Гидромеханический амортизатор. Назначение, краткая характеристика. Анализ условий и режима эксплуатации, страница 3

К настоящему времени нам известно много модификации каждой из отмеченных разновидностей, отличающихся конструкцией основного, демпфирующего, узла или иными особенностями, каждая из которых, как правило, удовлетворяет определенным запросам буровой практики.

Рисунок  1  – Конструктивная схема гидромеханического амортизатора

2 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ И РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ  АМОРТИЗАТОРА ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО

Теоретические и промысловые исследования показали, что на продольные колебания бурильного инструмента влияет работа шарошечного долота. По характеру возникновения продольные колебания подразделяются на высокочастотные и низкочастотные. Высокочастотные колебания ( свыше 40 Гц )  связаны с работой зубкого вооружения при перекатывании шарошек по неровностям забоя, а инфразвуковые колебания частотой 1 – 10 Гц – с релаксационными явлениями, наблюдающимися при взаимодействии бурильной колонны со стенками ствола при перемещениях  бурильного инструмента в процессе углубления скважины. Низкочастотные колебания оказывают на процесс бурения решающее влияние.

Демпферы не имеют контакта с горными породами скважины, поэтому они не относятся к породоразрушающему инструменту. Но на эффективность процесса бурения они оказывают благотворное влияние, повышая стойкость долота, элементов бурильной колонны, увеличивая срок службы наземного оборудования, обеспечивает заданный режим бурения, увеличивает проходку за рейс. Особенно эффективно использование демпферного инструмента при высокооборотном бурении скважин турбобуром, электробуром, а также при использовании новых шарошечных долот с герметизированной опорой, сальниковые уплотнения которых быстро выходят из строя при больших знакопеременных ( особенно радиальных ) нагрузках и не выносят вибраций. Нефтяные и газовые месторождения в основном сложены осадочными горными породами, подавляющее большинство которых является неоднородными телами. Неоднородность горных пород проявляется вследствие изменения природы сил сцепления и внутреннего трения, тангенсальных и нормальных напряжений, механического состава, взаимного расположения зёрен и их распределения в массиве породы, размера пор и характера их расположения и сообщения между собой, степени уплотненности, трещиноватости и т. д. Кроме того, горные породы, как правило, анизотропны, что обуславливается главным образом их слоистостью.

Неоднородность горных пород вызывает значительные колебания их механических и абразивных свойств. Вследствие этого они характеризуются различной буримостью, коэффициентом трения и способностью изнашивать при трении твёрдые тела.

Согласно методике Л.А. Шрейнера,  все горные породы по твёрдости Рш, определённой по внедрению цилиндрического штампа в образец породы, разделены на три группы: мягкие ( Рш ‹ 1000 МПа), средние ( Рш =1000 – 4000 МПа) и твёрдые ( Рш › 4000 МПа).

Гидравлические демпферы целесообразно использовать при разбуривании твёрдых и крепких горных пород. Исследования фирмы « Кристенсен» показывают, что при амплитуда виброколебаний при бурении твёрдых, крепких и трещиноватых пород может достигать 100 мм и зависит от частоты вращения и компоновки бурильной колонны. Частота же вибрации при бурении трёхшарошечными долотами превышает частоту вращения инструмента примерно в три раза. Возникающие вследствие динамики бурения циклические нагрузки могут превышать заданную осевую нагрузку на долото в четыре раза.

Эффективность работы демпфера зависит от соответствия его конструкции и характеристик его амортизирующих элементов физико – механическим свойствам разбуриваемой породы, типоразмеру долота и забойного двигателя и параметрам режима бурения.