Система активного виброгашения колебания бурильной колонны — SU 1799987 (original) (raw)
"ЕВКДКО" енный коопе ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР ЬЬ 386122, кл. Е 21 В 17/06, 1973.Патент ФРГ 1 ч. 1259272, кл, Е 21 В 17/04, опубл. 1965.(54) СИСТЕМА АКТИВНОГО ВИБРОГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (57) Назначение: изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам и системам гашения колебаний бурильной колонны, Цель изобретения; повышение эффективности работы виброэащитной системы путем расширения границ гашения частотного Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именнок устройствам и системам гашения колеба-.ний бурильной колонны,Цель изобретения - повышение эффективности работы виброзащитной системыпутем расширения границ гашения частотного спектра вибрационного воздействия.Сущность предлагаемого. изобретениязаключается в том, что гашение энергиивозмущающего воздействия во всем ее частотном диапазоне происходит в три этапа.На первом этапе происходит частичное преобразование энергии в электрический ток,используемый в дальнейшем для питаниякатушки соленоида вибратора, на втором -гасится основная часть энергии при помощи спектра вибрационного воздействия, Сущность изобретения: система содержит корпус, в который, входит корпус генератора с обмотками и ротор с постоянными магнитами, надетый на ствол и подпружиненный пружинами, одна из которых упирается в пробку, на которой установлен оболочечный амортизатор. Верхним концом амортизатор упирается в пустотелый переводник, Внутри переводника находится блок управления и вибродатчик, предназначенный для управления работой вибратора, Вибратор расположен на верхнем торце переводника и состоит из соленоида и подпружиненного сердечника, перемещающегося по стволу.Блок управления управляет вибратором таким образом, что возбуждаемые вибрато- З ром колебания в противофазе сбивают пиковые напряжения возбуждающего воздействия. 1 з. и, ф-лы, 2 ил. оболочечного амортизатора, и на третьем этапе оставшаяся часть энергии гасится эа счет воздействия вибратора на бурильную колонну в противофазе пиковым значениям возмущающего воздействия.Поставленная цель достигается путем введения пассивного оболочечного амортизатора; вибратора, состоящего из катушки соленоида с подпружиненным сердечником,.перемещающимся вдоль ствола и полого переводника с размещенным внутри него блоком управления и вибродатчиком, предназначенным для управления работой вибратора.Введение пассивного оболочечного амортизатора обеспечивает гашение основной части энергии частотного спектра виб 1799987рационного воздействия на бурильную колонну со стороны забоя скважины.Введение вибратора. Выполнение вибратора в виде подпружиненного Т-образногосердечника, основание которого находитсявнутри катушки соленоида, и перемещающегося вдоль ствола, обеспечивает созданиезначительных ударных воздействий на бурильную колонну.Введение блока управления с вибродатчиком позволяет осуществить управление работой вибратора, т.е. создаватьударные воздействия на бурильную колонну в противофазе измеряемым значениям вибрационных воздействий на бурильную 15колонну со стороны забоя скважины,В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не обнаружено технических решений, обладающихпризнаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа,На фиг, 1 показана предлагаемая система; на фиг. 2 - структурная схема блокауправления вибратором.Система виброгашения содержит корпус 1, который заканчивается с одной стороны присоединительной резьбой, с другой -шлицевой муфтой, в которую входит шлицами корпус генератора 2, с обмотками 3,внутрь которого входит ротор 4 с постоянными магнитами 5, одетый на ствол 6 и подпружиненный коническими пружинами 7, 8,пружина 7 упирается в герметизирующуюпробку 9. На пробке 9 установлен амортизатор, состоящий из оболочки 10, поршней 11 35и 12 и накопителя 13. Поршни и накопительснабжены отверстием для кабеля 14.Корпус 1 соединен с пустотелым пере. водником 15, в котором размещены акселерометр 16 иблок управления 17. 40Переводник 15 соединен резьбой с верхним корпусом 18, к которому при помощирезьбы крепится подсоединительный переводник 19, Верхний корпус 18, переводник19 и переводник 15 образуют камеру, в которой расположен вибратор, состоящий изсоленоида 20 и сердечника 21, свободноперемещающегося вдоль ствола и подпружиненного пружиной 22,Система работает следующим образом. 50Вибрационное воздействие от долотапередается на корпус генератора и приводит в возвратно-поступательное движениеротор 4, в результате чего в обмотках 3 генератора 2 наводится э.д,ст.е. происходит частичное преобразование энергии колебанийв электрический ток. Корпус генератора 2,благодаря шлицевой паре. свободно перемещается в продольном направлении, что исключает передачу продольных колебаний на корпус 1. Вибрационное воздействие через корпус оболочечного амортизатора, состоящего из элементов 10, 11, 12 и 13, где происходит гашение его основной энергии, передается на переводник 15 и воспринимается акселерометром 16, который через блок управления 17 управляет работой вибратора (элементы 20, 21, 22) таким образом, что при отсутствии возмущающего воздействия или минимальном его значении сердечник 21 притянут к катушке соленоида 20 и пружина 22 находится в сжатом состоянии. При увеличении уровня возмущающего воздействия выше заданной величины, катушка соленоида обесточивается и сердечник вибратора 21 под действием пружины 22 ударяет в торец переводника 19 в противофазе пиковым значениям возмущающего воздействия со стороны забоя на бурильную колонну, в результате чего численные значения параметра вибрации в точке измерений вибрационного воздействия уменьшаются. Питание вибратора осуществляется от генератора 2 посредством кабеля 14,Блок управления работает следующим образом.Информационный аналоговый сигнал от вибродатчика ВД (фиг. 2), усиленный усилителем УС, поступает на устройство управления УУ. Сюда же поступает сигнал уставки, т,е, заданные значения величины напряжения, соответствующие допустимому уровню вибрации. Сигнал уставки получают путем усиления в УС 2 напряжения с генератора Г - напряжения с обмоток 3 (фиг.1), с последующим его нормированием в устройстве нормирования Н, С усилителя УС 2 напряжение питания через пускатель П подается на катушку соленоида 20 вибратора В в результате чего притягивается сердечник 21 и сжимается пружина 22. В случае, если значение величины информационного сигнала с ВД, усиленного УС 1, превышает значение сигнала уставки с нормирователя Н, усиленного в УС 2, устройство управления УУ вырабатывает сигнал управления, который поступает на пускатель П и отключает напряжение питания соленоида 20 вибратора В. В результате обесточивания вибратора В его сердечник 21 освобождается и под действием пружины 22 ударяет в торец переводника 19 в противофазе пиковым значениям вибрации,Экономический эффект системы активного виброгашения колебаний бурильной колонны заключается в повышении надежности и эффективности работы бурильной колонны и снижении аварийных ситуаций за счет заклинивания шарашекдолота и оставлении их на забое скважины.Предложенная система активного виброгашения колебаний бурильной колонны дает возможность проводить процесс бурения при заранее выбранных рациональных параметрах работы бурильной колонны. Это приводит к уменьшению стоимости проходки одного метра скважины и повышению долговечности работы шарошечных долот и бурильной колонны.Формула изобретения 1. Система активного виброгашения колебаний бурильной колонны, содержащая корпус, подвижную подпружиненную трубу и электрогенератор, статорная обмотка которого закреплена на внутренней стенке корпуса, а ротор с постоянными магнитами - на подвижной трубе, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности ее применения за счет расширения границ гашения частотного спектра вибрационного воздействия, она снабжена герметизирующей пробкой, установленным на ней.оболочечным амортизатором с поршнем и накопителем, пустотелым переводником с размещенным внутри него блоком управления и подключенным к его первому входу вибродатчиком и установленным на верхней площадке пустотелого переводника вибратором, состоящим из катушки соленоида и подпружиненного сердечника, свободно перемещающегося вдоль подпружиненной подвижной трубы, при этом верхняяпружина, подпружинивающая подвижную5 трубу, опирается на герметизирующуюпробку, а амортизатор верхним концом упи рается в пустотелый переводник, причем впереводнике, в поршне и накопителе амортизатора выполнены отверстия, через кото 10 рые пропущен кабель, посредствомкоторого соленоид и блок управления вторым входом соединены с обмоткой электрогенератора,2.,Система по и, 1, о т л и ч а ю щ а я с я15 тем, что блок управления выполнен в видедвух усилителей, нормирователя, элементасравнения и пускателя, причем выход первого усилителя подключен к первому входуэлемента сравнения, к второму входу кото 20 рого подключен выход нормирователя черезвторой усилитель, а выход элемента сравнения и второй выход второго элемента сравнения подключены к входам пускателя,выход которого является выходом блока уп 25 равления и подключен к катушке соленоидавибратора, вход первого усилителя являетсяпервым входом блока управления, а входнормирователя является его вторым входом.1799987 акт Заказ 1142 Тйраж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская наб,. 4/5