Центратор бурильного инструмента

 

Использование: стабилизация бурильного инструмента в скважине и снижение за счет этого его вибраций в процессе бурения. Сущность изобретения: центратор содержит корпус и установленную на корпусе с возможностью вращения на замковых шариковых подшипниках и ограниченного осевого перемещения втулку с центрирующими ребрами, оснащенными износостойким материалом. Осевое перемещение втулки обеспечивается за счет увеличения ширины беговых дорожек подшипников на корпусе по сравнению с аналогичными дорожками на втулке на величину этого перемещения. Другой вариант предусматривает такое увеличение ширины беговых дорожек на втулке по сравнению с аналогичными дорожками на корпусе. При максимальном смещении в направлении подачи инструмента втулка фиксируется от вращения на корпусе. Для этого передний в направлении подачи инструмента торец втулки имеет возможность взаимодействия с ответным торцом корпуса. Взаимодействующие торцы втулки и корпуса могут быть оснащены фрикционным материалом. Возможен вариант выполнения на взаимодействующих торцах втулки и корпуса входящих друг в друга выступов и впадин. В этом случае высота выступов и глубина впадин принимается меньше величины осевого перемещения втулки. Возможен вариант исполнения, при котором между корпусом и втулкой со стороны взаимодействующих торцов размещена распорная пружина. Она позволяет при углублении скважины разъединить торцы втулки и корпуса и исключить передачу крутящего момента на втулку от корпуса. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в центраторах бурильного инструмента, предназначенных для стабилизации бурильного инструмента в скважине и снижения за счет этого его вибраций в процессе бурения.

Известен центратор бурильного инструмента, содержащий корпус и установленную на корпусе с возможностью вращения на замковых шариковых подшипниках втулку, на наружной боковой поверхности которой выполнены центрирующие ребра, оснащенные износостойким материалом [1] Недостатком этого центратора является то, что в нем не предусмотрена возможность передачи крутящего момента от корпуса втулке с центрирующими ребрами для разбуривании местных сужений ствола скважины и пробок при подъеме инструмента в случае затяжки или прихвата центратора в скважинах с неустойчивыми стенками, склонными к осыпанию и вспучиванию. В этих условиях извлечение бурильного инструмента из скважины становится затруднительным, а в отдельных случаях просто невозможным.

Наиболее близким к предлагаемому является центратор бурильного инструмента, содержащий корпус и втулку с центрирующими ребрами на наружной боковой поверхности, установленную на корпусе посредством замковых шариковых подшипников с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксации от вращения на корпусе при максимальном смещении в направлении подачи инструмента [2] В данном центраторе предусмотрена передача крутящего момента от корпуса втулке при прихватах последней в скважине в процессе подъема инструмента. Его недостаток состоит в том, что количество шариков в подшипниках равно количеству центрирующих ребер втулки, т.е. существенно уменьшено по сравнению с обычными подшипниками качения, а сами шарики используются для передачи крутящего момента на втулку от корпуса, для чего на корпусе под беговыми дорожками выполнены глухие продольные пазы, в которые закатываются шарики при максимальном смещении втулки в направлении подачи инструмента. Увеличение нагрузок на подшипники центратора за счет уменьшения количества шариков и передачи через них крутящего момента приводит к ускоренному износу и разрушению как самих шариков и их беговых дорожек на корпусе, так и глухих продольных пазов корпуса. В результате надежность работы центратора резко падает. Кроме того необходимость выполнения на корпусе глухих продольных пазов, а во втулке индивидуальных гнезд под каждый шарик значительно усложняет конструкцию центратора и делает более трудоемким его изготовление.

Цель изобретения повышение надежности работы центратора бурильного инструмента при одновременном упрощении его конструкции и снижение трудоемкости изготовления.

Цель достигается тем, что в центраторе бурильного инструмента, содержащем корпус и втулку с центрирующими ребрами на наружной боковой поверхности, установленную на корпусе посредством замковых шариковых подшипников с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксации от вращения на корпусе при максимальном смещении в направлении подачи инструмента, на внутренней боковой поверхности втулки выполнены беговые дорожки подшипников, образующие с беговыми дорожками корпуса подшипниковые полости, причем последние полностью заполнены шариками, ширина беговых дорожек подшипников на корпусе или на втулке больше ширины беговых дорожек соответственно на втулке или на корпусе на величину осевого перемещения втулки, а корпус под втулкой выполнен с буртом для взаимодействия с передним в направлении подачи инструмента торцом втулки при ее максимальном смещении в этом направлении, при этом бурт корпуса и торец втулки со стороны последнего могут быть оснащены фрикционным материалом или выполнены с выступами для взаимодействия друг с другом при смещении втулки в направлении подачи инструмента, а втулка может быть подпружинена со стороны бурта корпуса.

Выполнение на внутренней боковой поверхности втулки беговых дорожек подшипников, образующих с беговыми дорожками корпуса подшипниковые полости, полностью заполненные шариками, позволяет использовать в центраторе полноценные подшипники качения, что повышает надежность работы центратора и упрощает его конструкцию. Выполнение ширины беговых дорожек подшипников на корпусе или втулке больше ширины беговых дорожек соответственно на втулке или корпусе обеспечивает втулке возможность ограниченного осевого перемещения на корпусе, а выполнение корпуса под втулкой с буртом для взаимодействия с передним в направлении подачи инструмента торцом втулки при ее максимальном смещении в этом направлении фиксацию втулки от вращения на корпусе, т.е. передачу ей крутящего момента, чем исключается использование для этих целей шариков подшипников, что также повышает надежность работы центратора и упрощает его конструкцию. Оснащение бурта корпуса и торца втулки со стороны последнего фрикционным материалом или выполнение на них выступов направлено на увеличение величины крутящего момента, передаваемого от корпуса центратора втулке. Выполнение втулки подпружиненной со стороны бурта корпуса позволяет гарантированно разъединить бурт корпуса с торцом втулки при бурении (углублении) скважины и исключить тем самым возможность передачи крутящего момента на втулку от корпуса.

На фиг. 1 показана схема центратора бурильного инструмента, продольный разрез, при максимальном осевом смещении втулки в направлении, противоположном подаче инструмента (положение втулки при бурении скважины), вариант выполнения ширины беговых дорожек подшипников на корпусе больше аналогичных беговых дорожек на втулке и армирования бурта корпуса и торца втулки со стороны последнего фрикционным материалом; на фиг.2 то же, при максимальном осевом смещении втулки в направлении подачи инструмента (положение втулки при извлечении инструмента), вариант выполнения ширины беговых дорожек на втулке больше ширины аналогичных беговых дорожек на корпусе и выступов на бурте корпуса и торце втулки со стороны последнего; на фиг.3 то же, вариант с подпружиненной втулкой; на фиг.4 вид сверху с частичным разрезом по замковому подшипнику.

Центратор содержит корпус 1 и установленную на корпусе с возможностью вращения на замковых шариковых подшипниках 2 втулку 3 с центрирующими ребрами 4, оснащенными износостойким материалом 5. Втулка 3 имеет также возможность ограниченного осевого перемещения с фиксацией от вращения на корпусе 1 в положении ее максимального осевого смещения в направлении подачи инструмента. Для этого ширина беговых дорожек 6 подшипников 2 на корпусе (фиг.1) или беговых дорожек 7 на втулке 3 (фиг.2) выполняется больше ширины беговых дорожек 7 (фиг.1) или 6 (фиг.2) соответственно на втулке 3 или корпусе 1 на величину осевого перемещения L втулки 3, т.е. H h L, а на корпусе 1 под втулкой выполнен бурт 8 для взаимодействия с передним в направлении подачи инструмента торцом 9 втулки 3. Бурт 8 корпуса 1 и торец 9 втулки 3 со стороны последнего могут быть оснащены фрикционным материалом 10 или на них могут быть выполнены выступы 11, взаимодействующие между собой при смещении втулки 3 в направлении подачи инструмента. Втулка 3 может быть подпружинена со стороны бурта 8 корпуса 1 посредством распорной пружины 12.

Центратор устанавливается непосредственно над породоразрушающим инструментом. В случае необходимости центраторы могут устанавливаться с некоторым интервалом по всей длине колонны штанг.

Центратор работает следующим образом.

В процессе бурения корпус 1 центратора вместе с инструментом совершает вращательное и поступательное по мере подачи инструмента движения. При этом втулка 3 за счет сил трения ее ребер 4 о стенки скважины смещается в направлении, противоположном направлению подачи инструмента (эффект смещения втулки 3 в указанном направлении усиливается за счет применения распорной пружины 12), и тормозится от вращения. Пpи таком положении втулка 3 совершает только поступательное движение и своими центрирующими ребрами 4 стабилизирует бурильный инструмент в скважине. При извлечении (подъеме) инструмента из скважины втулка 3 под действием собственного веса и трения ребер 4 о стенки скважины смещается в направлении подачи инструмента, сжимая распорную пружину 12, если такая имеется, и ее торец 9 вступает во взаимодействие с буртом 8 корпуса 1. В результате втулка 3 фиксируется от вращения на корпусе 1, чем достигается возможность передачи ей крутящего момента от корпуса 1. Последнее обеспечивает прохождение осложненных участков ствола скважины с вращением втулки 3, т.е. с их разбуриванием.

Использование предлагаемого изобретения повышает надежность работы центратора за счет применения полноценных замковых шариковых подшипников, не воспринимающих никаких дополнительных нагрузок и работающих в обычном для подшипников качения режиме. При этом центратор имеет простую конструкцию и не трудоемок в изготовлении.

Формула изобретения

1. ЦЕНТРАТОР БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащий корпус и втулку с центрирующими ребрами на наружной поверхности, установленную на корпусе посредством замковых шариковых подшипников с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксации от вращения на корпусе при максимальном смещении в направлении подачи инструмента, отличающийся тем, что на внутренней боковой поверхности втулки выполнены беговые дорожки подшипников, образующие с беговыми дорожками корпуса подшипниковые полости, причем последние полностью заполнены шариками, ширина беговых дорожек подшипников на корпусе или на втулке больше ширины беговых дорожек соответственно на втулке или на корпусе на величину осевого перемещения втулки, а корпус под втулкой выполнен с буртом для взаимодействия с передним в направлении подачи инструмента торцом втулки при ее максимальном смещении в этом направлении.

2. Центратор по п.1, отличающийся тем, что бурт корпуса и торец втулки со стороны последнего оснащены фрикционным материалом.

3. Центратор по п.1, отличающийся тем, что бурт корпуса и торец втулки со стороны последнего выполнены с выступами для взаимодействия друг с другом при смещении втулки в направлении подачи инструмента.

4. Центратор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что втулка подпружинена со стороны бурта корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4