Центратор бурильного инструмента Советский патент 1992 года по МПК E21B17/10 

Изобретение относится к бурению сква- жии, в частности к центрированию инструмента при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Известен центратор бурильного инструмента, включающий корпус, установленный на нем с возможностью вращения центрирующий элемент и расположенные с торцов центрирующего элемента поршни, взаимодействующие с износостойкими упругими элементами 1,

Недостатком этого центратора является невозможность автономного регулирования его наружного диаметра, компенсирующего износ центрирующего элемента.

Известен также центратор бурильного инструмента, включающий корпус, установленную на нем с возможностью вращения втулку с выдвижными центрирующими элементами и узел привода центрирующих элементов, выполненный в виде пластин из материала, обладающего памятью формы 2.

Недостатком известного центратора является низкая надежность, объясняемая быстрым и неравномерным износом выдвижных центрирующих элементов при набегании из неровности стенок скважины, что приводит к нарушению центрирования бурильного инструмента.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет возможности регулирования его наружного диаметра в зависимости от формы профиля стенки скважины и уменьшения силы ударов при набегании центрирующих элементов на выступы стенки.

Цель достигается тем, что в конструкции центратора, состоящего из полого корпуса, концентрично установленной относительно корпуса с возможностью вращения втулки, направляющих, концентрично установленной относительно направляющих

обоймы с продольно расположенными пазами, в которых установлены с возможностью радиального перемещения подпружиненные центрирующие элементы, включающие сердечник из теплопроводного материала,

контактирующие с износостойкими вставками на свободных торцах, приводные элементы, выполненные из материала, обладающего памятью формы, установленные с возможностью взаимодействия с

теплопроводными вставками и направляющими, поверхность направляющих, обращенная к торцам центрирующих элементов, выполнена волновой в продольном сечении, торцы центрирующих элементов, контактирующие с приводными элементами, имеют выступы и в исходном положении размещены во впадинах направляющих, при этом каждый приводной элемент выполнен в виде гибкой нити с жестко закрепленными в

верхней и нижней частях обоймы концами, поочередно огибающей выступы взаимодействующих с ней торцов, центрирующих элементов и выступы направляющей. Исключение поворота центрирующих элементов в обойме обеспечивается за счет того, что центрирующие элементы выполнены с лысками на цилиндрической поверхности, взаимодействующими с боковыми стенками продольных призматических пазов в обойме. Улучшенитеплопередачи между центрирующими элементами и гибкой нитью из МПФ обеспечивается за счет расположения нити в соответствущих ей по размерам канавки на торцах центрирующих элементов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается там, что рабочий орган привода каждой группы продольно расположенных центрирующих элементов выполнен в виде гибкой нити из МПФ с жестко закрепленными в верхней и нижней частях обоймы концами, поочередно огибающей выступы торцов центрирующих элементов и ответные выступы неподвижной направляющей и помещенной внутри соответствующих ей по размерам канавок на торцах центрирующих элементов, предохраняемых от поворота за счет лысок на цилиндрической поверхности, взаимодействующих с боковыми стенками призматической пазов в обойме.

На фиг.1 представлен центратор бурильного инструмента, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - вид Б на фиг.1; на фиг.4 схематически показана картина перемещения выдвижных центрирующих элементов, обеспечивающая их самоустановку от формы профиля стенки скважины.

Центратор бурильного инструмента содержит корпус 1, выполненный для удобства вращения, втулку 2 и соединенные в ней без возможности относительного поворота обойму 3 и крышку 4 (фиксирующие элементы на фигурах не показаны). Обойма 3 имеет продольные призматические пазы с отверстиями под выдвижные центрирующие элементы 5. Элементы 5 снабжены износостойкими вставками 6 и теплопроводными сердечниками 7. Торцы центрирующих элементов 5 имеют выпуклую (например, цилиндрическую) форму и размещают в ответных впадинах призматических направляющих 8, также расположенных в продольных пазах обоймы 3. Привод каждой группы продольно расположенных выдвижных центрирующих элементов 5 выполнен в виде гибкой нити 9 из материала, обладающего памятью формы, жестко закрепленной по концам в днище обоймы 3 и крышке 4 и огибающей последовательно выступы торцов элементов 5 и направляющей 8. Для возврата центрирующих элементов в исходное положение, а также для устранения люфтов в их приводе устройство снабжено упругими элементами 10. Поворот центрирующих элементов 5 вокруг своей оси исключается благодаря наличию лысо.к на боковой поверхности цилиндрического пояска 11, взаимодействующих с боковыми стенками призматических пазов в обойме 3 (фиг.З, гибкая нить 9 не показана).

Для улучшения теплопередачи между центрирующими элементами 5 и гибкой

нитью 9 торцы центрирующих зяемснтоо выполнены с криволинейными крнзоками 12, соответствующими по размерам диаметру гибкой нити. Эти канавки предохраняют

гибкую нить 9 от соскальзывания с торцов элементов 5. Для уменьшения рассеивания тепла направляющие 8 выполнены из мало- тепловодного материала,

Гашение продольных колебаний осуществляется с помощью упругих элементов 13, поперечных - за счет эластичной трубчатой манжеты 14, установленной между корпусом 1 и втулкой 2.

Центратор бурильного инструмента работает следующим образом.

Центратор собирают, обеспечивая натяжение гибких нитей 9, исключающее люфты, ко недостаточно для преодоления сопротивления упру их элементов 10, таким

образом, что центрирующие элементы 5 занимают исходное положение (фиг.1 и 2). Затем центратор устанавливают в расчетном месть: компоновки нижней части бурильной колонны.

В процессе бурения центрирующие элементы 5 взаимодействуют со стенкой скза- ) :ины и, нагреваясь за смет трения, передают тепло через теплопрозодчыо сердечники 7 гибкой нити 9. Последняя, укорачиваясь прк нагрепе (о силу того, что она изготовлена из предварительно натренированного соответствующим образом МПФ), обеспечивает выдвижение центрирующих элементов 5 в рабочее положение. При набегании центрирующего элемента на выступ стенки скважины он утапливается за счет частичного выдвижения другого (других) центрирующих элемента той же группы (фиг. 4).

Таким образом уменьшается сила ударов, воспринимаемых центрирующими элементами и центраторами в целом. Общая средняя величина выдвижения центрирующих элементов, определяемая температурой гибкой нити 9, при этом остается постоянной. Этим обеспечивается улучшение центрирования бурильного инструмента за счет того, что центрирующие элементы 5 самоустанавливаются о зависимости от

формы профиля стенки скважины (см.фиг.4), а воспринимаемое ими усилие разномерно распределяется между всеми элементами. В результате повышается надежность работы устройства.

Использование предлагаемого устройства позволяет уменьшить силу ударов при набегании центратора на выступы стенок скважины, обеспечить улучшение прилегания выдвижных центрирующих элементов к

стенке, снизить максимальное усилие, воепринимаемое центрирующими элементом, и улучшить центрирование.

Таким образом, улучшает качество проходки, повышается долговечность центратора бурильного инструмента и самого инструмента, что позволяет увеличить скорость проходки и снизить ее стоимость. Формула изобретения 1. Центратор бурильного инструмента, состояний из полого корпуса, концентрич- но установленной относительно корпуса с возможностью вращения втулки, направляющих, концентричио установленной относительно направляющих обоймы с продольно расположенными пазами, в кото- рых установлены с возможностью радиального перемещения подпружиненные центриру-ощие элементы, включающие сердечники из теплопроводного материала, контактирующие с износостойкими встав- ками на свободных торцах, приводные элементы, выполненные из материала, обладакщего памятью формы, установленные с возможностью взаимодействия с теплопроводными вставками и направляю- щими, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет самоустановки центрирующих элементов в зависимости от формы профиля стенки скважины, поверхность направляющих, обращенная к торцам центрирующих элементов, выполнена волновой в продольном сечении, торцы центрирующих элементов, контактирующие с приводными элементами, имеют выступы и в исходном положении размещены во впадинах направляющих, при этом каждый приводной элемент выполнен в виде гибкой нити с жестко закрепленными в верхней и нижней частях обоймы концами, поочередно огибающей выступы взаимодействующих с ней торцов центрирующих элементов и выступы направляющей.

2.Центратор поп.1,отличающий- с я тем, чго стенки пазов обоймы выполнены призматической формы, а контактирующие с ними поверхности центрирующих элементов и направляющих имеют соответственно лыски и призматическую поверхность под поверхность стенок пазов.

3.Центратор по п.1, от л и ч а ю щ и и - с я тем, что на торцах центрирующих элементов, взаимодействующих с привозными элементами, выполнены канавки, соответствующие по размерам диаметру гибкой нити.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к центрированию инструмента при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин. Цель - повышение надежности работы центратора за счет самоустановки центрирующих элементов в зависимости от формы профиля стенки скважины. Для этого центратор состоит из

8

Фие.Э