20. Управление параметрами вибраций бурильного инструмента

Можно выделить 2 вида мероприятий: технологические и технические приемы.

Технологические методы (приемы).

Изменяют параметры режима углубления скважины (в том числе Gст и Gд), давление P_R, гидравлическую осевую нагрузку на вал ГЗД, осевую нагрузку на пяту двигателя и скорость истечения жидкости из насадок (Vи) и др. При этих методах меняется частота n и соответственно величины f и h нескольких видов вибраций; при изменении осевых усилий и соотноше­ний между ними меняют загрузку ГЗД и долота и, естественно, меняют ве­личины амплитуд вибраций. Скорость Vи позволяет несколько снизить скорость вдавливания зуба долота в породу.

Заменяют промывочную жидкость или изменяют ее плотность и вязкость. Так, с увеличением ρ₁ повышаются: вращающий момент турбобура, перепад давления в нем, дифференциальное давление

Технические приемы.

1. Заменяют тип буровых насосов - снижают пульсации давления Рн.

2) Изменяют компоновку бурильного инструмента.

3) Можно ком­поновку колонны составить из нескольких секций ЛБТ, расположенных между секциями стальных труб; при этом демпфирующие свойства колон­ны могут значительно усилиться.

4) Вводят в нижнюю часть бурильного инструмента калибраторы, цен­траторы. Таким образом меняют место опоры инструмента в скважине и зазор между ним и стенками скважины, т.е. изменяют амплитуду и форму колебаний.

5) В состав инструмента включают: преобразователи части нагрузки на долото в динамическую -Gд (устройства, вдоль оси которых движется масса, например, из отрезка УБТ); усилители Gд, что дает возможность повысить амплитуду некоторых вибраций и повы­сить Vм.

6) Размещают в компоновке бурильного инструмента (или в колонне) разделители и отражатели. Разделитель и отра­жатель представляют собой устройства, в которых имеется элемент с ма­лой жесткостью, не пропускающий определенный вид вибраций от одной части колонны к другой или резко снижающий амплитуду колебаний.

7) Применяют амортизаторы (демпферы). Конструкций амортизаторов разработано несколько десятков.

Рисунок 2.6. Схема конструкции амортизатора: 1 - долото;

2,4 - вал и корпус демпфера; 3 - узел передачи Мвр;

5 - упругий элемент;

6 - вал забойного двигателя или труба бурильной ко­лонны;

7 - поток промывочной жидкости;

8 - уплотнительпые элементы.

Принцип действия амортизатора: амортизаторы устанавливаются под забойным двигателем, между долотом и его валом и между долотом и бурильной колонной при роторном бурении.

Принцип работы демпфера для двух последних случаев. Вращающий момент от вала двигателя передается через корпус амортизатора к его валу через узел передачи Мвр, а осевые усилия от вала двигателя к валу амор­тизатора - через упругий элемент, в котором происходит перераспреде­ление энергии вибраций. Жидкость проходит через корпус и вал амортизатора в долото. Утечки промывоч­ной жидкости устраняются путем установки уплотнений.

Вращающий момент от забойного двигателя (или от колонны при роторном способе бурения) и далее от корпуса амортизатора к его валу пе­редастся через: шлицевые соединения, зубчатые элементы, кулачковые по­лумуфты, шпоночные соединения, ре­зиновые втулки, шариковые запоры, металлические зубья, пружины и др.

Упругие элементы также разнообразны: это массивные резиновые втулки, наборы резиновых колец и шаров, прокладки из эластичных мате­риалов, пакеты и одинарные наборы тарельчатых стальных пружин, вин­товые стальные и клинчатые пружины, гидравлические устройства и др.

За период Т энергия при вибрациях, передаваемая от долота вверх, аккумулируется в упругом элементе амортизатора в виде потенциальной энергии упругих деформаций, а затем - обратно в определенном количест­ве возвращается долоту. Форма вибрации благодаря упругому элементу сглаживается и часто снижается амплитуда вибраций. Таким образом, уменьшается доля энергии, передаваемая вышерасположенному буриль­ному инструменту (или колонне), и меньше энергии рассеивается в бу­рильной колонне, а динамические усилия более плавно передаются долоту и горной породе. В связи с этим увеличиваются: время работы опор и воо­ружения долота, межремонтный период работы забойного двигателя (в первую очередь его шпинделя), долговечность бурильной колонны. Ща­дящий режим нагружения долота, соответственно и породы, осевыми ди­намическими усилиями обычно приводит к некоторому снижению Vм. В процессе конструирования демпферов производятся довольно ем­кие расчеты, в частности, рассчитывается работа упругого элемента и ко­личество энергии, поглощаемой (аккумулируемой) в этом элементе, коэф­фициент демпфирования и др.