Лопастной калибратор
Изобретение относится к буровым устройствам, предназначенным для сохранения диаметра скважин в процессе всего времени работы породоразрушающего инструмента. Технический результат - повышение эффективности работы лопастного калибратора за счет измельчения шлама и повышения скорости удаления разрушенного шлама в зоне его очистной системы. Лопастной калибратор содержит полый корпус, наружная поверхность которого армирована породоразрушающими элементами и выполнена с очистными пазами. Особенностью калибратора является то, что очистные пазы в продольном сечении выполнены в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, причем длина ступеней паза увеличивается в сторону движения очистного агента. При этом ступенчатая часть сопла выполнена в виде съемной детали и имеет в поперечном сечении форму «ласточкина хвоста», а корпус выполнен с пазом ответной формы. Острые кромки ступенчатой части сопла выполнены из твердого сплава или армированы износостойким материалом. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам, предназначенным для сохранения диаметра скважины в процессе всего времени работы породоразрушающего инструмента, преимущественно при очистке забоя скважины аэрированной жидкостью.
Известен калибратор, содержащий полый корпус и установленные на нем посредством эксцентричных втулок цилиндрические шарошки (см. авт. св. №588334, кл. Е21В 10/30, 1975 г.).
Недостатком этого расширителя является сложность конструкции и сравнительно быстрый износ фиксирующих втулок, что приводит к провороту шарошек совместно с втулками и нарушению схемы их установки. Это значительно снижает эффективность работы расширителя.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является лопастной калибратор, содержащий полый корпус, наружная поверхность которого армирована породоразрушающими элементами и выполнена с очистными пазами (см. Каталог ВБМ-групп «Буровые долота, калибраторы, центраторы», 2008 г., стр.49).
Данный калибратор имеет простую конструкцию, что положительно влияет на надежность его работы, а также на стоимость как самого калибратора, так и на стоимость буровых работ в целом. К недостаткам данного калибратора следует отнести малую эффективность в работе из-за несовершенства его очистной системы, ведущей к зашламованию скважины. Связано это с накоплением крупных частиц шлама над верхними торцами лопастей, особенно при бурении с использованием для удаления шлама аэрированной жидкости, характеризующейся незначительной подъемной силой, а также при разбуривании глин с использованием бурового раствора на водной основе, приводящем к поверхностной гидратации крупных частиц глин. Это может привести к образованию шламовых пробок над калибратором и возникновению аварийной ситуации, например к прихвату бурового снаряда.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы калибратора за счет улучшения работы его очистной системы.
Для достижения указанного технического результата в лопастном калибраторе, содержащем полый корпус, наружная поверхность которого армирована породоразрушающими элементами и выполнена с очистными пазами, согласно изобретению очистные пазы в продольном сечении выполнены в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, при этом длина ступеней паза увеличивается от минимального сечения сопла в сторону его концевых участков.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- острые кромки ступенчатой части очистного паза выполнены из твердого сплава или армированы износостойким материалом;
- ступенчатая часть очистных пазов выполнена в виде съемной детали;
- съемная деталь выполнена с поперечным сечением в виде «ласточкина хвоста», а корпус - с пазом ответной формы;
- съемная деталь соединена с корпусом посредством фиксаторов, установленных в совмещенных пазах, выполненных на корпусе и съемной детали.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид калибратора; на фиг.2 - съемная деталь со ступенчатой поверхностью в увеличенном масштабе, на фиг.3 и 4 - варианты выполнения съемной детали.
Калибратор содержит полый корпус 1 с резьбовыми ниппелями 2 и лопастями 6, наружная поверхность которых армирована породоразрушающими элементами 7. Лопасти 6 разделены очистными пазами 3, выполненными в продольном сечении в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, причем длина - h ступеней 4 паза 3 увеличивается от минимального сечения сопла в сторону его концевых участков.
Выполнение очистного паза 3 со ступенчатой поверхностью обеспечивает более эффективное разрушение шлама, а выполнение его в виде части сопла Лаваля - увеличение скорости восходящего потока над калибратором, и как следствие этого - увеличение подъемной силы очистного агента. Этому же способствует выполнение ступеней с различной разгонной длиной - h. Предусмотрен вариант выполнения ступенчатой части паза 3 в виде отдельной детали 8, жестко соединяемой с корпусом 1. По одному варианту съемная деталь 8 выполнена с поперечным сечением в виде «ласточкина хвоста», при этом корпус 1 выполнен с пазом 9 ответной формы. По другому варианту съемная деталь 8 соединена с корпусом 1 посредством фиксаторов 10, установленных в совмещенных каналах 11 и 12, выполненных на корпусе 1 и съемной детали 8. Острые кромки 5, которые образуются между ступенями 4, должны быть армированы износостойким материалом или же выполняться из твердого сплава. Очистные пазы 3 могут располагаться соосно с осью корпуса 1 или же под углом - α. Схема расположения пазов 3 выбирается в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород.
Принцип действия предложенного лопастного калибратора заключается в следующем. В процессе бурения породоразрушающие элементы 7 калибруют стенки скважины, сохраняя заданный диаметр и способствуя тем самым улучшению работы долота и забойного двигателя. При этом разрушенная порода выносится через очистные пазы 3 на поверхность. Учитывая, что калибраторы, как правило, устанавливаются непосредственно над долотом или забойным двигателем, через пазы 3 проходит крупный шлам, который оседает над верхними торцами лопастей 2 и часто образует сальники. Последние ведут к значительному увеличению крутящего момента на роторе, зачастую приводящего к остановке забойного двигателя вплоть до прихвата бурильной колонны. В предложенном калибраторе благодаря выполнению очистных пазов 3 в продольном сечении в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, обеспечивается с одной стороны интенсивное измельчение шлама острыми кромками 5, а с другой стороны - увеличение скорости прохождения очистного агента и тем самым снижение вероятности оседания шлама над калибратором. Для более эффективного разрушения крупных частиц шлама острые кромки 5 армируются износостойким материалом или же выполняются из твердого сплава. Повышение скорости потока при прохождении через пазы 3 достигается выполнением входного участка очистного паза в виде конуса, а выходного участка - увеличением длины ступеней 4 паза 3 в сторону движения очистного агента от минимального сечения паза 3. Увеличение скорости прохождения очистного агента имеет особое значение при использовании для очистки забоя аэрированной жидкости, не обладающей высокой подъемной силой. В этом случае при прокачке аэрированного очистного агента давление его перед калибратором увеличивается и газообразная часть его заполняет углубления между ступенями 4 очистного паза 3. Благодаря этому жидкая фаза не соприкасается со стенками ступеней 4 и касается их только в зоне кромок 5, что уменьшает сопротивление движению жидкой фазы очистного агента и тем самым способствует повышению его скоростного напора и, как следствие - эффективности работы калибратора. Выполнение ступеней 4 на отдельной детали 8 позволяет использовать ее многократно, чему способствует также и выполнение рабочих кромок 5 ступеней 4 из твердого сплава или износостойкого материала, обеспечивающих их высокую износостойкость.
Такое выполнение калибратора повышает эффективность его работы за счет лучшего удаления шлама благодаря интенсивному измельчению последнего и повышению скорости удаления разрушенной породы.
1. Лопастной калибратор, содержащий полый корпус, наружная поверхность которого армирована породоразрушающими элементами и выполнена с очистными пазами, отличающийся тем, что очистные пазы в продольном сечении выполнены в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, причем длина ступеней паза увеличивается от минимального сечения сопла в сторону его концевых участков.
2. Лопастной калибратор по п.1, отличающийся тем, что острые кромки ступенчатой части очистного паза выполнены из твердого сплава или армированы износостойким материалом.
3. Лопастной калибратор по п.1, отличающийся тем, что ступенчатая часть очистных пазов выполнена в виде съемной детали.
4. Калибратор по п.3, отличающийся тем, что съемная деталь выполнена с поперечным сечением в виде «ласточкин хвост», а корпус - с пазом ответной формы.
5. Калибратор по п.3, отличающийся тем, что съемная деталь соединена с корпусом посредством фиксаторов, установленных в совмещенных пазах, выполненных на корпусе и съемной детали.
