Гидромеханический амортизатор. Назначение, краткая характеристика. Анализ условий и режима эксплуатации, страница 2

Применение демпферного инстумента имеет конечной целью повышения стойкости долота, элементов бурильной колонны, увеличение срока службы наземного оборудования, улучшения контроля за процессом бурения, обеспечения заданного режима бурения, увеличение проходки за рейс и повышения эффективности буровых работ в целом. 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 зубкового 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. Инфразвуковые колебания бурильного инструмента при записи вибрации с большими скоростями протяжки ленты слабо прослеживаются на осциллограммах. Поэтому они не фиксируются наблюда­телями. Однако низкочастотные колебания оказывают на про­цесс бурения решающее влияние.

Сложный спектр частот продольных колебаний при работе бурильного инструмента вызывает определенные трудности при исследованиях. Многие авторы склонны считать, что для улучшения условий работы бурильного инструмента необхо­димо добиваться полного прекращения вибрации колонны. Действительно, полное гашение продольных колебаний позволит повысить рабочий ресурс элементов бурильного инструмента. В этом случае работа долота по разрушению породы будет значительно ухудшена, так как шарошечное до­лото представляет собой ударный инструмент. При этом пере­дача удара на забой скважины будет происходить без доста­точной жесткости. Отсюда вытекает необходимость тщатель­ного анализа закономерностей колебательных процессов, которые отрицательно отражаются на работе долота как породоразрушающего инструмента.

Практика показывает, что высокочастотные колебания бу­рильного инструмента, возникающие при перекатывании зубьев шарошек по забою скважины и недостаточные по амп­литуде для объемного разрушения породы, могут быть без ущерба для работы долота погашены. В этом случае опоры шарошек будут испытывать вибрации меньшей интенсивности и ресурс долота возрастет.

Низкочастотные колебания осевой нагрузки по амплитуде в 1,3 - 2,6 раза превышают статическое усилие нагружения долота бурильным инструментом. Эта нагрузка способна создавать достаточные усилия для объемного разрушения забоя скважины. Следовательно, эффек­тивность работы долота при гашении высокочастотных коле­баний не снижается при условии сохранения действия дина­мических импульсов, возникающих при низкочастотных коле­баниях бурильного инструмента.

Инфразвуковые колебания, связанные с изменением уси­лий прижатия бурильных труб к стенкам скважины, не вызы­вают значительных динамических нагрузок, так как обладают низкой частотой. Они носят релаксационный характер и пол­ностью связаны по частоте и амплитуде с низкочастотными крутильными колебаниями.

Особенно эффективно применение амортизаторов, виброгасителей и другого демпферного инструмента при высокооборотном бурении скважин турбобуром, электробуром, а также при использовании  шарошечных долот с герметизированной опорой, сальниковые уплотнения которых быстро выходят из строя при больших знакопеременных (особенно поперечных, т.е. радиальных) нагрузках и не выносят вибраций и значительных толчков.

Современные амортизаторы по принципу действия и конструкции разделяются на две основные разновидности. К первой разновидности относятся демпферы механического действия, в которых используются упругие свойства стальной пружины, резины или других материалов. Поэтому их с полным основанием можно называть амортизаторами. Ко второй разновидности относят инструмент гидравлического или гидромеханического действия. В его состав обычно входит поршень со штоком, воспринимающий давление промывочной жидкости. Такой инструмент часто называют виброгасителем (хотя значительная часть вибраций гасится и демпферами первой разновидности). К виброгасителям можно отнести и различные, обычно изготовляемые из трубных изделий, т.е. трубчатые, гидроакустические ловушки и преобразователи, поглощающие гидравлические удары, вибрацию и другие вредные знакопеременные нагрузки.