Динамічний віброгасник

Заявляється винахід, який відноситься до техніки гасіння механічних коливань, зокрема, до гасіння потужних коливань в бурильних колонах. Відомий пристрій - динамічний віброгасник, який складається з корпуса, в порожнині якого міститься Інерційна маса ("Инерционная масса для глушения колебаний АС. СССР № 1744236, F 16 F 15/02, 1992 г., Бюл. № 24). Найбільш близьким до заявляемого пристрою являється амортизатор, який складається з корпуса, виготовленого із внутрішньої І зовнішньої бурильних труб, в кільцевому просторі яких розміщені магнітні кільця І дросельні сопла, які утворюють між собою робочі порожнини, що заповнені магнітною рідиною ("Атортизатор" А.С.СССР, № 1243452, F 16 F 6/00, 1986 г., Бюл. №31). Проте даний пристрій призначений для гасіння коливань в бурильних колонах, працює по принципу взаємодії магнітного поля - магнітна рідина - магнітні кільця (амортизатора), - працює в визначеному діапазоні зміни амплітуди І частоти коливань. Суть заявляемого винаходу в тому, що пристрій оснащено діафрагмами з розпірними втулками по осі корпусу і які утворюють секційні камери, при цьому, кожна камера заповнюється інерційними масами з різними динамічними характеристиками, в кількості 0,1-0,9 об'єму (V) від об'єму (V) камери. Заявляємий винахід направлений на створення пристрою, який би забезпечив гасіння механічних осьових коливань при обертанні в різних діапазонах зміни амплітуди І частоти коливань, що виникають на протязі всього процесу буріння свердловини. Рішення поставленої задачі забезпечується наявністю суттєвих ознак в заявляемому пристрої, внаслідок чого, при його приміненні досягається технічний результат, який виражений в тому, що збільшується швидкість проходки бурильного Інструменту (долота), особливо в твердих породах, за рахунок рівномірної дії ("стиковки") бурильного Інструменту на "породу" (І породи) при бурінні свердловини. Крім того, простота секційної конструктивності, надійність в роботі і спроможність пристрою усувати потужні коливання, - забезпечує йому розширення області примінення, наприклад при видобутку вугілля. Суттєвими ознаками пристрою являються: - конструктивна відмінність, що забезпечує створення динамічного віброгасника з незалежними секційними камерами; - комплективність (кількісного і якісного) складу інерційної маси. Наявність сукупності суттєвих ознак в динамічному віброгаснику забезпечує одержання технічного результату за рахунок усунення потужних коливань надбурильної (наддолотної) системи протягом всього процесу буріння свердловини при різних змінних діапазонах амплітуди І частоти коливань, внаслідок взаємодії різних по напрямку дії сил, - бурильного Інструменту і Інерційних мас, якими наповнено секційні камери пристрою. Заповнення камер інерційними масами з різними динамічними характеристиками оптимізує ефект гасіння коливань пристрою при різних умовах буріння. . Оптимальний об'єм заповнення, визначений з лабораторних досліджень при максимальних діапазонах амплітуди і частоти коливань. Разом этим, необхідно врахувати, що камери можуть утворюватися (формуватися) по об'єму однакові І по об'єму різні. Необхідний об'єм камери І кількість секцій забезпечується наявністю діафрагм І розпірних втулок в кільцевому просторі пристрою. При цьому, кількість камер в кільцевому просторі пристрою визначається розрахунковим шляхом Із врахуванням проектної глубини буріння свердловини, твердості породи І типу бурильного Інструменту. Оптимальна робота пристрою визначається шляхом поєднання теоретичних розрахунків та проектного моделювання свердловини Із врахуванням практичних досліджень. На кресленні зображено пристрій в розрізі. Динамічний віброгасник складається з корпусу, виконаного Із двох бурильних труб - зовнішньої 1 І внутрішньої 2, кінці яких з'єднані між собою нижнім і верхнім переходниками З І 4, утворивши кільцевий простір (не показано), який оснащено діафрагмами 5 з розпірними втулками 6, що утворюють секційні камери n1, n2.....nn. Кожна камера заповнена інерційними масами 7. Пристрій працює таким чином. При бурінні свердловини віброгасник встановлено між бурильним інструментом (долотом) і бурильною колоною. В процесі роботи бурильної установки крутящий момент через бурильну колону І динамічний віброгасник передається (на вибій свердловини) до бурильного Інструменту. Внаслідок чого проходить процес буріння - руйнування породи вибою. Та разом з тим із-за різної твердості породи (особливо при переході з одного пласта на Інший)виникає протидіюча сила опору породи. Тобто, виникає потужне коливання різного діапазону зміни амплітуди І частоти коливань. Бурильний Інструмент вібрує. Внаслідок чого коливання від бурильного Інструменту передаються на надбурильну систему. Але так як запропонований динамічний віброгасник встановлено безпосередньо над бурильним Інструментом, то він сприймає дані коливання І разом з тим їх гасить. Процес гасіння коливань проходить таким чином: . при передачі (при дії) коливань на пристрій, за рахунок Інерційних мас 7, якими заповнені камери n1, n2, ..., nn, проходить в камерах процес переміщення (періодичного підкидування) Інерційних мас 7. При цьому, за рахунок різниці мас (бурильної колони І інерційних мас) бурильна колона значно раніше припиняє. свій рух, тоді як інерційні маси 7 продовжують свій рух в порожнинах кожної секційной камери, внаслідок заряду кінетичної енергії, що виникла в інерційних масах 7, від бурильної колони, - до зіткнення (до удару) інерційних мас 7 з діафрагмами 5. Це приводить до того, що інерційні маси 7 наздоганяють корпус віброгасника, а отже І всю систему бурильної колони. При цьому Інерційні маси 7 Із запізненням (певним відставанням) будуть ударяти у верхню або нижню частину діафрагм 5 та об торці перехідників 4 або 3. Навантаження, які виникають від удару на діафрагми 5 передаються ("сумуються") через розмірні втулки 6 на перехідники 314. Отже, одночасно проходить взаємодія різних по напрямку (по вектору) сил - між бурильним Інструментом і Інерційними масами динамічного віброгасника. Забезпечується гасіння механічних осьових коливань при обертанні бурильної колони в великому діапазоні зміни амплітуди і частоти. В результаті гасіння коливань та безпосередньої дії Інерційних мас через нижній перехідник 3 на бурильний інструмент стабілізуєтьлся рівномірна дія бурильного інструменту на породу вибою. Тим самим виключається холосте кручення бурильного інструменту, що забезпечує швидкість проходки бурильного Інструменту при бурінні свердловин.