Научные руководители:д-р техн. наук Э.А. Петровский, К.А. Башмур

Сибирский федеральный университет

 

В процессе эксплуатации бурильная колонна находится в условиях сложного напряженного состояния. Эти напряжения обусловлены следующими видами колебаний: осевыми, крутильными, боковыми.

Каждый из перечисленных видов колебаний оказывает отрицательное воздействие на бурильную колонну и, в конечном счете, приводит к износу и поломке оборудования. В процессе продольных колебаний происходит значительное изменение действующей осевой нагрузки на буровой инструмент, что существенно влияет на механическую скорость бурения и ресурс бурового инструмента.

Рациональное демпфирование обеспечивает более согласованный процесс бурения, в результате чегонаблюдается меньшее разрушение и износ долота, может быть обеспечен больший срок службы долота и всей бурильной колонны. Для процесса демпфирования применяются наддолотные демпферы [1].

Недостатками модификаций демпферов бурильной колонны с демпфирующими элементами – пружинами либо техническими резинами являются:высокие затраты на обслуживание и ремонт, сложность конструкции, невозможность изменения параметров демпфирования [2].

Известно широкое применение магнитных жидкостей в технике, в частности в демпферных системах, так как они обладают хорошей демпфирующей способностью –под действием постоянных или электромагнитных полей изменять свою вязкость, плотность, величину поверхностного натяжения до величин, необходимых для снижения колебаний.Магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор, частицы которого образованы ферромагнитными наночастицами, распределенными в воде или каком-либо органическом растворителе (керосин, простые эфиры).

Особенность магнитной жидкости заключается в сочетании высокой текучести и намагниченности - в десятки тысяч раз больше, чем в обычных жидкостях, поскольку каждая наночастица являетсясамостоятельным постоянным магнитом. Под воздействием магнитного поля магнитные моменты частиц ориентируются, а свойства жидкости изменяются[3].

Демпфирование магнитной жидкостью происходит из-за внутреннего трения в жидкости, диссипируется кинетическая энергия нежелательных механических смещений и вибраций.

В рассмотренной конструкциимагнитожидкостного демпфера, в которомсвойства магнитной жидкости изменяются под воздействием электромагнитного поля,выявлены следующие недостатки:сложность конструкции,неспособность снижения колебаний значительных величин, запаздывание показаний датчиков, большие затраты на электроэнергию,сложности при подаче электроэнергии к электромагнитам через колонну[4].

Следовательно, необходимо рассмотреть возможность снижения колебаний в бурильной колонне применением магнитожидкостныхдемпферов с постояннымимагнитами.

На рисунке 1 приведена принципиальная схема предлагаемого демпфера.

Рисунок 1 – Принципиальная схема магнитожидкостного демпфера продольных колебаний

 

Представленный на принципиальной схеме демпфер состоит из поршня 1 с возможностью возвратно-поступательного движения при возникновении продольных колебаний, помещенного в корпус 2, в стенке которого находятся постоянные кольцевые магниты 3, удерживающие магнитную жидкость на внутренней стенке рабочей полости демпфера. Капля магнитной жидкости 4находится в постоянном магнитном поле и имеет характеристики, достаточные для вязкого взаимодействия с поршнем 1. Величина вязкости капли магнитной жидкости зависит от концентрации магнитных наночастиц, а также свойств материала постоянных магнитов [5].

Применение магнитожидкостных демпферов с постоянными магнитами обеспечит беспрерывный процесс демпфирования продольных колебаний, а также повлияет на снижение общей стоимости процесса бурения за счет отсутствия затрат на электроэнергию на процесс демпфирования и простоев на внеплановый ремонт демпфирующих устройств, долот и бурильных колонн.

Список литературы

 

1. Башмур К.А., Петровский Э.А., Нашиванов И.С., Технологические возможности ударных виброгасителей для повышения надежности бурового оборудования//Строительство нефтяных скважин на суше и на море. 2018г., № 2. c. 9-14.

2. Патент № 2467150. Амортизатор для бурильной колонны, Андоскин В.Н. Кобелев К.А. Тимофеев В.И., Пермяков В.С. , ООО «Радиус-Сервис», 2011г.

3. СтаровойтовВ.А., Использование магнитных жидкостей для герметизации вращающихся частей, 2005. Вестн. КузГТУ,, № 2 (46). - стр. 23-25.

4. Патент №US 2012/0085581 A1 System and method for damping vibration in a drill string using a magnitoreogical damper, Daniel E, Jason R, Lamar F. , APS Technology, Inc, 2011г.

5. Одинаев С., Комилов К., Зарипов А. //Зависимость коэффициентов вязкости магнитной жидкости отпараметров состояния/ Журнал физической химии, 2010, том 84, № 7, с. 1368-1371.

 

 

УДК 621.7.04

 

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: