RU1775546C

RU1775546C - Drilling shock absorber

Info

Publication number: RU1775546C
Application number: SU894748709A
Authority: RU
Inventors: Валерий Нухимович Лившиц; Анатолий Дмитриевич Шевченко; Александр Александрович Шульженко
Original assignee: Институт сверхтвердых материалов АН УССР
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1992-11-15

Abstract

Изобретение относитс к буровому оборудованию . Цель изобретени - повышение эффективности работы амортизатора. Дл этого амортизатор имеет цилиндрический корпус с внутренней резьбой и наружной резьбой на концах и примыкающую к последней кольцевую опорную поверхность с углублени ми и закрепленными в них пайкой демпфирующими злементами, выполненными из интерметаллида никелида титана с пористостью от 5 до 40%, причем площадь рабочей поверхности демпфирующих элементов выбираетс из соотношени 5д/5к 0,2-0,8, где 5Д - площадь рабочей поверхности демпфирующих элементов; 5к - площадь кольцевой опорной поверхности корпуса, а рассто ние от рабочей поверхности демпфирующих элементов до кольцевой опорной поверхности корпуса выбираетс из соотношени h/Н 0,04-0.3, где h - рассто ние от рабочей поверхности демпфирующих элементов до кольцевой опорной поверхности корпуса: Н - высота демпфирующих элементов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ЁThe invention relates to drilling equipment. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the shock absorber. To this end, the shock absorber has a cylindrical body with an internal thread and an external thread at the ends and an annular supporting surface adjacent to the latter with recesses and damping elements made of titanium nickelide intermetallic with porosity from 5 to 40%, and the working surface area of damping elements is selected from a ratio of 5d / 5k 0.2-0.8, where 5D is the area of the working surface of the damping elements; 5k is the area of the annular supporting surface of the casing, and the distance from the working surface of the damping elements to the annular supporting surface of the casing is selected from the ratio h / H 0.04-0.3, where h is the distance from the working surface of the damping elements to the annular supporting surface of the casing: N - the height of the damping elements. 1 s.p. f-ly, 4 ill. Yo

Description

Изобретение относитс к буровому оборудованию .The invention relates to drilling equipment.

Использование высоких скоростей при бурении ограничено вибрацией колонны бурильных труб. Дл гашени вибраций было разработано множество конструкций буровых амортизаторов.The use of high speeds during drilling is limited by the vibration of the drill string. Many vibration damper designs have been developed to dampen vibrations.

Известны забойные амортизаторы ЗА- 7, в которых в качестве демпфирующих элементов использованы тарельчатые пружины. Эти амортизаторы гас т продольные колебани .Downhole shock absorbers ZA-7 are known, in which disk springs are used as damping elements. These shock absorbers dampen longitudinal vibrations.

Недостатком их вл етс неэффективность при бурении на большую глубину, когда длина колонковой трубы достигает 10-15 метров и более. Это происходит потому, что при разведочном бурении амортизаторы такой конструкции могут быть установлены только выше колонковой трубы, поэтому ее вибрации не гас тс и передаютс непосредственно на буровую коронку.Their disadvantage is inefficiency when drilling to a great depth, when the length of the core pipe reaches 10-15 meters or more. This is because, during exploratory drilling, shock absorbers of this design can only be installed above the core pipe, therefore its vibrations are not damped and transmitted directly to the drill bit.

Этого недостатка лишен наддолотный амортизатор, через который может проходить керн и поэтому он устанавливаетс между долотом и колонковой трубой. Однако он не обеспечивает также эффективного гашени колебаний.This disadvantage is deprived of the over-bit shock absorber through which the core can pass and therefore is installed between the bit and the core tube. However, it also does not provide effective damping.

VJ VIVj vi

СЛ ФSL f

Јь ОО Oh

Наиболее близким по технической сути вл етс амортизатор, содержащий цилиндрический корпус с внутренней резьбой на одном конце, наружной - на другом и примыкающей к наружной резьбе кольцевой опорной поверхностью с углублени ми и закрепленными в них демпфирующими элементами . Закрепление демпфирующих элементов осуществл етс навинчиванием зажима.The closest in technical essence is a shock absorber comprising a cylindrical body with an internal thread at one end, an external one at the other and an annular supporting surface adjacent to the external thread with recesses and damping elements fixed therein. The damping elements are secured by screwing on the clamp.

Этот амортизатор вл етс также малоэффективным , т.к. гасит только поперечные колебани . Резина, из которой выполнены демпфирующие элементы, стареет и тер ет свои демпфирующие свойства, Этот амортизатор может устанавливатьс только над колонковой трубой.This shock absorber is also ineffective because damps only lateral vibrations. The rubber from which the damping elements are made ages and loses its damping properties. This shock absorber can only be installed above the core tube.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности работы амортизатора.The aim of the invention is to increase the efficiency of the shock absorber.

Согласно изобретению поставленна цель достигаетс тем, что в буровом амортизаторе , включающем цилиндрический корпус с внутренней резьбой на одном конце , с наружной резьбой на другом и с примыкающей к наружной резьбе кольцевой опорной поверхностью и углублени ми и закрепленными в них демпфирующими элементами , демпфирующие элементы выполнены из интерметаллида никелида титана с пористостью от 5 до 40%, причем площадь рабочей поверхности демпфирующих элементов выбираетс из соотношени SR/SK 0,2-0,8, где 5Д - площадь рабочей поверхности демпфирующих элементов, 5К - площадь кольцевой опорной поверхности корпуса, а рассто ние от рабочей поверхности демпфирующих элементов до кольцевой опорной поверхности корпуса выбираетс из соотношени h/H 0,04-0,3, где h - рае- сто нке от рабочей поверхности демпфирующих элементов до кольцевой опорной поверхности корпуса, Н - высота демпфирующих элементов.According to the invention, the goal is achieved in that in the shock absorber comprising a cylindrical body with an internal thread at one end, with an external thread at the other and with an annular supporting surface and recesses and damping elements fixed therein, the damping elements are made of titanium nickelide intermetallide with porosity from 5 to 40%, and the area of the working surface of the damping elements is selected from the ratio SR / SK 0.2-0.8, where 5D is the area of the working surface of the dem 5K is the area of the annular supporting surface of the housing, and the distance from the working surface of the damping elements to the annular supporting surface of the housing is selected from the ratio h / H 0.04-0.3, where h is the distance from the working surface of the damping elements to the annular supporting surface of the housing, N is the height of the damping elements.

Демпфирующие элементы могут быть св заны с корпусом пайкой. При этом отпадает необходимость в использовании навинчиваемого зажима, что упрощает конструкцию. Наибольший размер демпфирующих элементов позвол ет выполнить корпус тонкостенным и тем самым обеспечить возможность прохода керна при креплении амортизатора непосредственно на боровой коронке, что повышает эффективность гашени колебаний. Амортизатор служит одновременно и как калибратор или расширитель, т.к. на его цилиндрической части могут быть установлены калибрующие износостойкие элементы, а под ними демпфирующие элементы.Damping elements may be soldered to the housing. This eliminates the need for a screw-on clamp, which simplifies the design. The largest size of the damping elements allows the casing to be made thin-walled and thereby ensure that the core can pass when the shock absorber is mounted directly on the boron crown, which increases the efficiency of vibration damping. The shock absorber serves simultaneously as a calibrator or expander, as on its cylindrical part can be installed calibrating wear-resistant elements, and under them damping elements.

Демпфирующа способность интерме- таллида никелида титана зависит от его по- ристости, Оптимальным диапазоном пористости сплава вл етс 5-40%. НижеThe damping ability of titanium nickelide intermetallide depends on its porosity. The optimum range of alloy porosity is 5-40%. Below

5% пористости демпфирующа способность резко падает, а при пористости выше 40% сплав тер ет конструкционную прочность и его невозможно использовать в каче- . стве демпфирующего материала. Свойства 5% porosity, the damping ability drops sharply, and at a porosity higher than 40%, the alloy loses its structural strength and cannot be used as an alloy. damping material. Properties

0 этого демпфирующего материала в полной мере про вл ютс только при определенном размещении демпфирующих элементов . Если площадь, занимаема демпфирующими элементами на опорной0 of this damping material is fully manifested only with a certain arrangement of damping elements. If the area occupied by the damping elements on the supporting

5 поверхности менее 20%, достаточна эффективность гашени колебаний не достигаетс . При площади больше 80% повышение эффективности гашени вибраций не происходит . Демпфирующа способность тер 0 етс также, если демпфирующие элементы выступают менее чем на 0,04 их высоты. Выступание на величину более 0,30 высоты может привести к их разрушению.5 of the surface is less than 20%, a sufficient damping efficiency is not achieved. With an area of more than 80%, an increase in the efficiency of vibration damping does not occur. The damping ability is also lost if the damping elements protrude by less than 0.04 of their height. A protrusion of more than 0.30 height can lead to their destruction.

Как показали патентные исследовани As patent research has shown

5 не известны буровые амортизаторы, содержащие указанные выше отличительные признаки . Поскольку совокупность за вл емых признаков обеспечивает указанный в цели эффект,.то данное техническое решение со0 ответствует критерию существенные отличи .5, shock absorbers containing the above distinguishing features are not known. Since the totality of the claimed features provides the effect indicated in the goal, this technical solution meets the criterion of significant differences.

На фиг. 1 показан амортизатор, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - демпфирующий элемент в увеличенном виде; наIn FIG. 1 shows a shock absorber; FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, in FIG. 3 - damping element in an enlarged view; on the

5 фиг. 4 - вариант исполнени амортизатора. Амортизатор состоит из цилиндрического корпуса 1, на одном конце которого имеетс внутренн резьба 2, а на другом - наружна резьба 3. К наружной резьбе при0 мыкает опорна поверхность 4, в которой выполнены углублени , и в них закреплены демпфирующие элементы 5. Демпфирующие элементы 5 занимают 20-80% площади опорной поверхности 4 (фиг. 2) и выступают5 of FIG. 4 is an embodiment of a shock absorber. The shock absorber consists of a cylindrical body 1, on one end of which there is an internal thread 2, and on the other - an external thread 3. The supporting surface 4, in which the recesses are made, is attached to the external thread and the damping elements 5 are fixed in them. The damping elements 5 occupy 20-80% of the area of the supporting surface 4 (Fig. 2) and protrude

5 над ней на высоту (фиг. 3), котора составл ет 0,04-0,30 их высоты. Они имеют площадки 6, в которые упираетс при навинчивании на наружную резьбу торцова поверхность колонковой или бурильной трубы (в зависимо0 сти от того, в каком месте устанавливаетс амортизатор. На фиг. 4 показан амортизатор , снабженный калибрующими элементами 7 из сверхтвердого материала, под которыми расположены демпфирующие5 above it to a height (Fig. 3), which is 0.04-0.30 their height. They have platforms 6, which abuts against the end surface of the core or drill pipe when screwing onto the external thread (depending on where the shock absorber is installed. Fig. 4 shows the shock absorber equipped with calibrating elements 7 of superhard material, under which damping

5 элементы 8, При бурении продольные, поперечные и крутильные колебани колонны труб передаютс на демпфирующие элементы , которые их гас т. Степень гашени колебаний в рабочих услови х с помощью приборов определить очень трудно. Поэтому дл определени эффективности гашени колебаний используют тот факт, что износ бурового инструмента находитс в пр мой зависимости от интенсивности колебаний , которые до него доход т,5 elements 8. During drilling, longitudinal, transverse and torsional vibrations of the pipe string are transmitted to the damping elements, which damp them. The degree of damping of vibrations under operating conditions is very difficult to determine using instruments. Therefore, to determine the effectiveness of damping, use the fact that the wear of the drilling tool is directly dependent on the intensity of the vibrations that reach it,

Изобретение по сн етс конкретным примером его осуществлени . Заготовки из интерметаллида никелида титана с пористостью 40% были механически обработаны и из них изготовлены демпфирующие элементы толщиной 3 мм и высотой 5 мм, Было изготовлено несколько амортизаторов диаметров 76 мм с различными площадками, которые занимают демпфирующие элементы на опорной поверхности и различной степенью их выступзни над ней. Амортизаторы были оснащены калибрующими элементами дл того, чтобы они одновременно выполн ли роль расширителей. На внутреннюю резьбу навинчивалась бурова колонка , на наружную - колонкова труба. Дл сравнени на другой группе коронок устанавливались серийные расширители РС2.The invention is illustrated by a specific example of its implementation. The blanks made of titanium nickelide intermetallide with a porosity of 40% were machined and made of damping elements 3 mm thick and 5 mm high. Several shock absorbers with diameters of 76 mm were made with different pads that occupy damping elements on the supporting surface and varying degrees of their protrusion above her. The shock absorbers were equipped with calibrating elements in order to simultaneously fulfill the role of expanders. A drill string was screwed onto the internal thread, and a core pipe was screwed onto the external thread. For comparison, serial PC2 expanders were installed on another group of crowns.

При оптимальном подборе занимаемой площади и высоты выступани демпфирующих элементов была достигнута интенсивность износа 0,01 мм/м, что дает увеличение проходки на 140%.With an optimal selection of the occupied area and the protrusion height of the damping elements, a wear rate of 0.01 mm / m was achieved, which gives an increase in penetration by 140%.

Максимальное увеличение проходки на коронку с использованием амортизаторов других конструкций составл ет 59-93% (1).The maximum increase in penetration to the crown using shock absorbers of other designs is 59-93% (1).

Claims

1. Drilling shock absorber, including a cylindrical body with internal thread

0

a battle at one end, with an external thread on the other and an annular abutment surface adjacent to the external thread with recesses and damping elements fixed therein, characterized in that, in order to increase the efficiency of the shock absorber, the damping elements are made of titanium nickelide intermetallide with porosity 5 -40%, and the area of the working surface of the damping elements is selected from the ratio

fifteen

Rear

0.2-0.8

where Zd - the area of the working surface of the damping elements;

SK is the area of the annular supporting surface of the housing,

and the distance from the working surface of the damping elements to the annular supporting surface of the housing is selected from the ratio

25

pp 0.04-0.3,

where h is the distance from the working surface of the damping elements to the annular supporting surface of the housing;

H is the height of the damping elements.

2. The shock absorber according to claim 1, with the exception that the damping elements are connected to the housing.

1

Aa

(rig. I

fig.Z

B.

figM