Уменьшение вибраций при применении амортизаторов в компоновке низа бурильной колонны.

Внутренняя поверхность верхнего переводника выполнена в виде конфузора. В верхней части полого вала установлен стакан, выполненный в виде усеченного конуса, снабженный камерой смешения и имеющий осевой и тангенциальные каналы. В осевом канале стакана установлена сменная насадка. Между корпусом и полым валом установлены пакет металлических колец с упругими элементами, имеющими изменяющуюся характеристику, ограничительная втулка и прорезная пружина. Упругие элементы выполнены с продольными отверстиями, имеющими возрастающие по сечению размеры в направлении сверху вниз. На рисунке 7 представлен общий вид гидромеханического демпфера; рисунке 8 - разрез А-А, на рисунке 9 отдельно пакет упругих элементов.Рисунок 7. Общий вид гидромеханического демпфера:1 – корпус; 2 – верхний переводник; 3 – полый вал; 4 – стакан; 5 – осевые и тангенциальные каналы; 6 – сменная насадка; 7 – металлические кольца; 8 – упругие элементы; 9 – ограничительная втулка; 10 – прорезная пружина; 11 – упорная втулка; 12 – дистанционная втулка; 13 – шпонки; 14 – пазы переводника; 15 – втулка; 16 – насадка; 17 – осевые каналы; Б – камера смешения.Рисунок 8. Пакет упругих элементов.3 – полый вал; 7 – металлические кольца; 8 – упругие элементы; 9 – ограничительная втулка; 11 – упорная втулка; В – осевые каналы.Рисунок 9. Разрез пакета упругих элементов.Устройство включает корпус 1, верхний переводник 2, снабженный насадкой 16 и осевыми каналами 17, внутренняя поверхность которого выполнена в виде конфузора, полый вал 3 в верхней части которого установлен стакан 4, выполненный в виде усеченного конуса, снабженный камерой смешения Б, осевым и тангенциальным каналами 5, выполненными с параллельными входами промывочной жидкости, а в осевом канале установлена сменная насадка 6. Между корпусом 1 и полым валом 3 установлены пакет металлических колец 7 с упругими элементами 8 с изменяющейся характеристикой, ограничительная втулка 9 и прорезная пружина 10. Пакет упругих элементов 8 снабжен продольными с возрастающими по сечению размерами сверху вниз отверстиями В, взаимодействует с упорной втулкой 11 и дистанционной втулкой 12. Крутящий момент от корпуса к валу 3 передается шпоночным соединением, состоящим из шпонок 13, размещенных в пазах переводника 14 и ответных осевых пазах полого вала 3, удерживающийся от выпадания втулкой 15.Устройство работает следующим образом. Гидромеханический демпфер устанавливается в любом месте сжатой части бурильной колонны, например над долотом. При подаче буровыми насосами промывочной жидкости за счет срабатываемого перепада давления в тангенциальных каналах 5 и сменной насадке 6 стакана 4, выполненной в виде усеченного конуса, расклинивается полый вал 3 в нижнее положение.При набегании долота на "ухабы" забоя и зубцовых ударах шарошек возникающая динамическая составляющая реакции забоя перемещает полый вал вверх, преодолевая гидравлическую нагрузку, действующую на него и параллельно сопротивление пакета упругих элементов 8, что приводит к уменьшению амплитуд переменной нагрузки сжатия. При сжатии упругих элементов вибрации ими поглощается, а часть возвращается при их выпрямлении долоту.Жесткость жидкостной пружины демпфера регулируется подбором регламентированного канала сменной насадки 6 и регламентированным осевым перемещением полого вала 3, т.к. при гидравлическом взаимодействии конусного стакана 4 с конфузором верхнего переводника 2 тангенциальные каналы 5 перекрываются. Это сопровождается увеличением гидравлической нагрузки на полый вал 3, жестко связанный с долотом.Регулировка жесткости (рабочей характеристики) пакета упругих элементов 8 осуществляется в широком диапазоне за счет изменения толщины их и за счет диаметра и количества продольных отверстий В, выполненных в каждом упругом элементе с возрастающими по сечению размерами сверху вниз или наоборот.Движение полого вала 3 вверх относительно верхнего переводника 2 регламентируется ограничительной втулкой 9 для предотвращения разрушения упругих элементов. Прорезная пружина 10 компенсирует гидравлический удар, действующий на полый вал 3 с долотом при распрямлении жесткостной пружины.Процессы сжатия и распрямления гидравлической и механической частей демпфера происходят синхронно, дополняя друг друга.Использование гидромеханического демпфера предлагаемой конструкции позволяет эффективно гасить низкочастотные и высокочастотные колебания бурильного инструмента при бурении вертикальных так и наклонно- направленных скважин, что в конечном счете улучшает работу бурильного инструмента.Подбор параметровбуренияНаибольшее влияние на уровень УВН оказывают такие параметры как скорость вращения и осевая нагрузка на долото и в меньшей степени расход промывочной жидкости.Согласно собранной статистике во многих случаях при возникновении того или иного типа УВН на КНБК удается подобрать оптимальное сочетание параметров бурения для значительного снижения уровня УВН.При бурении скважин №101, 102, 106 на Термокарстовом месторождении наблюдались повышеные УВН, при бурении интервала 2660-2860м по стволу наблюдались крутильные УВН с повышенной неравномерностью вращения КНКБ, примечательно что при снижении нагрузки и при анализе данных был сделан вывод о том, что повышение вибрации негативно влияет на скорость проходки. Увеличение нагрузки приводит не к росту скорости бурения, а к возрастанию амплитуды колебаний КНБК. Снижение амплитуды колебаний происходит при полной остановке процесса строительства скважины или наращивании бурильной колонны. [10]В своих работах Юнин Е.К консолидировал накопленные наблюдения и вывел рекомендации по значениям скорости вращения, нагрузки на долото и расхода промывочной жидкости для конкретного типа КНБК для каждого интервала бурения по вертикали, что помогло снизить уровень УВН на КНБК и увеличить средний срок службы долот.ДизайнКНБКВ отличие от параметров бурения, которые в большинстве случаев можно изменить в достаточно широком диапазоне, дизайн КНБК определяется перед сборкой и изменить его с целью снижения уровня УВН не представляется возможным без дополнительного рейса, поэтому дизайн КНБК со всеми входящими в нее компонентами должен быть продуман заблаговременно.При проектировании КНБК для каждого рейса должно быть учтены очень много различных факторов, применительно к влиянию на уровень УВН нагрузок, необходимо учитывать жесткость КНБК, количество калибраторов, размер калибраторов (абсолютный и относительно диаметра ствола скважины), тип калибраторов (прямой или спиральный), типа долота (агрессивность калибрующей части PDC долота, тип вооружения шарошечного долота), угла перекоса забойного двигателя.Согласно выводам, сделанным при бурении на Термокарстовом газоконденсатном месторождении УВН нагрузки крутильного типа в том числе УВН типа подклинка – проворот были ниже при бурении с более жесткой КНБК, однако направленное бурение в интервалах наиболее интенсивного набора зенитного угла было заметно затрудненно [10]. В жестких КНБК применение калибраторов увеличивает площадь соприкосновения КНБК со стенками скважин, что приводит к увеличению сил трения и созданию условий для неравномерного вращения компоновки. Использование роликовых центраторов в КНБК снизит возможность возникновения крутильной вибрации и эффекта подклинка - проворот. Грамотный выбор всех элементов КНБК с учетом их способности являться источником возникновения различных колебаний (применение долот PDC с меньшим углом наклона резцов, уменьшение агрессивности долота) и регулирование параметров бурения, таких как нагрузка на долото, частота вращения приведет к увеличению скорости бурения, уменьшению количества преждевременного выхода из строя бурильного оборудования и сокращению времени на строительство скважины. Для уменьшения амплитуды шоков, вибрации и необходим их мониторинг, что позволит увеличить скорость бурения, снизить цену и полное время строительства скважины.От значения угла перекоса забойного двигателя очень сильно зависит уровень поперечных УВН, за счет излома оси на теле двигателя в этомместе КНБК образуется экстресинтет, что при бурении ротором значительно повышает уровень поперечных УВН, однако при направленно бурении данные УВН практически отсевают. В некоторых случаях за счет сложностей прохода КНБК с большим углом перекоса по стволу скважины при СПО на приборах телеметрии регистрировались накопленные УВН в размере, рекомендуемом для смены прибора телеметрии, то есть фактически еще до начала бурения КНБК уже испытывала критическое воздействие.ЗаключениеВ ходе выполнения данной работы были рассмотрены основные типы ударно-вибрационных нагрузок, испытываемых компоновкой низа бурильной колонны, последствия повышенного воздействия каждого из типов ударно-вибрационных нагрузок и способы борьбы с ними. Были рассмотрены способы регистрации и техника для измерения ударно-вибрационных нагрузок, начиная от патентов 70-х годов и заканчивая современными техническими средствами.Три основных типа нагрузок на бурильную колонну: осевые, поперечные, крутильные. Влияние данных вибраций ведет к уменьшению ресурса породоразрушающего инструмента и снижению технико-экономических показателей постройки скважин. Самым результативным методом борьбы с колебаниями является использование буровых амортизирующих устройств. Использование винтовых и тарельчатых пружин, резиновых упругих элементов более эффективно для гашения осевых и крутильных колебаний. Применение амортизаторов с калибраторами, расширителями и центраторами эффективно при поперечных вибрациях.Список литературыСпециализированный журнал «Бурение & Нефть» Статьи о важном в ТЭКе «КАТАСТРОФИЧЕСКОЕ СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРЕНИЯ ИЗ-ЗА ЭКСЦЕНТРИЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ» Ю. Палащенко, Varel Internationalhttp://burneft.ru/docs/archived_docs/articles_tek/10Санников Р.Х., Мавлютов М.Р. Некоторые вопросы теоретического исследования колебаний бурильного инструмента при работе долота // Труды УНИ. -1969.-Вып.7.Определение колебаний бурильной колонны на поверхности // Huanan Ligong daxue xuebao. Ziran Kexue ban = J.S. China Univ. Technol. Natur. Sci., 1996.- 24.- № 12.- p.6-10.Кулябин Г.А., Копылов В.Е. Измерение в скважине крутильных колебаний бурильного инструмента // Изв.вузов. Нефть и газ. - 1970.- №6. -С. 33-36.Векерик В.И., Мойсишин В.М. Определение динамической составляющей осевой нагрузки на долото по данным колебаний верхней части бурильной колонны // Изв. вузов. Нефть и газ. 1986. -№4. - С.22-26.Забойный прибор для записи вибрации низа бурильной колонны /Тимофеев Н.С., Ворожбитов М.И., Бергштейн О.Ю. и др.// Нефтяное хозяйство. 1970. - № 1. - С. 11 - 14.Патент 1553662 А1 Способ регистрации вибрации бурильных труб на устье скважины и датчик для его осуществленияПатент №2106490 - Устройство для регистрации вибрации бурильной колонны в процессе бурения скважины Авторы патента: Бехтерев И.С. Григорьев Г.В. Соболев Д.М. Галузин М.Н.Drilling formulahttp://www.drillingformulas.comshock-and-vibration-in- drilling-vdo/Печатный научно-технический журнал «Нефтегазовое дело» 2015, т. 13, № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН НА ТЕРМОКАРСТОВОМ ГАЗОКОНДЕНСАТНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ УДК 622.248.9Официальный сайт компании «Генерал Электрик» http://geolink.virtbox.ru/vibr.htmСпециализированный журнал «Бурение & Нефть» Июнь 2017 Снижение вибрационной нагрузки на породоразрущающий инструмент и элементы КНБК путем применения демпфирующего переводника BADRETDINOV, G. ISHBAEV, A. BALUTA, A. SHARIPOV, A. DRAGAN, LLCSPE «BURINTEKH» LLC,V. YAMALIEV, USPTUhttp://burneft.ru/archive/issues/2017-06/44