Центратор Советский патент 1992 года по МПК E21B17/10 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к опорно-центрирующим элементам низа бурильной колонны, и может быть использовано в неориентируемых компоновках для управления траекториями бурения наклонных скважин.

Известно устройство для установки стабилизатора на бурильной колонне, включающее корпус с внутренней конической поверхностью и установленную концент- рично в его внутренней полости втулку с внутренней цилиндрической поверхностью,

которое снабжено уплотнительным элементом, образующим между корпусом и втулкой замкнутую полость.

Недостатком стабилизатора, установленного на колонне бурильных труб или на валу забойного двигателя с помощью данного устройства, является невысокая долговечность вооружения ребер, истирающихся при трении о стенки скважины в процессе вращения бурильной колонны или вала дви- гателя. Кроме того, применяемый тип уплот- нительного элемента неработоспособен; если центрирующую втулку выполнить е возможностью вращения относительно колонны бурильных труб.

Наиболее близким по-технической сути к изобретению является самоцентрирующийся центратор, устанавливаемый между бурильной колонной и долотом. Центратор включает корпус, на котором установлена втулка с возможностью вращения, образующая о корпусом полость, заполненную маслом, и связанная с ним радиальными и осевыми подшипниками дсольжения, уплот- нительные элементы и узел компенсации износа втулки.

Недостатком известного устройства является низкая герметизация полости между корпусом и втулкой, осуществляемая обычными подпружиненными резиновыми ман- жетами, что снижает надежность работы устройства при увеличении срока службы осевых и радиальных подшипников скольжения. Кроме того, узел компенсации известного устройства, выполненный в виде сегментных радиальных подшипников, ненадежен: даже при незначительном износе радиально-упорных подшипников начнется опрокидывание центрирующей втулки вокруг середины сегментных радиальных под- шипников, что приведет к заклиниванию втулки.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет улучшения герметизации маслонаполнен- ной полости при увеличении срока службы осевых и радиальных подшипников скольжения.

Указанная цель достигается тем, что в центраторе, включающем корпус, установ- ленную на нем с возможностью вращения центрирующую втулку, образующую с корпусом полость, заполненную маслом, ради альные и осевые подшипники скольжения, уплотнительные элементы и узел компенса- ции износа центрирующей втулки, согласно изобретению торцовые поверхности центрирующей втулки и ответные им поверхности корпуса армированы композиционным материалом и,образуют осевой подшипник

скольжения, уплотнительные элементы выполнены в виде подпружиненной и установленной с возможностью вращения относительно корпуса втулки с армированным композиционным материалом торцовой поверхностью, расположенной с возможностью взаимодействия с армированной торцовой поверхностью центрирующей втулки, а узел компенсации износа центрирующей втулки выполнен в виде расположенных по концам в маслонапол- ненной полости подпружиненных относительно друг друга двух пар концентрично установленных и с возможностью взаимодействия между собой по конусным поверхностям втулок, внутренние из которых имеют прорези на конусной части, причем внутренняя поверхность разрезных втулок и наружная поверхность корпуса армированы композитным материалом и образуют радиальные подшипники скольжения.

Новая форма осевого подшипника скольжения, армированного композиционным материалом, повышает его долговечность.

Новая форма уплотнительных элементов позволяет улучшить герметизацию мас- лонаполненной полости и предотвратить попадание туда промывочной жидкости, что увеличивает надежность работы устройства.

Узел компенсации, выполненный в виде концентричных втулок, одна из которых совместно с корпусом образует радиальные подшипники скольжения, компенсирует износ подшипников и повышает надежность работы центрирующей втулки.

На фиг. 1 изображен предлагаемый центратор в разрезе; на фиг. 2 - осевой подшипник скольжения и уплотнительный элемент; на фиг. 3 - узел компенсации и радиальный подшипник скольжения.

Центратор состоит из корпуса 1, на котором установлена центрирующая втулка 2 с ребрами 3, армированными твердосплавными вставками 4. Между корпусом 1 и втулкой 2 имеется полость 5, заполненная маслом через отверстие с пробкой 6. Центрирующая втулка 2 выполнена с возможностью вращения относительно корпуса 1 и связана с ним осевыми 7 и радиальными подшипниками 8. Осевой подшипник скольжения 7 образован торцовой поверхностью 9 центрирующей втулки 2 (фиг. 2) и ответной ей поверхностью 10 корпуса 1. Указанные поверхности армированы композиционным материалом.

Для защиты маслонаполненной полости 5 от попадания промывочной жидкости служит уплотнительный элемент, образованный втулкой 11 с армированной композиционным материалом торцовой поверхностью 12, расположенной с возможностью взаимодействия с армированной торцовой поверхностью 9 центрирую.щей втулки 2. Втулка 11 подпружинена пружиной 13. Возможное вращение втулки 11 стопорится направляющими штифтами 14.

Узел компенсации износа центрирующей втулки (фиг. 3) представляет собой две пары концентрично расположенных конусных втулок 15 и 16, при этом внутренние втулки 15 имеют прорези по конусной части. Внутренняя поверхность разрезной втулки 15 и наружная поверхность корпуса 1 армированы композиционным материалом и образуют радиальные подшипники скольжения 8. Для прижатия наружных конусных втулок 16 служит пружина 17.

Центрирующая втулка 2 с ребрами3 под действием веса низа бурильной колонны прилегает к нижней стенке наклонной скважины и в зависимости от диаметра центратора и места его установки оказывает различное управляющее воздействие на величину зенитного угла скважины (стабилизация, регулируемое увеличение угла или его снижение). При этом втулка 2 за счет сил сцепления твердосплавных вставок со стенками скважины остается в покое, а корпус 1 вращается относительно втулки 2 на радиальных и осевых подшипниках вместе с бурильной колонной (при роторном бурении) или с валом забойного двигателя (турбобу-, ра, винтового двигателя или электробура). При вращении корпуса 1 втулка 11, образующая вместе с торцовой поверхностью 9 центрирующей втулки 2 уплотнительный элемент, неподвижна. При этом гарантируется полная герметизация маслонаполнен- ной полости 5..

Узел компенсации работает следующим образом.

Наружная часть корпуса, армированная композиционным материалом и входящая в радиальные подшипники скольжения 8, при вращении корпуса 1 также вращается. Внутренняя поверхность разрезной втулки 15, армированная композиционным материалом и составляющая другую часть радиального подшипника скольжения 8, при этом неподвижна. Износ этих подшипников компенсируется путем прижатия пружиной 17 конусной втулки 16.

За счет повышения надежности и, следовательно, увеличения срока службы центратора снижаются расходы на проводку скважины. Кроме того,, снижение износа подшипников и компенсация этого износа устраняют возникновение радиального люфта центрирующей втулки, что увеличивает точность управляющего воздействия на траекторию бурения, при этом сокращается длина скважины и время на ее проводку.

Формула изобретения

Центратор, включающий корпус, установленную на нем с возможностью вращения центрирующую втулку, образующую с корпусом полость, заполненную маслом, радиальные и осевые подшипники скольжения, уплотнительные элементы и узел компенсации износа центрирующей втулки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы за счетулуч- шения герметизации маслонаполненной

полости при увеличении срока службы осевых и радиальных подшипников скольжения, торцовые поверхности центрирующей втулки и ответные им поверхности корпуса армированы композиционным материалом

и образуют осевой подшипник скольжения, уплотнительные элементы выполнены в виде подпружиненной, установленной с возможностью вращения относительно корпуса втулки с армированной композиционным материалом торцовой поверхностью, расположенной с возможностью взаимодействия последней с армированной торцовой поверхностью центрирующей втулки,-а узел компенсации износа центрирующей втулки выполнен в виде расположенных по концам в маслонаполненной полости подпружиненных относительнЬ друг друга двух пар концентрично, установленных с возможностью взаимодействия

между собой по конусным поверхностям втулок, внутренние из которых имеют прорези на конусной части, причем внутренние поверхности разрезной части втулок, а наружные поверхности корпуса в месте

расположения последних армированы композиционным материалом и образуют радиальные подшипники скольжения.

13 11

фиг.1

//

1Z

Щи г. г

20

25

ФигЗ

Изобретение относится к буровой технике, к опорно-центрирующим элементам низа бурильной колонны, им.б. использовано в неориентируемых компоновках для управления траекториями бурения наклонных скважин. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет улучшения герметизации маслона- полненной полости (МНП) при увеличении срока службы осевых и радиальных подшипников скольжения (ПС). Центратор содержит корпус, установленную на нем вращающуюся центрирующую втулку (ЦВ), образующую с корпусом полость, заполненную маслом, герметизирующие элементы и узел компенсации износа ЦВ. Торцовые поверхности ЦВ и ответные им поверхности корпуса армированы композиционным материалом и образуют осевой ПС. Уплотни- тельные элементы выполнены в виде подпружиненной, установленной с возможностью вращения,,относительно корпуса втулки .с армированной композиционным материалом торцовой поверхностью, расположенной с возможностью взаимодействия последней с армированной торцовой поверхностью ЦВ. Узел компенсации износа ЦВ выполнен в виде расположенных по концам в МНП подпружиненных относительно друг друга двух пар концентрично установленных с возможностью взаимодействия между собой по конусным поверхностям втулок, внутренние из которых имеют прорези на конусной части. Внутренние поверхности разрезной части втулок и наружные поверхности корпуса в месте расположения последних армированы композиционным материалом и образуют радиальные ПС. В процессе работы при вращении корпуса ЦВ и контактирующая с ней подпружиненная втулка уплотнительного элемента не вращаются. За счет этого гарантируется полная герметизация МНП. Наличие пружины между втулками узла компенсации обеспечивает сохранение их размера при износе радиальных ПС. 3 ил. сл С о о VI 00