КАЛИБРАТОР Российский патент 2011 года по МПК E21B17/10 E21B10/30 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам, предназначенным для сохранения диаметра скважин в процессе всего времени работы забойного породоразрушающего инструмента.

Известен расширитель, 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 калибратор, содержащий полый корпус с лопастями, наружная поверхность которых армирована породоразрушающими элементами, и выполненные между лопастями промывочные пазы (см. Каталог ВБМ-групп «Буровые долота, калибраторы, центраторы», 2008 г стр.49).

К недостаткам данного калибратора следует отнести малую эффективность в работе из-за несовершенства его очистной системы, ведущей к зашламованию скважины. Связано это с тем, что крупные частицы шлама постепенно накапливаются на торцах лопастей из-за недостаточной подъемной силы промывочной жидкости, особенно при использовании аэрированной промывочной жидкости, и могут привести к возникновению аварийных ситуаций.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы калибратора за счет улучшения работы его очистной системы.

Для достижения указанного технического результата калибратор, содержащий полый корпус с лопастями, наружная поверхность которых армирована породоразрушающими элементами, и выполненные между лопастями промывочные пазы, согласно изобретению снабжен направляющими лопатками, закрепленными в промывочных пазах с возможностью поворота, причем наружная поверхность лопаток расположена относительно оси корпуса на меньшем радиусе по сравнению с радиусом наружной поверхности лопастей.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- боковые стенки направляющих лопаток имеют каплевидную форму;

- на наружной поверхности направляющих лопастей выполнены продольные пазы, выходные части которых расположены под расходящимися углами одна к другой;

- промывочные пазы выполнены с вогнутыми боковыми стенками в виде части спирали Архимеда;

- лопатки выполнены с переменной толщиной в продольном направлении, увеличивающейся в сторону хвостовика.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид калибратора в продольном разрезе; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; фиг.3 - вид лопатки во фронтальной плоскости в увеличенном масштабе; фиг.4 - вариант выполнения лопатки.

Калибратор содержит полый корпус 1 с лопастями 2, наружная поверхность которых армирована породоразрушающими элементами 3, и выполненные между лопастями 2 промывочные пазы 4. Пазы 4 оснащены направляющими лопатками 5, закрепленными с возможностью поворота, причем наружная поверхность лопаток 5 расположена относительно оси корпуса 1 на меньшем радиусе по сравнению с радиусом наружной поверхности лопастей 2, т.е. наружная поверхность лопаток 5 не контактирует со стенками скважины. Это обеспечивает свободный проворот лопаток 5 относительно стенок паза 4. Лопатки 5 в направлении движения промывочной жидкости имеют каплевидную форму с закругленной вершиной 6, направленной в сторону забоя скважины, и выполнены с поворотным выступом 8 на нижнем торце, размещенном в радиальном канале 9 корпуса 1 и опирающемся на шар 7. Поворотный выступ зафиксирован от выпадения стопорным узлом 14 любой известной конструкции, например шарикоподшипником, стержнем и т.д., обеспечивающим проворот лопатки 5 относительно стенок паза 4. На наружной поверхности направляющих лопаток 5 выполнены продольные пазы 10, выходные части 11 и 12 которых расположены под расходящимися углами одна к другой, т.е. они направлены относительно продольной оси лопатки 5 в разные стороны. Промывочные пазы 4 предпочтительно выполнять с вогнутыми боковыми стенками 13 в виде части спирали Архимеда, а лопатки 5 выполнять с переменной толщиной в продольном направлении, увеличивающейся (см. фиг.4) или уменьшающейся (см. фиг.2) в сторону движения очистного агента в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород.

В процессе бурения породоразрушающие элементы 3 лопастей 2 калибратора обрабатывают стенки скважины, препятствуя уменьшению ее диаметра и способствуя улучшению работы долота и забойного двигателя. При этом разрушенная порода выносится через пазы 4 на поверхность. Учитывая, что калибраторы, как правило, устанавливаются непосредственно над долотом или забойным двигателем, шлам, проходящий через пазы 4, оседает над верхними торцами лопастей 2 и часто образует сальники. Последние значительно увеличивают крутящий момент, зачастую приводящий к остановке забойного двигателя вплоть до прихвата бурильной колонны. В предложенном калибраторе благодаря оснащению его поворотными лопатками 5, размещенными в промывочных пазах 4, обеспечивается ускорение потока промывочной жидкости и как следствие этого - улучшение очистки забоя скважины от шлама и эффективное удаление его на поверхность. Этому способствует также и возможность поворота лопаток 5. В случае зашламования зазоров между стенками 13 паза 4 и боковыми поверхностями лопаток 5 меняется и проходное сечение, а следовательно и сопротивление прохождению промывочной жидкости, что автоматически приводит к развороту лопаток 5 и изменению проходного сечения между боковыми стенками 13 пазов и боковыми стенками лопаток 5. В определенной степени на это влияет и наличие на наружной поверхности направляющих лопаток 5 продольных пазов 10, выходные части 11 и 12 которых направлены в сторону стенок 13 паза 4, причем в зависимости от угла поворота лопатки 5 меняется угол встречи потока жидкости со стенками паза 4, а следовательно и реактивная сила, стремящаяся вернуть лопатку 5 в исходное положение. Этому способствует также и выполнение лопаток 5 с переменной толщиной в продольном направлении, увеличивающейся или уменьшающейся в сторону устья скважины Выполнение промывочных пазов 4 с вогнутыми боковыми стенками 13 в виде части спирали Архимеда обеспечивает минимальное сопротивление прохождению и транспортировке разрушенного шлама.

Применение данного калибратора позволяет повысить эффективность его работы за счет более качественной очистки забоя от шлама, исключения его повторного измельчения и предотвращения образования сальников над верхним торцом лопастей.

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 более качественной очистки забоя от шлама и предотвращения образования сальников над верхним торцом лопастей. Лопастный калибратор содержит полый корпус с лопастями, наружная поверхность которых армирована породоразрушающими элементами, и промывочные пазы, выполненные между лопастями. Особенностью устройства является то, что он снабжен направляющими лопатками, закрепленными в промывочных пазах с возможностью поворота, причем наружная поверхность лопаток расположена относительно оси корпуса на меньшем радиусе по сравнению с радиусом наружной поверхности лопастей. При этом боковые стенки направляющих лопаток имеют каплевидную форму, а промывочные пазы выполнены с вогнутыми боковыми стенками в виде части спирали Архимеда. Наружная поверхность направляющих лопастей выполнена с продольными пазами, выходные части которых расположены под расходящимися углами одна к другой. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Калибратор, содержащий полый корпус с лопастями, наружная поверхность которых армирована породоразрушающими элементами, и промывочные пазы, выполненные между лопастями, отличающийся тем, что он снабжен направляющими лопатками, закрепленными в промывочных пазах с возможностью поворота, причем наружная поверхность лопаток расположена относительно оси корпуса на меньшем радиусе по сравнению с радиусом наружной поверхности лопастей.

2. Калибратор по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки направляющих лопаток имеют каплевидную форму.

3. Калибратор по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности направляющих лопаток выполнены продольные пазы, выходные части которых расположены под расходящимися углами одна к другой.

4. Калибратор по п.1, отличающийся тем, что промывочные пазы выполнены с вогнутыми боковыми стенками в виде части спирали Архимеда.

5. Калибратор по п.1, отличающийся тем, что лопатки выполнены с переменной толщиной в продольном направлении, увеличивающейся в сторону хвостовика.