Стенд для испытания бурильного инструмента

Стенд для испытания бурильного инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ, БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, соцержащий цолото, забойный цвигатепь, вертшог и имитатор силового взаимоцействия с бурильной колонной, отпичаюшийт с я тем, что, с цепью повышения точнооти и качества натурного моцепирования нагрузок со стороны бурильной колонны, имитатор выполнен в вице установленных послецовательно линейного и вращательного электрических двигателей, имеющих обитай подвижный элемент, жестко соединенный с забойным двигателем. СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

3(о)) Е 21 В 4/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН И н AB TopGHolvlv свидетапьствУ!

° 1 (21) 3455362/22-03 (22) 21.06.82

: (46) 15.11.83. Бюп, ¹ 42 (72) П. И. Астафьев, А. В. Холопенко, В. В. Тиунов и В. l3. Политов (71) Пермский филиал Всесоюзного орцена Труцового Красного Знамени научноl исследовательского института буровой техники и Пермский политехнический институт (53) .622.243.921 (088.8) (56) 1. Симонов В. B. и пр. Влияние колебательных процессов на работу бурильного инструмента. M., "Непра", 1977, с. 169-192.

2. Авторское свицетепьство СССР № 794165, кп. E 21 В 17/00, 1975 (прототип). (54) (57) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ, БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, сопержа щий полото, забойный цвигатепь, вертлюг и имитатор силового взаимопействия с бурильной колонной, о т п и ч а ю m и йт с я тем, что, с цепью повышения точнор ти и качества натурного моцепирования нагрузок со стороны бурильной колонны, имитатор выполнен в вице установленных поспеповатепьно линейного и вращатепь ного электрических пвигатепей, имеющих .общий попвижный элемент, жестко соециненный с забойным пвигатепем.

f 1054

Изобретение относится к стенцам цля испытания машин, преимущественно к натурным испытательным стендам забойного инструмента (забойных цвигателей, долот). 5

Известен стенц, в котором цинамическая реакция бурильной колонны при процольных и крутильнык колебаниях имитируется с помощью системы сосрецоточеннык масс и пружин постоянной жесткооти (1J

Оцнако цанный имитатор не позволяет мопелировать цругие, например, циссипативные составляющие динамической реак-. ции бурильной колонны. Кроме того, в 15 цанной конструкции имитатора принципиально ограничено процольное перемещение бурильного инструмента в циапазоне

30 мм, невозможно произвоцить испы+ тания при значительных (1 м) про- . 20 коцках пороцо-разрушающего инструмента.

Известен стенц цля испытания бурильного инструмента, соцержаший цолото, забойный цвигатель, вертлюг и имита- 25 тор силового взаимоцействия с бурильной колонной (2)

В известном стенце постоянные составляющие .осевой сипы и реактивного

I момента созцаются специальной пружиной, а цинамические составляющие пропорциональные соответственно линейной и угловой скорости цвижения в выбранном сечении колонны, моцелируются силой и моментом вязкого трения в вице

R Ц-R„о++C „X(t)

М„М =Ы„, К, „ц(}, 5ЭЗ 2 крутильнык колебаний забойного инструмента.

В этом стенце глубина прохоцки лороцораэрушающего инструмента ограничивается конструкцией имитатора; который цолускает лишь малые колебания.

Набор механическик устройств имитатора опрецелается прецлагаемой структурой (1) моцелируемого взаимоцействия бурильной колонны с,забойным инструментом и не цопускает реализацию цругих уточненных вариантов такого взаимоцействия.

Поцбор параметров имитатора (характеристики пружин, цилинцров и жицкости) может обеспечить выбранный режим бурения. Изменение же условий эксперимента неизбежно лривоцит к сложной поцготов ке и тарировке имитатора. Программное ибйенение параметров выбранной моцели (1) взаимоцействия в хоце оцного испытания оказывается невозможным, так как параметры имитатора устанавливаются неизменными перец кажцым ислмтанием.

Не представляется возможным с помощью известного имитатора учесть и смоцелировать цругие цинамические составляющие силового взаимоцействия, так как он соцержит ограниченный набор устройств моцелирования, соответствующих лишь соотношению (А).

В то же время назрела необхоцимость использования уточненных вариантов описания силового взаимоцействия бурильной колонны с забойным инструментом, например со слецующими соотношениями „Ж- „о«st(<ï) Х(ЦС,„(Я„ )((t) . 40 гце Rx Ь) н М» (Ц - осевая сила и осевой реактивный момент; Ryp и l6)(p соответственно постоянные составляющие осевой силы и осевого реактивного момен1 1 та; С в и 4e< - привеценные коэф

° 45 фициенты демпфирования; Х ® и q (4) соответственно линейные и угловые ско- . рости перемещения в месте соецинения забойного инструмента с бурильной колон-.. ной, Ф, -время. Динамические. составляющие реакции (1) созцаются в сле50 циальном имитаторе: прецставляющем.собой систему концентрических цилинцров, погруженных в вязкую жицкость, Таким образом, в известном стенце имитатор прецставляет собой набор мехайических устройств, кажцое из которых моцелирует соответствующие составляющие силового взаимоцействия в режиме лроцольньМх® ™xp+ бхЬ МЦ „(>ê) ММ, гце Cex(С к(Яч) и (к (Ик приведенные цинамические коэффициенты демпфирования; Х (Ц и (p (Ц -соответственно,линейное и. угловое переме-, щение в месте соецинения забойного инструмента с бурильной колонной. Остальные обозначения соответствуют зависимостям (1).

Кроме того, возможны цапьнейшие уточнения моцели взаимоцействия, учитывающие,и цругие факторы, наиболее общей из которых является лрецставпение з О54 силового взаимоцействия в вице цвух случайных процессов Ц „ Н1 и М (t)

Таким образом, известный стенц не обеспечивает требуемой точности и циалазона моцепирования, взвимоцействия забойного инструмента и бурипьной копонны из-зв несовершенства реализации процесса нагружения.

Uen изобретения - повышение точности и качества натурного моцелировв- 1О ния нагрузок со стороны бурильной ко полны, Поставпенная цепь цостигвется тем, что в стенце цпя испытания бурильного . инструмента, соцержащем цопото, забойный цвигатепь, вертпюг и имитатор силового взаимоцействия с бурипьной колонной, лоспецний вылопнен в вице устаноа пенных лосцецоввтепьно линейного и вращательного электрических цвигатепей, щ имеющих общий лоцвижный эпемент, жест» ко соециненный с забойным цвигатепем.

На чертеже лривецена схема стенца с универсальным имитатором силового взаимоцействия забойного инструмента с ° д5 бурильной копонной.

Стенц соцержит забойный цвигатепь 1 с цолотом 2, которые устанавливаются на экспериментальный забой 3 или бпок лороцы (не показан). Забойный цвигв»тель 1 жестко соецинен с лоцвижным элементом 4 имитатора. Верхний конец лоцвижного эпемента 4 соецинен с вертпюгом 5 и установпен в рациапьных опорах 6. Нижняя опора 6 вылопняется

35 непроточной, чтобы лрецотвратить лолацание в лопость имитатора промывочной жицкости с выбуренной лороцой, поступающей с забоя 3. Рациапьные опоры 6 40 установцены -в корпусе 7 таким образом, что межцу ними поспецоватепьно располагаются статоры 8 и 9 соответственно линейного (ЛЭД) и вращательного (ВЭД) электрических цвигателей имита- 45 тора нагрузки. Непоцви>кная система . элементов имитатора (статоры 8 и 9 и рациальные опоры 6) зажимаются сверху в корпусе 7 стенца столорным копь-.цом 10. Кабели 11 питания и улравле50 ние .12 эпектроцвигатепей вывецены через нелоцвижную систему имитатора и соецинены с системой 13 регулирования закона нагружения забойного инструмента. В нижней части корпуса 7 pachonoжены окна 14 цпя отвоца промывбчной

5 5 жицкости,лоступак>щей с забоя 3 вместе с выбуренной пороцой.

Стенц работает слецующим образом.

533 4

Ог бурового насоса (не показан) про» мывочная жицкость нагнетается через вертлюг 5 во внутреннюю полость лоцвижного элемента 4 имитатора и поцвело ся к забойному цвигатепю 1. Поцвижный элемент 4 имитатора через корпус звбойного цвигателя 1 воспринимает реак тивный момент. Qns .обеспечения звцаи ного углового лоложения забойного цви» гатепя 1 на лоцвижном элементе 4 соэ цается требуемый, момент со стороны

ВЭД. Этот момент фиксируется в системе 13 в соответствие с выбранным законом крутипьного взаимоцействия забойного цвигатепя 1 с бурипьной колонной (не -показана). Для обеспечения требуемого усипия лрижвтия забойного цвигатепя 1 к забою 3 созцается лроцопь ное усилие со стороны ЛЭД. Это усилие формируется в системе 13 в соответствии с выбранным законом лроцопьного взаимоцействия забойного цвигатепя 1 с бурильной колонной. Процопьно-крутипь» ные перемещения забойного цвигателя 1 в процессе бурения реализуются лри цвижении лоцвижного элемента 4 имитатора в трех рациапьных опорах 6. Движущаяся промывочная жицкость охпажцает лоцвижный элемент 4 имитатора лри работе ЛЭД и ВЭД. Выбуреннвя лороца с промывочной жицкостью поступает с эабоя 3 на поверхность и спивается через окна 14. При этом нижняя рацивпьная опора 6 выполнена непроточной и лрецот» вращает лолацание лромывочной жицкости в лопости ЛЭД и ВЭД. Электрические цвигвтепи — линейный (ЛЭД) и вращательный (ВЭД) могут быть различных типов, в том числе и оба асинхронные. В зависимости от сло соба улравйения асинхронных ЛЭД и ВЭД можно показать, что лри практически заторможенном роторе я=а(ч„,х„

Ph =hA(Ve )(, гце х - сипа, развиваемая ЛЭД;

N — момент, развиваемый ВЭД; (, aVe -соответственно напряжения об моток ЛЭД и ВЭД; „и (-соответственно частоты питания ЛЭД и ВЭД; формируя с помощью специальной системы закона изменения частоты fh (Ф ) и f 8 (4) и напряжения Чл (< ) Чь (4) можно цобиться выполнения равенств

S 1064533 ь

Таким образом, имитатор, составпен» рез полость поцвижного эпемента имитаный из цвух управпяемых эпектроцвигате тора поцается промывочная жицкость к пей! пинейного и врашатепьного, может забойному инструменту, осушествпяя при реализовать произвопьно спожный закон этом охлажцение поцвижного эпемента нагружения бурипьного инструмента и из 5 в процессе работы имитатора. менять его s процессе испытаний, Испопь зование общег6 п рвижного эпемента (ро Прецпагаемый стенц позвопяет прово тора) в вице попой трубы позвопяет про цить натурные испытания забойного инствоцить непрерывное нагружение забойно- румента в усповиях максимапьно прибпн го иНструмента в процессе реацьной про 1О женных к реапьным при значитеньном хоцки стенцовой скважины (ини бцока сокрашении сроков поцготовки и тарировпороцы) as значитепьную гпубину, соотг ки стенца перец.испытаниями и быстроветствую1пую выбранной цлине поцвижного rо изменения режимов в процессе испыэцемента имитатора. В то же время че таний.

Составитепь А. Сергачев

Рецактор Н. Воповик Техрец М.Костик

Корректор А.Дэятко

Заказ 9059/39 Тираж 603 Поцписное

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР,по цепам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская- наб., ц. 4/5

Фипиап ПЛП "Патент, г. Ужгороц, уп. Проектная, 4