Металлоуловитель Советский патент 1984 года по МПК E21B31/06 

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для улучшения очистки призабойной зоны от обломков металла в процессе бурения. Из находящихся в призабойной зоне обломков частицы металла в наибольшей степени снижают работоспособность долот. Источником таких частиц является вооружение долот, обломки металла, ранее вдавленные в стенки скважины и вновь выпадающие на забой. Очистка призабойной зоны от обломков металла в процессе бурения в связи с широким применением долот, вооруженных твердым и сверхтвердым материалом, становится все более актуальной задачей. Известен шламоуловитель, в котором шлам переносится потоком промывочной жидкости в камеры, ступенчато расположенные на наружной поверхности корпуса 1. Недостатком указанного устройства является быстрое заполнение камер частицами породы. Поэтому для сохранения работоспособности шламоуловителя в период всей работы долота требуется значительный объем камер ловителя. Это, в свою очередь, приводит к снижению прочности и жесткости щламоуловителей, что наряду с малой эффективностью является причиной их ограниченного применения в промышленности. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является металлоуловитель, содержащий корпус с камерами на наружной поверхности и постоянные магниты 2. Данный металлоуловитель осуществляет более избирательный сбор шлама, однако в случае попадания на магниты частиц породы .магниты не .могут эффективно притягивать в камеры металлические частицы. Цель изобретения - повышение эффективности работы металлоуловителя путем более полного улавливания ферромагнитных частиц при ограничении попадания в камеры обломков породы. Указанная цель достигается тем, что металлоуловитель, содержащий корпус с камерами на наружной поверхности и постоянные магниты, снабжен лопастями, расположенными над камерами, и установленной с возможностью осевого перемещения втулкой, имеющей примыкающие к лопастям пластины с отверстиями, при этом магниты размещены на боковых поверхностях лопастей в зоне перемещения пластин втулки. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - сечение А--А на фиг. 1. На корпусе 1 выполнены лоиасти 2, в которых заподлицо их поверхности закреплены постоянные магниты 3. Под лопастями установлены камеры 4 для сбора уловленных частиц. Над лопастями 2 соосно корпусу 1 установлена втулка 5 с пластинами 6. Посадка втулки 5 обеспечивает возможность ее осевого перемещения относительно корпуса 1 и лопастей 2. Пластины 6 примыкают к боковым поверхностям лопастей 2 и препятствуют проворачиванию втулки 5 относительно корпуса 1. На пластинах б выполнены сквозные отверстия, форма которых соответствует расположению магнитов 3 на лопастях 2. В нижней части отверстий сделаны скосы для облегчения съема ферромагнитных частиц с магнитов 3. Между втулкой 5 и уступом корпуса 1 может быть установлена пружина 7, служащая для увеличения амплитуды осевых колебаний втулки. В процессе бурения устройство вместе с долотом вращается в стволе скважины и может выполнять функции центратора или калибратора. Тяжелые частицы Е вихревом восходящем потоке движутся преимущественно в периферийной зоне скважины с угловой скоростью, несколько меньшей скорости вращения долота. Эти частицы приближаются к лопастям 2 и притягиваются магнитами 3. Длина лопастей 2 должна быть достаточной для перехвата ферромагнитных частиц, движущихся в восходящем потоке в зоне расположения устройства. Для улавливания ферромагнитных частиц время их перемещения в поперечном направлении межлопастного пространства до встречи с лопастью 2 должно быть не больше времени движения частицы в осевом направлении вдоль лопастей. Исходя из этих условий длина активной части лопастей может быть . определена из зависимости О(игд-ьОс) где S -расстояние между лопастями; Уг - скорость осевого движения частиц; D -диаметр долота; feJfl и iDi соответственно угловая скорость вращения долота и CKOpoctb вращения частиц. По материалам ранее проведенных исс/тедований (О.б-0,8)с«д. Под действием колебаний долота и бурильной колонны подпружиненная втулка 5 с пластинами б совершает возвратно-поступательное движение относительно лопастей 2. Колеблющиеся пластины б периодически открывают и перекрывают магниты 3. При перекрытии магнитов 3 притянутые ими ферромагнитные частицы сдвигаются из участков наиболее сильного магнитного поля в ка.меры 4. Для непрерывной работы устройства в любом положении пластины б часть магнитов 3 должна быть открыта. При одинаковой с магнитами ширине отверстий расстояние между ними должно отличаться от расстояния между магнитами. Расстояние между отверстиями при условии совпадения как минимум двух отверстий с магнитами на длине, соответствующей расположению п магнитов, может быть определено из зависимости

UllLktA n-i

где Ъ -расстояние между магнитами; О- - ширина магнитов и отверстий. Установка магнитов на лопастях и система их очистки от притянутых ферромагнитных частиц позволяют эффективно улавливать ферромагнитные частицы, движущиеся во всех частях скважины, в том числе и у ее стенок.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает преимущественное улавливание ферромагнитных частиц, что позволяет уменьшить объем камер ловителя и повысить его жесткость и прочность. Предлагаемое устройство оставляет больщее свободное сечение скважины и лучше проходит по ее стволу.

Наиболее эффективно применение устройства при бурении долотами уменьшенного и малого диаметра. В таких условиях преимущество предлагаемого устройства в жесткости, прочности и проходимости по стволу по сравнению с известными шламоуловителями наибольшее.

МЕТАЛЛОУЛОБИТЕЛЬ, содержащий корпус с камерами на наружной поверхности и постоянные магниты, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы металлоуловителя путем более полного улавливания ферромагнитных частиц при ограничении попадания в камеры обломков породы, он снабжен лопастями, расположенными над камерами, и установленной с возможностью осевого перемещения втулкой, имеющей примыкающие к лопастям пластины с отверстиями, при этом магниты размещены на боковых поверхностях лопастей в зоне перемещения пластин втулки. (Л со со ;о со