Магнитный ловитель

 

Изобретение относится к буровой технике и используется для удаления посторонних ферромагнитных предметов при производстве работ для очистки скважин. Для увеличения силы магнитного притяжения и повышения эффективности для удаления предметов неправильной формы постоянный магнит и магнитопроводы выполнены в виде полуцилиндров, направление радиальной намагниченности обращенных друг к другу торцов магнитов противоположно, а расстояние между торцами полуцилиндров магнитной системы, внешний D и внутренний d диаметры магнита, его суммарное поперечное сечение S_m и площади торцевых рабочих поверхностей внешнего S_e и внутреннего S_i магнитопроводов связаны соотношением h = (0,3 - 0,5)·(D - d), S_m = (0,7 - 1,0)·S_e, S_i = (0,6 - 1,0)·S_e 2 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при производстве буровых и эксплуатационных работ для очистки скважин от посторонних ферромагнитных предметов.

Известен магнитный ловитель, включающий фрезер-коронку для офрезерования удаляемых ферромагнитных предметов и магнитную систему с постоянными магнитами, снабженную отверстиями для прокачки промывочной жидкости. Магнитная система выполнена в виде кольцевого аксиально намагниченного магнита, на торцевых полюсных поверхностях которого закреплены магнитомягкие полюсные наконечники. Удаление посторонних ферромагнитных предметов в этом, как и во всех других известных конструкциях магнитных ловителей, осуществляется за счет притяжения к нижней, торцевой поверхности магнитной системы, являющейся рабочей поверхностью магнитной системы (1).

Недостатком такого магнитного ловителя является малая плотность магнитного потока в центральной области рабочей поверхности, что приводит к уменьшению силы магнитного притяжения, особенно при удалении ферромагнитных предметов неправильной формы. Кроме того, значительные потери магнитной энергии на потоки рассеяния также приводят к уменьшению силы магнитного притяжения и для достижения требуемой силы магнитного притяжения приходится увеличить габариты и массу магнитной системы.

Известен магнитный ловитель, магнитная система которого выполнена из полюсников в виде отдельных секторов и постоянных магнитов в виде пластин. Полюсники и магниты направлены друг к другу одноименными полюсами, а отдельные секторы установлены с зазором (2).

Недостатком такого магнитного ловителя является неполное использование площади торцевой рабочей поверхности магнитной системы, часть которой не занята магнитами и магнитопроводами. Это уменьшает силу магнитного притяжения, особенно при удалении из скважин посторонних ферромагнитных предметов неправильной формы.

Прототипом является магнитный ловитель, включающий фрезер-коронку для офрезерования удаляемых ферромагнитных предметов и магнитную систему с постоянными магнитами, снабженную отверстиями для прокачки промывочной жидкости, в котором магнитная система выполнена в виде радиально намагниченного кольцевого магнита, размещенного между концентрически расположенными центральным и наружным кольцевыми магнитопроводами, при этом все части кольцевого магнита имеют одинаковое направление радиальной намагниченности (3).

Недостатком такого магнитного ловителя также является малая плотность магнитного потока в центральной области рабочей поверхности, что приводит к уменьшению силы магнитного притяжения при удалении из скважин посторонних ферромагнитных предметов неправильной формы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является увеличение силы магнитного притяжения магнитного ловителя.

Задача решается тем, что в магнитном ловителе, включающем цилиндрический корпус, фрезерную коронку, магнитную систему, выполненную в виде кольцевого радиально намагниченного постоянного магнита, закрепленного между концентрически расположенными центральным и наружным кольцевыми магнитопроводами, согласно изобретению магнитная система имеет паз вдоль диаметра на всю толщину магнита и магнитопроводов, причем направления радиальной намагниченности магнита по обе стороны паза противоположны, а ширина h паза, внешний D и внутренний d диаметры магнита, его суммарное аксиальное сечение S_m и площади торцевых рабочих поверхностей внешнего S_e и внутреннего S_i магнитопроводов связаны соотношением h (0,3 0,5)·(D d), S_m (0,7 1,0)·S_e, S_i (0,6 1,0)·S_e.

Введение паза вдоль диаметра на всю толщину магнита и магнитопроводов и разные направления радиальной намагниченности по обе стороны этого паза позволяют благодаря разности магнитных потенциалов между расположенными у паза частями магнитопроводов повысить плотность магнитного потока в центральной области рабочей поверхности магнитной системы и, следовательно, увеличить силу магнитного притяжения при неплотном прилегании и при наличии немагнитных зазоров между рабочей поверхностью магнитной системы к поверхностью удаляемого ферромагнитного предмета, т.е. увеличить силу магнитного притяжения при удалении посторонних ферромагнитных предметов неправильной формы.

При этом выполнение приведенных выше соотношений необходимо для получения оптимального соотношения между максимальной силой магнитного притяжения, измеренной для плоского ферромагнитного диска, и силой магнитного притяжения ферромагнитных предметов неправильной формы. Так, в частности, при S_m < 0,7S_e, несмотря на увеличение максимальной силы магнитной силы магнитного притяжения, измеренной для плоского ферромагнитного диска, величина силы магнитного притяжения значительно уменьшается при появлении небольших немагнитных зазоров между поверхностями магнитной системы и удаляемого ферромагнитного предмета, что уменьшает силу магнитного притяжения предметов неправильной формы, а при S_m > S_e существенно уменьшается максимальная сила магнитного притяжения, измеренная для плоского ферромагнитного диска. Аналогичным образом изменяется соотношение между максимальной силой магнитного притяжения и силой магнитного притяжения ферромагнитного предмета неправильной формы и при h < 0,3(D d), h > 0,5(D d). И, наконец, невыполнение соотношения между S_i и S_e приводит к неоптимальному использованию рабочей поверхности магнитопроводов магнитной системы и существенному уменьшению максимальной силы магнитного притяжения измеренной для плоского ферромагнитного диска.

На фиг. 1 изображен магнитный ловитель, сечение; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Магнитный ловитель содержит цилиндрический корпус 1, фрезерную коронку 2, части входящего в магнитную систему кольцевого магнита 3, направления радиальной намагниченности которого по обе стороны паза 4 противоположны, наружный 5 и центральный 6 магнитопроводы. Отверстия для прокачки промывочной жидкости (не показаны) могут быть выполнены, например, в немагнитной вставке 7, вставленной в паз 4 для разделения отдельных частей магнитопроводов. Паз выполнен вдоль диаметра на всю толщину магнита и магнитопроводов. Для защиты поверхностей магнитов от ударных воздействий предусмотрено немагнитное кольцо 8, а для крепления магнитопроводов немагнитная деталь 9.

Примером предлагаемого технического решения является магнитный ловитель, имеющий наружный диаметр 195 мм. Диаметры D и d магнита равны 118 и 78 мм соответственно, толщина магнита составляет 20 мм, толщина магнитопроводов 28 мм, внешний диаметр наружного магнитопровода равен 150 мм, ширина паза 12 мм, внешний диаметр центрального магнитопровода 78 мм, толщина немагнитного кольца, установленного у торцевой поверхности магнита для защиты от ударных воздействий, равна 4 мм, толщина немагнитной детали для крепления магнитопроводов составляет 30 мм. Направления радиальной намагниченности магнита по обе стороны паза противоположны. Для прокачки промывочной жидкости в немагнитной вставке, вставленной в паз для разделения отдельных частей магнита и магнитопроводов, а также в центральном кольцевом магнитопроводе проделаны 5 отверстий диаметром 12 мм каждое. Магнитная система помещена в немагнитный корпус, на который навинчивается фрезер-коронка для офрезерования удаляемых ферромагнитных предметов. При этом немагнитные детали магнитного ловителя могут быть изготовлены, например, из немагнитной нержавеющей стали, а магнитопроводы из магнитомягкой стали Ст. 3 или Ст. 20. Магнит кольцевой формы составлен из отдельных блоков, изготовленных из магнитотвердого материала с редкоземельными металлами, максимальное энергетическое произведение (В.Н. )_макс материала магнита составляет 180 кДж/м³ Работа предлагаемым магнитным ловителем аналогична работе магнитными ловителями других типов. После спуска в скважину при подаче промывочной жидкости вращением магнитного ловителя офрезеровывают забой скважины до упора магнитного ловителя о забой, после чего промывку и вращение прекращают, поднимают магнитный ловитель к устью скважины и освобождают его от притянувшихся ферромагнитных предметов и деталей.

Формула изобретения

Магнитный ловитель, включающий цилиндрический корпус, фрезерную коронку, установленную в корпусе магнитную систему, выполненную в виде радиально намагниченного постоянного магнита, закрепленного между концентрично расположенных центрального и наружного магнитопроводов, отличающийся тем, что постоянный магнит и магнитопроводы выполнены в виде полуцилиндров, направление радиальной намагниченности обращенных друг к другу торцов магнитов противоположно, и расстояние h между торцами полуцилиндров магнитной системы, внешний D и внутренний d диаметры магнита, его суммарное поперечное сечение S_m и площади торцовых рабочих поверхностей внешнего S_e и внутреннего S_i магнитопроводов связаны соотношениями
h (0,3 0,5) · (D d),
S_m (0,7 1,0) · S_e,
S_i (0,6 1,0) · S_e.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2