центратор

Формула изобретения

1. Центратор, содержащий корпус с внутренним концентричным отверстием и сменные центрирующие выдвижные лопасти, отличающийся тем, что лопасти с наружной радиальной поверхности выполнены спиралеобразными, а с внутренней - плоскими, в двух поперечных сечениях корпуса под каждой лопастью имеются эксцентричные относительно оси его и параллельные друг другу радиальные отверстия, в которых размещены поршни с хвостовиками по торцам, причем с периферийного торца хвостовики выполнены с Т-образными или в виде ласточкиного хвоста торцами и сочленены с продольными пазами идентичной в поперечном сечении формы на тыльной стороне лопастей, а с обратного торца хвостовики отпружинены к центру корпуса упругими элементами сжатия, которые противоположными концами своими оперты в днища упорных стаканов, с отверстиями и радиальными прорезями для пропуска этих хвостовиков при сборке, вставленных в радиальные цилиндрические отверстия корпуса изнутри его.

2. Центратор по п. 1, отличающийся тем, что величины эксцентриситетов смещения радиальных цилиндрических отверстий под каждой центрирующей лопастью в обоих поперечных сечениях корпуса равны между собой по величине относительно плоскости, проходящей через ось корпуса и центр симметрии лопасти.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для центрирования низа бурильной колонны.

Известен лопастной калибратор, содержащий корпус с пазами, в которых установлены сменные лопасти [1].

Основным недостатком его является затрудненность, а порой и невозможность спуска без дополнительной проработки ствола в вертикальную искривленную, наклонную или горизонтальную скважины.

Известен и более близкий к предлагаемому устройству центратор-калибратор, содержащий корпус и самовыдвигающиеся от действия центробежных сил лопасти (плашки) [2]. Однако центробежные силы, действующие на центрирующие элементы в этом устройстве при недостаточно высокой частоте вращения, например при роторном бурении, могут не достичь требуемой величины - до 20...30 кН при продольно-поперечном изгибе низа бурильной колонны в скважине. Кроме того, непосредственный контакт этих центрирующих элементов со стенками ствола вызовет быстрый износ направляющих поверхностей их от влияния поперечных колебаний низа колонны и из-за эксцентриситета смещения оси низа колонны в месте размещения устройства относительно оси скважины, что снизит надежность и эффективность работы в скважине.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационной характеристики и повышение надежности работы предлагаемого центратора в скважине с одновременным обеспечением возможности спуска в искривленные стволы без дополнительной проработки их.

Указанная цель достигается тем, что в центраторе, содержащем корпус с внутренним концентричным отверстием и сменные центрирующие выдвижные лопасти, последние с наружной центрирующей поверхности выполнены спиралеобразными, а с внутренней - плоскими, в двух поперечных сечениях корпуса под каждой лопастью имеются эксцентричные относительно оси его и параллельные друг другу радиальные цилиндрические отверстия, в которых размещены поршни с хвостовиками по торцам, причем с наружного радиального торца хвостовики имеют Т-образную, как вариант - в виде "ласточкина хвоста", форму и сочленены с продольными пазами идентичной в поперечном сечении формы на внутренней поверхности лопастей, а с обратного торца хвостовики подпружинены упругими элементами, которые противоположными концами своими оперты в упорные стаканы с отверстиями и радиальными прорезями для пропуска этих хвостовиков, вставленные, в свою очередь, в радиальные отверстия корпуса со стороны внутреннего концентричного отверстия его. Кроме того, величины эксцентриситетов смещения радиальных отверстий под каждой центрирующей лопастью в обеих плоскостях корпуса равны между собой по величине относительно плоскости оси корпуса, проходящей через центр симметрии лопасти, а угловые направления радиальных отверстий в этих плоскостях направлены навстречу друг другу.

Устройство поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид центратора в продольном разрезе, а на фиг. 2 - поперечное сечение его по А-А.

Центратор содержит корпус 1 с внутренним концентричным отверстием и сменные центрирующие выдвижные лопасти 2 с наружными спиралеобразными центрирующими (калибрующими) поверхностями и с внутренними плоскими, по центру которых выполнены Т-образные, как вариант - в виде "ласточкина хвоста", пазы с размещенными в них по два идентичной формы периферийных хвостовика поршней 3, установленных в параллельных друг другу, под каждой лопастью, двух радиальных цилиндрических отверстиях корпуса. С противоположного торца поршни 3 также снабжены Т-образными хвостовиками, отпружиненными вовнутрь устройства упругими элементами 4, противоположными концами своими опертыми в дно стаканов 5, утопленных изнутри до упора своего в радиальных цилиндрических отверстиях корпуса. Для установки пружин сжатия 4 каждый стакан 5 снабжен отверстием с радиальной прорезью, соответствующим диаметру хвостовика поршня 3 в зоне размещения пружины.

Для повышения износостойкости наружная калибрующая (центрирующая) поверхность лопастей 2 армирована твердосплавным слоем 6 или, как вариант - на рисунках не показано, твердосплавными зубками. У концов центрирующих лопастей 2 к корпусу 1 приварены защитные наконечники 7.

Работает центратор следующим образом. При спуске в скважину или при подъеме на поверхность перепад давления внутри колонны и в затрубном кольцевом пространстве практически отсутствует и пружины сжатия 4 утапливают поршни 3 с лопастями 2 в корпусе 1, что обеспечивает прохождение бурильной колонны с центратором на сильно искривленных участках скважины без дополнительной проработки ствола. При этом калибрующие поверхности 6 возвышаются над защитными наконечниками 7. Поскольку радиальные цилиндрические поверхности под каждой лопастью 2 параллельны друг другу, то после спуска центратора до забоя и подачи жидкости в бурильную колонну за счет перепада давления внутри нее и в заколонном кольцевом пространстве поршни 3 выдвигаются из радиальных каналов корпуса и прижимают лопасти 2 к стенкам скважины. Диаметры поршней 3 подбираются исходя из условия превышения сил прижатия лопастей 2 к стенкам ствола над суммой сил упругости пружин 4 и перерезывающих сил (до 20...30 кН) в бурильной колонне в зоне размещения центратора, что обеспечивает концентричное центрирование инструмента в скважине.

Такое исполнение центратора обеспечивает ему перед известными конструкциями следующие преимущества:

- превышение сил прижатия центрирующих лопастей над суммой сил упругости пружин сжатия и перерезывающих сил в колонне в зоне установки центратора позволяет концентрично центрировать колонну в этой зоне независимо от степени абразивного износа наружной поверхности центрирующих лопастей, ощутимого в абразивных породах даже в процессе одного рейса бурильного инструмента в скважину;

- уменьшение диаметра центратора в транспортном положении по сравнению с рабочим обеспечивает возможность спуска его в искривленные вертикальные, наклонные и горизонтальные скважины без дополнительной проработки ствола;

- силы прижатия центрирующих лопастей к стенкам ствола зависят преимущественно от величины перепада давления внутри колонны и в кольцевом пространстве, что даже при интенсивном абразивном износе центрирующих или калибрующих поверхностей приводит к сохранению высокого эксплуатационного ресурса центратора в целом, к улучшению его эксплуатационной характеристики и повышению надежности работы в скважине.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР N 836333, кл. E 21 B 10/42, 1981.

2. Авт. свид. СССР N 6066994, кл. E 21 B 17/10, 1978.