Устройство для предохранения бурильных и обсадных труб

 

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для предохранения бурильных и обсадных труб при бурении глубоких и сверхглубоких скважин. Для повышения износостойкости труб за счет стабильного поступления антифрикционного материала в зону трения устройство для предохранения бурильных и обсадных труб имеет внутренний слой, установленной на эластичном кольце оболочки, жестко связанный с наружным и выполненный со сквозными отверстиями, в которых размещен полимерный материал, при этом толщина сплошной части наружного слоя составляет 50 150 мкм. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике, предназначенной для бурения глубоких и сверхглубоких скважин, и может быть использовано в геологоразведочной и нефтедобывающей отраслях.

Известно устройство для предохранения бурильных и обсадных труб, содержащее корпус с втулкой и подпружиненный элемент, выполненный в виде рычага с лопастями [1] Известное устройство сложно по конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, представляющее собой конструкцию из эластичного кольца с оболочкой, состоящей из внутреннего и наружного слоя из полимерного материала с антифрикционными свойствами [2] Предлагаемое устройство имеет ряд недостатков, не позволяющих рекомендовать его для решения поставленной в изобретении задачи: это недостаточная стойкость в эксплуатационной среде, набухание, увеличение объема на 2-3% от объема кольца, недостаточная износостойкость, сложность конструкции (наличие дополнительного механического крепления).

Задачей разработки устройства для предохранения бурильных и обсадных труб являлось повышение износостойкости его за счет изменения конструкции и подбора материала.

Данная задача была решена таким образом, что в предлагаемом устройстве, содержащем эластичное кольцо, защищенное оболочкой, состоящей из внутреннего слоя и наружного слоя из полимерного материала с антифрикционными свойствами, внутренний слой оболочки выполнен со сквозными отверстиями и жестко связан с наружным слоем. При этом наружный слой выполнен с выступами, размещенными в отверстиях внутреннего слоя, а толщина сплошной части наружного слоя составляет 50-150 мкм.

На чертеже представлено устройство для предохранения бурильных и обсадных труб, продольный разрез.

Оно содержит трубу 1, эластичное кольцо 2 с оболочкой, состоящей из внутреннего слоя 3 со сквозными отверстиями и наружного слоя 4 с выступами, размещенными в отверстиях внутреннего слоя.

Внутренний слой оболочки выполнен из композиционного материала, например углепрессволокнита УПФ-90 (ТУ 6-05-31-596-87), а наружный слой выполнен из полимерного материала, например эпоксидной смолы с антифрикционными и модифицирующими добавками для придания слою антифрикционных свойств. Внутренний слой изготавливается методом горячего прессования в пресс-формах при давлении 35 МПа и температуре 205 ± 5^оС.

Помещенный в пресс-форму материал нагревается, заполняет полость и одновременно уплотняется. Конструкция изделия фиксируется в пресс-форме в результате отверждения. Производство включает последовательные операции подготовки, смешения компонентов, формирования изделия. Изготовленный таким образом внутренний слой оболочки 3 крепится на эластичном кольце 2.

Наружный слой 4 из полимерного материала формируется на внутреннем слое 3 путем нанесения методом пневмораспыления или кистью антифрикционного состава, приготовленного смешением отдельных компонентов, с последующей сушкой при (20 ± 2)^оС. После отверждения образуется твердая полимерная пленка толщиной 50-150 мкм с антифрикционными свойствами, жестко связанная с внутренним слоем.

Для определения оптимальной толщины сплошной части наружного слоя оболочки были проведены сравнительные испытания антифрикционных материалов.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно из данных таблицы, у предлагаемого устройства износостойкость выше, чем у незащищенного эластичного (резинового) кольца.

Повышение износостойкости устройства обусловлено изоляцией рабочей поверхности резинового кольца от абразивной эксплуатационной среды оболочкой из двух полимерных материалов с высокими техническими характеристиками.

Из данных таблицы следует, что оптимальной толщиной сплошного наружного слоя является толщина 50-150 мкм ( 3-7), которая обеспечивает прочную адгезионную связь антифрикционного материала с композиционным при достаточной износостойкости.

При толщине слоя менее 50 мкм при достаточно высокой адгезионной связи происходит быстрое, преждевременное истирание слоя (N 2), обусловленное снижением массы антифрикционного материала, нарушением организации надежного длительного смазывания в зоне контакта (N 9).

При толщине слоя более 150 мкм снижается адгезионная прочность антифрикционного материала (N 8) в виду ослабления адгезионных связей, что приводит к появлению микротрещин в объеме антифрикционного материала, которые под действием сдвиговых тангенциальных напряжений быстро прорастают между покрытием и подложкой с последующим отслаиванием; ухудшению распределения антифрикционного материала в зоне контакта, снижению износостойкости оболочки.

Таким образом, уменьшение или увеличение толщины внешнего слоя по сравнению с оптимальными значениями приводит к ухудшению режима трения, снижению работоспособности, потере функционального назначения оболочки.

Устройство работает следующим образом. После установки устройства на бурильной трубе в процессе бурения вступает в контакт с обсадной трубой наружный слой из антифрикционного материала. В процессе эксплуатации слой истирается с переносом антифрикционного состава в зону трения; заполненные наружным антифрикционным слоем отверстия во внутреннем слое обеспечивают постепенное поступление состава в зону трения и снижение коэффициента трения. Наружный слой при необходимости может периодически восстанавливаться.

Таким образом, преимуществом устройства по изобретению является более высокая износостойкость за счет постоянного поступления антифрикционного материала в зону трения (из отверстий внутреннего слоя оболочки), возможность замены перфорированной оболочки из композиционного материала с антифрикционным покрытием без нарушения целостности эластичного (резинового) кольца, а также более низкий коэффициент трения за счет свойств материалов оболочки.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОХРАНЕНИЯ БУРИЛЬНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБ, содержащее эластичное кольцо, установленную на нем оболочку, состоящую из внутреннего слоя и наружного слоя со сплошной частью из полимерного материала с антифрикционными свойствами, отличающееся тем, что внутренний слой оболочки выполнен со сквозными отверстиями и жестко связан с наружным слоем, при этом в отверстиях внутреннего слоя оболочки размещен полимерный материал, а толщина сплошной части наружного слоя составляет 50 150 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2