Демпфер продольных колебаний

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для гашения продольных колебаний бурильного инструмента в скважине. Сущность изобретения заключается в том, что металлический демпфирующий элемент демпфера с заданной частотой собственных колебаний, которая определяется расчетным путем, соединен с переводниками и корпусом, который имеет крышку, посредством муфт со шлицами с возможностью передачи крутящего момента. Изобретение обеспечивает повышение эффективности гашения колебаний, надежности и упрощения конструкции демпфера. 2 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и предназначено для гашения продольных колебаний бурильного инструмента в скважине.

Известен демпфер продольно-крутильных колебаний (а.с. СССР 1579975, МКИ Е 21 В 17/07, би 27, 1990 г.), содержащий корпус, полый вал, соединенные между собой с возможностью передачи крутящего момента и повторяющие форму расположенного между ними демпфирующего элемента.

Недостатком его является наличие резинового упругого элемента, недолговечного ввиду релаксационных свойств, и низкая эффективность гашения продольных колебаний.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является демпфер продольных колебаний (а.с. СССР 582375, МКИ Е 21 В 17/06, би 44, 1977 г.), содержащий переводники, корпус и металлический демпфирующий элемент с заданной частотой собственных колебаний.

Недостатком его является сложность конструкции и узкий диапазон гашения колебаний.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности гашения колебаний, надежности и упрощения конструкции демпфера, улучшения показателей бурения скважин.

Поставленная задача решается тем, что демпфер продольных колебаний, содержащий переводники, корпус и металлический демпфирующий элемент, снабжен соединенными с переводниками и корпусом, который имеет крышку, муфтами со шлицами с возможностью передачи крутящего момента, при этом заданная частота собственных колебаний демпфирующего элемента определяется из выражения: где - частота собственных колебаний; l - длина демпфирующего элемента; EI - жесткость демпфирующего элемента; Р - продольная сжимающая сила, равная критической; m - масса демпфирующего элемента.

На фиг.1 представлен общий вид демпфера продольных колебаний, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Демпфер продольных колебаний содержит переводники 1 и 2, муфты со шлицами 3 и 4, корпус 5, соединенные между собой с возможностью передачи крутящего момента, крышку корпуса 6, демпфирующий элемент 7.

Устройство работает следующим образом. В процессе бурения при возникающих колебаниях бурильной колонны на демпфирующий элемент 7 действует продольная сжимающая сила Р, определяемая из выражения для потенциальной энергии низа бурильной колонны [Ишемгужин Е.И. Нелинейные колебания элементов буровых машин: Учебное пособие. - Уфа: Изд-во УНИ, 1988. - c.61].

Используя энергетический метод, можно получить значение собственной частоты , в частности, для одноразмерного низа бурильной колонны в искривленной скважине. Отсюда следует, что при продольной сжимающей силе, равной критической, - к нулю стремится и собственная частота демпфирующего элемента, наступает так называемый "нулевой" резонанс, что позволяет демпферу гасить разночастотные продольные колебания.

Вводя демпфирующий элемент 7 определенной длины l, можно добиться значения критической нагрузки на бурильную колонну, тем самым обращая в нуль собственную частоту демпфирующего элемента. При реально меняющейся осевой нагрузке на бурильную колонну демпфирующий элемент входит в "нулевой" резонанс, исполняя роль экрана энергии, снижая число выбросов, положительно влияя на процесс бурения.

Предлагаемое изобретение может быть использовано при проводке прямых и наклонных нефтяных и газовых скважин. Применение предлагаемого изобретения, благодаря концентрации подводимой энергии на забой, позволит повысить показатели бурения, увеличить ресурс забойного двигателя, время работы долота, приемистость забойного двигателя к осевой нагрузке, устойчивость его работы.

Формула изобретения

Демпфер продольных колебаний, содержащий переводники, корпус и металлический демпфирующий элемент с заданной частотой собственных колебаний, отличающийся тем, что он снабжен соединенными с переводниками и корпусом, который имеет крышку, муфтами со шлицами с возможностью передачи крутящего момента, при этом заданная частота собственных колебаний демпфирующего элемента определяется из выражения

где - частота собственных колебаний;
l - длина демпфирующего элемента;
ЕI- жесткость демпфирующего элемента;
Р - продольная сжимающая сила, равная критической;
m - масса демпфирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2