6 установлен упругий элемент 16. Для передачи вращения на ПИ в корпусе 1 выполнены продольные выступы, а в верхней части подвижной втулки 11 - продольные пазы. При изменении твердости разбуриваемой породы изменяется степень перекрытия конусом конического отверстия, т.е. изменяется давление жидкости в полости регулятора, обуславливающее изменение осевой нагрузки на ПИ. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛ И СТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 В 44/00, 4/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4462576/23-03 (22) 18.07.88 (46) 30,09.90. Бюл. М 36 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) Ю.В,Миронов, Д.А.Вольченко, Е.П.Майдан, О.B, Ñâåðèäà и О.В. Савчук (53) 622.233,056 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1310511, кл. Е 21 В 44/00, 1987.

Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.; Недра, 1985:!

Ы, 1596092 А1 (54) ЗАБОЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к буровой технике. Цель изобретения — повышение эффективности бурения путем автоматического регулирования осевой нагрузки на забой. Регулятор содержит корпус 1 и втулку (В) 3 с боковыми отверстиями 4. Корпус 1 и

В образуют ко ьцевую полость 6. В нижнем основании 13 выполнено коническое отверстие 7, являющееся элементом узла регулирования, В коническое отверстие 7 с

1596092 возможностью осевого перемещения установлен конус 8 с осевым каналом 9. Конус 8 жестко связан с породоразрушающим инструментом (ПИ) 10 и установлен в подвижной втулке 11, Втулка 11, конус 8 и ПИ образуют подвижную систему. В кольцевой полости 6 установлен упругий элемент 16, Для передачи вращения на ПИ в корпусе 1 выполнены

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для автоматического регулирования осевой нагрузки на забой.

Цель изобретения — повышение эффективности бурения путем автоматического регулирования осевой нагрузки на забой.

На фиг.1 схематически изображен и редлагаемый регулятор, общий вид; на фиг.2— сечение А-А на фиг,1.

Регулятор содержит корпус 1 с переходником 2, в котором установлена втулка 3. На боковой поверхности втулки 3 имеются отверстия 4, соединяющие внутреннюю полость 5 втулки 3 с кольцевым пространством

6, ограниченным с одной стороны корпусом

1, а с другой — боковой поверхностью втулки

3. Вследствие этого внутренняя полость 5 и кольцевое пространство 6 являются сообщающимися сосудами. В нижнем основании втулки 3 выполнено коническое отверстие 7, являющееся элементом узла регулирования, в который входит также конус 8. Конус 8, имеющий сквозной осевой канал 9 и жестко связанный с породоразрушающим инструментом 10, установлен в коническом отверстии 7 с возможностью осевого перемещения. Углы наклона образующих конического отверстия 7 и конуса 8 равны. Для предотвращения заклинивания конуса 8 при его перемещении в коническом отверстии 7 поперечное сечение нижнего основания конуса 8 не должно превышать значение аналогичного параметра конического отверстия 7, Подвижная втулка 11 упором верхнего основания опирается на гайку 12, нижнее ее основание резьбовым соединением связано с корпусом породоразрушающего инструмента 10. Подвижная втулка 11, конус 8 и породоразрушающий инструмент образуют подвижную систему. Центральный сквозной канал 13 породоразрушающего инструмента 10 связан со сквозным осевым каналом 9 конуса 8, а периферийные каналы

14 — с внутренней полостью 15 подвижной системы. В кольцевом пространстве 6 уста5

45 продольные выступы, а в верхней части подвижной втулки 11 — продольные пазы. При изменении твердости разбуриваемой породы изменяется степень перекрытия конусом конического отверстия, т,е, изменяется давление жидкости в полости регулятора, обуславливающее изменение осевой нагрузки на ПИ,2 ил, новлен упругий элемент 16. Для передачи момента вращения на породоразрушающий инструмент в корпусе 1 выполнены продольные выступы 17, входящие в продольные пазы 18 упора верхнего основания подвижной втулки 11, Регулятор работает следующим образом.

При спуске инструмента на забой в случае необходимости интенсивной промывки скважины породоразрушающий инструмент 10 оставляют ненагруженным. При этом за счет наличия упругого элемента 16, расположенного в кольцевом пространстве

6, подвижная система (подвижная втулка 11, конус 8 и породоразрушающий инструмент

10) занимает крайнее нижнее положение. В этом случае конус 8 выходит из конического отверстия 7 и промывочная жидкость через сквозной осевой канал 9 конуса 8, центральный сквозной канал 13 и периферийные каналы 14 породоразрушающего инструмента

10 поступает на забой.

Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент состоит из двух компонент: статическая осевая нагрузка, передаваемая упругим элементом 16 и зависящая от веса бурильной колонны,.а также жесткости и деформации упругого элемента 16; динамическая осевая нагрузка, создаваемая давлением промывочной жидкости на подвижную систему регулятора, По мере нагружения породоразрушающего элемента осевой нагрузки упругий элемент 16 сжимается, конус 8 входит в коническое отверстие 7 втулки 3, уменьшая его площадь. Уменьшение площади конического отверстия 7 способствует возрастанию давления промывочной жидкости во внутренней полости 5 втулки 3. Поскольку внутренняя полость 5 втулки 3 и кольцевое пространство 6 является сообщающимися сосудами, следовательно, и в кольцевом пространстве 6 наблюдается рост давления, Повышенное давление промывочной жидкости в кольцевом пространстве 6, воздействуя на упор верхнего основания

1596092

77 подвижной втулки 11, обусловливает увеличение второй (динамической) составляющей осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Чем больше конус 8 перекрывает коническое отверстие 7, тем выше дав- 5 ление промывочной жидкости в кольцевом пространстве 6, тем большая осевая нагрузка воздейструет на породоразрушающий инструмент. Величина же осевого перемещения конуса 8 зависит от твердости разбу- 10 риваемых пород.

При бурении мягких пород внедрение породоразрушающего инструмента происходит интенсивнее, вследствие чего подвижная система (подвижная втулка 11, 15 конус 8 и породоразрушающий инструмент

10) ввиду наличия упругого злемента 16 перемещается вниз. Конус 8 открывает коническое отверстие 7 втулки 3, увеличивая площадь его сечения. Давление промывоч- 20 ной жидкости во внутренней полости 5 втулки 3 и кольцевом пространстве 6 падает, результирующая осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент уменьшается, 25

При бурении породы высокой твердости ее разрушение происходит медленнее, скорость подачи породоразрушающего инструмента значительно уменьшается. 3амедление продольного перемещения 30 подвижной системы вниз способствует сжатию упругого элемента 16, вследствие чего конус 8 входит в коническое отверстие 7, частично или полностью перекрывая его.

При частичном перекрытии конусом 8 кони- 35 ческого отверстия 7 величина площади отверстия, умен ьшаясь, сп.особствует возрастанию давления во внутренней полости 5 втулки 3 и кольцевом пространстве

6, вследствие чего осевая нагрузка на поро- 40 доразрушающий инструмент увеличивается. При полном перекрытии конусом 8 конического отверстия 7 давление промывочной жидкости во внутренней полости 5 втулки 3 и кольцевом пространстве 6 максимально, следовательно, максимальна и осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент. Кроме того, в случае полного перекрытия конусом 8 конического отверстия 7 весь поток промывочной жидкости устремляется через сквозной осевой канал

9 конуса 8 в центральный сквозной канал

13 породоразрушающего инструмента 10. при этом гидравлическая мощность струи максимальна. Таким образом, при бурении очень твердых пород предлагаемый ре-улятор обладает возможностью использования гидромониторного эффекта. В общем случае, чем тверже разбуриваемые породы, тем большую осевую нагрузку обеспечивает регулятор.

При использовании предлагаемого регулятора происходит автоматическое регулирование осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с выбором наиболее рациональной ее величины в зависимости от механических свойств разбуриваемых пород, что обеспечивает наивысшую стойкость породоразрушающего инструмента. а также увеличивает проходку на породоразрушающий инструмент и повышает рейсовую скорость.

Формула изобретения

Забойный регулятор осевой нагрузки, содержащий корпус с переходником, втулку с боковыми отверстиями, размещенную внутри корпуса, и узел регулирования, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эф; ективности бурения путем автоматического оегулирования осевой нагрузки на забой, узел регулирования выполнен в виде конического отверстия в нижней торцовой части втулки и.конуса с осевым каналом, установленного в нижней части регулятора с возможностью осевого перемещения,