Упругий центратор

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для использования в качестве опорно-центрирующего элемента в компоновке низа бурильной колонны при бурении скважин. Упругий центратор содержит ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными планками. На стволе установлен дополнительный каркас. Дугообразные планки обоих каркасов жестко соединены прямыми опорными планками. Обеспечивает уменьшение контактного давления опорных элементов на стенку скважины. 1 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для использования в качестве опорно-центрирующего элемента в компоновке низа бурильной колонны при бурении наклонных и горизонтальных скважин.

Известна направляющая штанга компоновки низа бурильной колонны, содержащая упругий центратор, расположенный на штанге, опирающейся верхним концом на стенку скважины /RU 2069731 C1, 6 E21B 7/08, опубл. 1996/. Вес штанги и жесткость упругих опорных планок определяют требуемое расположение низа бурильной колонны в скважине.

Недостаток известного центратора состоит в том, что упругие опорные планки взаимодействуют со стенкой скважины по небольшой площади контакта, создавая высокое давление, кроме того, его нельзя применить в компоновке, включающей турбобур.

Известен упругий центратор, содержащий ствол, на котором с помощью радиальных опор и распорной втулки установлен каркас с дугообразными опорными планками /Каталог НПК «ТОБУС», Выставка «Нефть и газ», Москва, 1994/.

Известен упругий центратор, содержащий ствол, на котором с помощью радиальных опор и распорной втулки установлен каркас с дугообразными опорными планками /RU 2088742 C1, 6 E21B 17/10, опубл. 1997/. Конструкция упругого центратора дополнена упорами, расположенными на распорной втулке или внутренней поверхности опорных планок, с целью изменения изгибной жесткости упругих планок при переходе из режима спуска инструмента в скважину в режим работы на ее искривленном участке.

У всех известных упругих центраторов площадь соприкосновения опорных дугообразных планок со стенкой скважины незначительна и в зоне контакта неизбежно возникновение высокого давления, что может привести к внедрению опорных планок в стенку скважины, возрастанию деформации упругих элементов, увеличению сопротивления при движении центратора по неровностям стенки скважины, появлению на них дополнительных усилий, нестабильности его работы.

Известные упругие центраторы имеют еще недостаток, заключающийся в следующем. В зависимости от назначения компоновки и зенитного угла скважины может потребоваться увеличение расстояния между долотом и центратором. Удлинение ствола у известных центраторов или установка переводников между долотом и центратором приведет к возрастанию динамических нагрузок и повышению износа опор долота, центратора, забойного двигателя. Поэтому возможности увеличения расстояния между долотом и серединой известных центраторов ограничены, например, величиной 1,5 м при диаметре долота 215,9 мм.

Изобретение направлено на уменьшение контактного давления опорных элементов упругого центратора на стенку скважины и улучшение вследствие этого его эксплуатационной характеристики, а также на обеспечение возможности увеличения расстояния между долотом и серединой центратора без увеличения расстояния от долота до начала его опорных элементов.

Для этого упругий центратор содержит два одинаковых каркаса с дугообразными планками, установленные на стволе с помощью радиальных опор и распорных втулок. При этом дугообразные планки обоих каркасов жестко соединены между собой прямыми опорными планками.

Аналогично изобретению RU 2088742 С1 дугообразные планки могут быть оснащены упорами для изменения жесткости центратора при его переходе от спуска в скважину к работе на ее наклонном участке. В свободном состоянии превышение диаметра центратора над диаметром долота составляет около 10 мм.

При использовании предлагаемой конструкции центратора площадь контакта прямых опорных планок многократно выше площади контакта дугообразных планок известных центраторов, благодаря чему контактное давление прямых опорных планок на породу стенок скважины незначительно. Вследствие отсутствия их внедрения в породу уменьшается деформация дугообразных планок каркасов и облегчается расчет их жесткости. При работе центратора деформация дугообразных планок верхнего и нижнего каркасов может несколько отличаться, при этом прямые опорные планки самоустановятся под некоторым углом, обеспечивающим их равномерное прижатие к стенке скважины, а равнодействующая сила реакции с ее стороны будет находиться приблизительно на середине центратора. Длина центратора определяется, исходя из расчета необходимого расстояния между ним и долотом. При этом изменяется длина прямых опорных планок, может быть увеличено число каркасов, но их конструкция остается неизменной.

На чертеже изображен упругий центратор с двумя каркасами и прямыми опорными планками.

Упругий центратор содержит ствол 1, к нижней части которого крепится долото или калибратор, установленные на нем с помощью радиальных опор 2, 3, 4 и распорных втулок 5, 6, каркасы 7, 8, между которыми имеется зазор 9. Каркасы имеют дугообразные (упругие) планки 10, снабженные упорами 11 и соединенные между собой прямыми опорными планками 12. Кольцо 13 является осевой опорой скольжения для верхнего каркаса 8.

Упругий центратор работает следующим образом.

При спуске инструмента в скважину происходит деформация дугообразных планок 10. Перед началом работы в наклонном участке скважины дугообразные планки 10 находятся в напряженном состоянии и благодаря наличию упоров 11 их жесткость на изгиб возрастает. Таким образом, в рабочем режиме требуется незначительная дополнительная деформация дугообразных планок 10. Зазор 9 дает возможность концам дугообразных планок 10 нижнего каркаса 7 перемещаться при их деформации. Прямые опорные планки 12, имеющие значительную площадь контакта со стенкой скважины, равномерно к ней прижимаются без внедрения в породу. Имеющиеся неровности стенки скважины перекрываются прямыми опорными планками, что делает работу центратора более стабильной. При необходимости зазор (расстояние) между каркасами можно увеличить, при этом их конструкция и жесткость останутся неизменными.

Упругий центратор, содержащий ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными планками, отличающийся тем, что на стволе установлен дополнительный каркас, при этом дугообразные планки обоих каркасов жестко соединены прямыми опорными планками.