Калибратор

 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к устройствам для калибровки ствола скважин. Калибратор содержит корпус и калибрующие лопасти, выполненные в виде кольцевых сегментов передними по направлению вращения калибратора концами, жестко связанными с двухступенчатыми осями вращения, эксцентрично смещенными относительно плоскости, пересекающей продольную ось корпуса с регулируемой величиной эксцентриситета смещения, на тыльном по ходу вращения калибратора конце лопасти армированы твердосплавными режущими зубками, а сверху - сплошным износоустойчивым слоем из карбидвольфрама или титана. Изобретение обеспечивает повышение универсальности использования калибратора. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно - к устройствам для калибровки ствола.

Известен центратор бурильного инструмента [1], содержащий корпус с поршнем, обеспечивающим самовыдвижение из корпуса центрирующих элементов. Одним из недостатков его является невозможность регулирования рабочего диаметра центратора и, соответственно, использования одного и того же устройства для калибровки ствола на участках и набора, и стабилизации, и управляемого спада зенитного угла скважины без изменения конструкции низа бурильной колонны.

Известен и наиболее близкий к заявляемому устройству центробежный центратор-калибратор, содержащий корпус с обоймой, внутри которой размещены самовыдвигающиеся от действии центробежных сил плашки (лопасти) [2]. Однако, и в этом случае отсутствует возможность управления рабочим диаметром центратора-калибратора, что не обеспечивает возможности универсализации использования его. Кроме того, отсутствие возможности изменения управляемого или восстановления рабочего диаметра по мере износа калибрующих поверхностей плашек на 2...3 мм и более приводит к необходимости замены плашек или устройства, в целом, из-за потери стабилизирующих и калибрующих свойств.

Целью изобретения является повышение универсальности использования калибратора путем обеспечения возможности регулирования рабочего диаметра устройства и соответственно компенсации этим же путем износа центрирующих элементов (лопастей или плашек) при калибровке ствола, причем в сочетании с обеспечением возможности спуска колонны с калибратором в искривленные скважины без дополнительной проработки ствола за счет меньшей величины наружного диаметра устройства в транспортном положении по сравнению с рабочим.

Кроме того, для повышения универсальности и эффективности применения путем улучшения промывки забоя калибратор дополнительно может комплектоваться гидрогенератором.

Указанные цели достигаются тем, что в калибраторе, содержащем корпус и калибрующие лопасти (плашки), последние выполнены в плоскости поперечного относительно оси корпуса сечения в виде кольцевых сегментов, передние по ходу вращения калибратора концы которых жестко насажены на двухступенчатые оси вращения, эксцентрично смещенные относительно плоскости, пересекающей продольную ось корпуса, и с регулируемой величиной эксцентриситета смещения, обеспечиваемой изменением углового положения лопастей относительно оси корпуса, причем кольцевые сегменты дополнительно упруго отцентрированы пружинами относительно плоскости поперечного сечения корпуса.

Кроме того, лопасти тыльными по направлению вращения калибратора концами своими оперты в жестко закрепленные на наружной поверхности корпуса направляющие сегменты, радиусы которых расположены в плоскости, перпендикулярной осям вращения лопастей. Боковые калибрующие поверхности лопастей снизу (со стороны забоя скважины) армированы твердосплавными режущими зубками, а сверху - сплошным износоустойчивым слоем. Во внутренней цилиндрической полости корпуса дополнительно может устанавливаться сменный гидрогенератор, выполненный в виде направляющего поток, расширяющегося вдоль направления движения жидкости, конуса с параболоидной, с обратной стороны, фокусирующей поверхностью и полутороидального завихрителя потока, в центре которого размещена гидромониторная насадка.

На фиг.1 представлен общий вид калибратора в продольном разрезе, на фиг. 2 - сечение его по А-А (фиг.1).

Калибратор содержит корпус 1 и калибрующие лопасти (плашки) 2, выполненные в плоскости поперечного относительно оси корпуса сечения в виде кольцевых сегментов, эксцентрично смещенных относительно плоскости, пересекающей продольную ось корпуса, и передними по ходу вращения калибратора концами,Ю жестко закрепленными на двухступенчатых осях вращения, выполненных в виде головок 3, обе цилиндрические наружные поверхности которых эксцентрично смещены друг относительно друга, что обеспечивает возможность регулирования величины эксцентриситета смещения оси поворота лопасти относительно продольной оси корпуса, периферийная наружная поверхность головки 3, как вариант, частично или полностью может быть выполнена в виде многоугольника, например шестигранника, для более жесткого закрепления лопасти 2. На тыльных по ходу вращения калибратора концах лопасти 2 на боковых калибрующих поверхностях снизу (со стороны забоя скважины) армированы твердосплавными режущими зубками 4, а сверху - сплошным износоустойчивым слоем 5. Оси (головки) 3 снабжены кольцевыми канавками и удерживаются в корпусе 1 штифтами 6. Для снижения нагрузок на оси 3 калибрующие лопасти 2 тыльными по направлению вращения калибратора концами своими оперты в жестко закрепленные на наружной поверхности корпуса 1 направляющие сегменты 7 со сменными регулировочными подкладками 8 и 9. Причем радиусы сегментов 7 расположены в плоскости, перпендикулярной осям вращения лопастей 2, и упруго центрируются относительно этой плоскости пружинами, например, растяжения 10, концы 11 которых закреплены на наружной поверхности корпуса 1.

Во внутренней цилиндрической полости корпуса 1 при возникновении необходимости интенсификации промывки забоя скважины дополнительно устанавливается сменный гидрогенератор, выполненный в виде направляющего конуса 12, расширяющегося вдоль направления потока жидкости (к забою), с регулируемой с помощью ребер 13 и резьбовой втулки 14 величиной продольного местоположения относительно полутороидального завихрителя потока 15, в центре которого размещена гидромониторная насадка 16, причем со стороны ее конус 12 выполнен с фокусирующей поверхностью отражения в форме, например, параболоида вращения.

Работает калибратор следующим образом. При спуске в скважину или при подъеме из нее лопасти 2 за счет сил сцепления со стенками ствола отклоняются вверх или вниз. Максимальный наружный диаметр калибратора при этом становится меньшим номинального диаметра скважины. При калибровке ствола лопасти 2 первоначально упруго центрируются пружинами 10, а затем - окружными силами сцепления со стенками скважины. При этом твердосплавные зубки 4 калибруют ствол, а сплошное износоустойчивое покрытие 5 снижает износ калибрующих поверхностей.

Изменением углового положения лопастей 2 относительно головок 3 двухступенчатых осей вращения с одновременным подбором сменных подкладок 8 и 9 регулируется величина эксцентриситета смещения лопастей 2 относительно корпуса 1, т.е. этим регулируется рабочий диаметр калибраторов. Аналогично обеспечивается и возможность восстановления рабочего диаметра калибратора по мере износа лопастей или же регулирования его. Таким образом, один и тот же калибратор изменением рабочего диаметра может использоваться для бурения на участках и набора, и стабилизации, и спада зенитного угла скважины.

Дополнительная установка гидрогенератора во внутренней полости калибратора обеспечивает гидродинамическое возбуждение потока промывочной жидкости и этим, как известно, улучшает условия промывки забоя скважины.

По сравнению с известными конструкциями рассматриваемое устройство обеспечивает универсальность и расширение диапазона использования калибратора, путем регулирования рабочего диаметра его и, соответственно, величины отклоняющей силы на долоте; облегчение спуска или подъема устройства из скважин; повышение эксплуатационного ресурса периодической компенсацией износа калибрующих поверхностей путем изменения эксцентриситета смещения осей вращения лопастей относительно корпуса калибратора; дополнительное высокочастотное гидродинамическое возбуждение потока промывочной жидкости над долотом, т.е. повышение скоростей бурения.

Источники информации.

1. Авт. свид. СССР N 1208171, кл. E 21 B 17/10, 1984.

2. Авт. свид. СССР N 606994, кл. E 21 B 17/10, 1975.

Формула изобретения

1. Калибратор, содержащий корпус и калибрующие лопасти, отличающийся тем, что лопасти выполнены в виде кольцевых сегментов, передними по направлению вращения калибратора концами жестко связанными с двухступенчатыми осями вращения, эксцентрично смещенными относительно плоскости, пересекающей продольную ось корпуса, и с регулируемой величиной эксцентриситета смещения путем изменения углового положения лопастей относительно оси корпуса, а сами лопасти упруго отцентрированы пружинами относительно плоскости поперечного сечения корпуса, причем боковые калибрующие поверхности лопастей снизу армированы твердосплавными режущими зубками, а сверху - сплошным износоустойчивым слоем.

2. Калибратор по п.1, отличающийся тем, что калибрующие лопасти тыльными по направлению вращения концами своими оперты в жестко закрепленные на наружной поверхности корпуса направляющие сегменты, радиусы которых расположены в плоскости, перпендикулярной осям вращения лопастей.

3. Калибратор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что во внутренней цилиндрической полости корпуса дополнительно размещен сменный гидрогенератор, выполненный в виде направляющего конуса с параболоидной с тыльной по направлению движения жидкости фокусирующей поверхностью и полутороидального завихрителя потока, в центре которого размещена гидромониторная насадка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2