Устройство для центрирования и защиты от поперечных и продольных вибраций и ударов
Изобретение относится к измерительной аппаратуре и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и геофизике для контроля пространственного положения ствола скважин при бурении. Техническим результатом является обеспечение центрирования и амортизации забойных скважинных приборов (СП) в продольном и поперечном направлениях. Для этого устройство выполнено в виде двух упругих элементов, размещенных в пространстве между внутренней поверхностью бурильной трубы и наружной поверхностью корпуса СП, обеспечивающих сохраняемость угловой ориентации СП и не препятствующих прохождению бурильной жидкости. Причем упругие элементы выполнены плоскими и кольцеобразными и вложены друг в друга. При этом внутренний упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится при помощи деталей к СП, а другой парой симметрично расположенных деталей крепится к упругому наружному элементу. Наружный упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится деталями к внутренней поверхности бурильной трубы. Причем на боковой поверхности плоского упругого наружного элемента выполнены прорези для обеспечения необходимой жесткости в продольном направлении. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной аппаратуре и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и геофизике для контроля пространственного положения ствола скважин в процессе бурения.Сущность изобретения заключается в обеспечении защиты измерительного забойного скважинного прибора (СП) от воздействия ударных и вибрационных нагрузок, возникающих в процессе бурения, сохранении параллельности продольной оси симметрии СП продольной оси бурильной трубы и удержании угловой ориентации СП в бурильной трубе. Конструктивное решение предлагаемого устройства позволяет сохранять независимо от величины перемещения СП под воздействием ударов и вибраций параллельность продольной оси симметрии СП продольной оси бурильной трубы и его угловую ориентацию.Известна пружина-рессора для центрирования приборов в нефтяных и газовых скважинах в процессе их исследования (RU 2185509, кл. Е 21 В 47/00, опубл. 20.07.2002, стр. 4) [1], выполняемая в виде гибкого пластинчатого упругого элемента и устанавливаемая вокруг скважинного прибора (СП).Однако реализованные технические решения в [1] применимы для сохранения углового положения СП при перемещении относительно бурильной трубы и в отличие от заявляемого устройства не предназначены для эффективного гашения продольных вибраций и ударов ввиду высокой конструктивной жесткости скользящих элементов в продольном направлении (для повышения “плавности перемещения” дополнительно используются утяжелители).Наиболее близким аналогом к предложенному является способ инклинометрии обсаженной скважины (RU 2066749, кл. 6 Е 21 В 47/022, опубл. 20.09.1996, стр. 9) [2], в котором азимутальная стабилизация корпуса СП достигается размещением на его поверхности подпружиненных элементов, скользящих по внутренней поверхности колонны труб и являющихся одновременно центраторами СП.Однако в известном способе [2] центрирование и придание азимутальной направленности СП осуществляется дугообразными в плоскости параллельной продольной оси трубы элементами, позволяющими СП передвигаться вдоль оси трубы.В отличие от [2] в предложенном изобретении амортизатор выполнен в виде двух кольцеобразных плоских, вложенных друг в друга упругих элементов, причем упругий наружный элемент жестко закреплен в трубе.Известен децентратор забойной компоновки (RU 2106468, кл. Е 21 В 7/08, опубл. 10.03.1998, стр. 5) [3], содержащий элементы с упругими опорными планками.Однако и в данном техническом решении в отличие от заявляемого элементы с упругими опорными планками, имеющими изгиб в плоскости параллельной продольной оси трубы, не предназначены для гашения вибраций, воздействующих на децентратор в процессе бурения. Опорные планки служат для фиксации плоскости действия децентратора и демпфирования продольных колебаний бурильной колонны силами сухого трения при отрыве долота от забоя за счет перемещения бурильной трубы относительно децентратора.В предлагаемом техническом решении устройство содержит упругие элементы кольцеобразной формы в плоскости перпендикулярной продольной оси трубы, причем упругий наружный элемент жестко закреплен в трубе. Такая конструкция амортизатора позволяет перемещаться СП только в пределах его упругой деформации и предназначена для фиксации СП и защиты от продольных и поперечных вибраций и ударов, возникающих в процессе работы бурильного инструмента.Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего центрирование, позиционирование в продольном направлении и амортизацию забойных (СП) в продольном и поперечном направлениях при сохранении угловой ориентации и позволяющего получить максимально возможный полезный объем СП при заданном диаметре бурильной трубы.Поставленная задача достигается тем, что в пространство между внутренней поверхностью бурильной трубы и корпусом СП помещают устройство для центрирования, позиционирования в продольном направлении и защиты от поперечных и продольных вибраций и ударов (в дальнейшем - амортизатор), состоящее из двух кольцеобразных плоских вложенных друг в друга упругих элементов, при этом упругий внутренний элемент в двух симметрично расположенных точках крепится при помощи деталей крепления к СП, а другой парой симметрично расположенных деталей крепления - к упругому наружному элементу, а оси, проходящие через первую и вторую пары точек крепления, взаимно перпендикулярны.Упругий наружный пружинный элемент, в свою очередь, в двух симметрично расположенных точках крепится деталями крепления к внутренней поверхности бурильной трубы, при этом ось, проходящая через эти две точки крепления, перпендикулярна оси упругого внутреннего элемента, проходящей через точки его крепления с упругим наружным элементом.Для обеспечения необходимой жесткости амортизатора в продольном направлении на боковой поверхности упругого наружного элемента выполнены прорези, количество которых определяется массой и требуемым коэффициентом ослабления вибраций СП. Обеспечение необходимой жесткости амортизатора в поперечных направлениях достигается за счет подбора геометрических параметров и материала упругого внутреннего элемента.Сущность изобретения поясняется чертежом, где1 - упругий наружный элемент, изготовленный из упругой металлической ленты;2 - забойный скважинный прибор (2);3 - упругий внутренний элемент, изготовленный из свернутой в несколько слоев упругой металлической ленты. Выбором толщины ленты обеспечивается необходимый ход упругого элемента, количество слоев ленты определяется в соответствии с требуемой нагрузкой;4 - детали крепления;5 - прорези, выполненные на боковой поверхности упругого наружного элемента для обеспечения необходимой жесткости амортизатора в продольном направлении.Амортизатор представленной конструкции функционирует следующим образом.При нагрузках в поперечном направления упругий внутренний элемент 3 деформируется в направлении вектора действующей нагрузки в плоскости, перпендикулярной продольной оси СП, обеспечивая поперечную амортизацию. Демпфирование свободных колебаний происходит за счет наличия бурильной жидкости в пространстве между СП и бурильной трубой, а также за счет трения между слоями упругой металлической ленты упругого внутреннего элемента.При продольных нагрузках на амортизатор деформируются плоские элементы упругого наружного элемента 1, образованные прорезями 5, обеспечивая перемещение СП вместе с упругим внутренним элементом 3 вдоль продольной оси.Требуемая жесткость на кручение обеспечивается выбором соотношения продольных и диаметральных размеров упругих элементов.Изобретение позволяет осуществить центрирование, позиционирование в продольном направлении и амортизацию СП в процессе бурения в продольном и поперечном направлениях с сохранением угловой ориентации при оптимальном расположении амортизатора в пространстве между внутренней поверхностью бурильной трубы и корпусом СП. Такое расположение амортизатора не препятствует прохождению бурильной жидкости, которая одновременно со своим основным назначением обеспечивает демпфирование свободных колебаний корпуса СП.Существенное значение имеет и расположение амортизатора за пределами СП, если принять во внимание, что в настоящее время скважинным приборам преимущественно приходится работать в скважинах малого диаметра, где к их массогабаритным параметрам предъявляются жесткие требования.Формула изобретения
Устройство для центрирования и защиты от поперечных и продольных вибраций и ударов, выполненное в виде двух упругих элементов, размещенных в пространстве между внутренней поверхностью бурильной трубы и наружной поверхностью корпуса скважинного прибора (СП), обеспечивающих сохраняемость угловой ориентации СП и не препятствующих прохождению бурильной жидкости, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены плоскими и кольцеобразными и вложены друг в друга, при этом внутренний упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится при помощи деталей к СП, а другой парой симметрично расположенных деталей крепится к упругому наружному элементу, причем оси, проходящие через первую и вторую пары точек крепления, взаимно перпендикулярны, наружный упругий элемент в двух симметрично расположенных точках крепится деталями к внутренней поверхности бурильной трубы, а ось, проходящая через эти две точки крепления, перпендикулярна оси внутреннего упругого элемента, проходящей через точки его крепления с наружным упругим элементом, причем на боковой поверхности плоского упругого наружного элемента выполнены прорези для обеспечения необходимой жесткости в продольном направлении.РИСУНКИ
Рисунок 1