RU2165002C1

RU2165002C1 - Centering mount

Info

Publication number: RU2165002C1
Application number: RU99117034A
Authority: RU
Inventors: А.Ш. Янтурин
Original assignee: Открытое акционерное общество Акционерная нефтяная компания Башнефть
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-04-10

Abstract

FIELD: drilling equipment, gears centering lower part of drill pipe string. SUBSTANCE: centering mount has body with internal concentric hole and three separable centering extending blades with external spiral-shaped centering or calibrating surfaces and internal flat surfaces. T-shaped grooves each housing two peripheral shanks of pistons of identical form mounted in parallel one another are cut on center. Two radial holes are made under blades. On opposite end face pistons are also provided with T-shaped shanks pressed by springy members into body. Blades of centering mount can self-countersink in body when tool is lowered into borehole, they start extend only in process of operation because of pressure difference inside string and in pipe clearance. EFFECT: increased operational reliability and improved functional characteristics of centering mount. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для центрирования низа бурильной колонны. The invention relates to the field of drilling, namely, devices for centering the bottom of the drill string.

Известен лопастной калибратор, содержащий корпус с пазами, в которых установлены сменные лопасти [1]. Known blade calibrator containing a housing with grooves in which interchangeable blades are installed [1].

Основным недостатком его является затрудненность, а порой и невозможность спуска без дополнительной проработки ствола в вертикальную искривленную, наклонную или горизонтальную скважины. Its main drawback is the difficulty, and sometimes the impossibility of launching without additional development of the trunk into a vertical curved, deviated or horizontal well.

Известен и более близкий к предлагаемому устройству центратор-калибратор, содержащий корпус и самовыдвигающиеся от действия центробежных сил лопасти (плашки) [2]. Однако центробежные силы, действующие на центрирующие элементы в этом устройстве при недостаточно высокой частоте вращения, например при роторном бурении, могут не достичь требуемой величины - до 20...30 кН при продольно-поперечном изгибе низа бурильной колонны в скважине. Кроме того, непосредственный контакт этих центрирующих элементов со стенками ствола вызовет быстрый износ направляющих поверхностей их от влияния поперечных колебаний низа колонны и из-за эксцентриситета смещения оси низа колонны в месте размещения устройства относительно оси скважины, что снизит надежность и эффективность работы в скважине. Known and closer to the proposed device, the centralizer-calibrator containing the body and self-propelled by the action of centrifugal forces of the blade (die) [2]. However, the centrifugal forces acting on the centering elements in this device at an insufficiently high rotation frequency, for example during rotary drilling, may not reach the required value - up to 20 ... 30 kN with longitudinal-transverse bending of the bottom of the drill string in the well. In addition, the direct contact of these centering elements with the walls of the wellbore will cause rapid wear of their guide surfaces from the influence of transverse vibrations of the bottom of the column and due to the eccentricity of the displacement of the axis of the bottom of the column at the location of the device relative to the axis of the well, which will reduce the reliability and efficiency of work in the well.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационной характеристики и повышение надежности работы предлагаемого центратора в скважине с одновременным обеспечением возможности спуска в искривленные стволы без дополнительной проработки их. The aim of the invention is to improve the operational characteristics and increase the reliability of the proposed centralizer in the well while providing the possibility of descent into the curved shafts without additional study of them.

Указанная цель достигается тем, что в центраторе, содержащем корпус с внутренним концентричным отверстием и сменные центрирующие выдвижные лопасти, последние с наружной центрирующей поверхности выполнены спиралеобразными, а с внутренней - плоскими, в двух поперечных сечениях корпуса под каждой лопастью имеются эксцентричные относительно оси его и параллельные друг другу радиальные цилиндрические отверстия, в которых размещены поршни с хвостовиками по торцам, причем с наружного радиального торца хвостовики имеют Т-образную, как вариант - в виде "ласточкина хвоста", форму и сочленены с продольными пазами идентичной в поперечном сечении формы на внутренней поверхности лопастей, а с обратного торца хвостовики подпружинены упругими элементами, которые противоположными концами своими оперты в упорные стаканы с отверстиями и радиальными прорезями для пропуска этих хвостовиков, вставленные, в свою очередь, в радиальные отверстия корпуса со стороны внутреннего концентричного отверстия его. Кроме того, величины эксцентриситетов смещения радиальных отверстий под каждой центрирующей лопастью в обеих плоскостях корпуса равны между собой по величине относительно плоскости оси корпуса, проходящей через центр симметрии лопасти, а угловые направления радиальных отверстий в этих плоскостях направлены навстречу друг другу. This goal is achieved by the fact that in a centralizer containing a housing with an inner concentric hole and interchangeable centering retractable blades, the latter are spiral-shaped from the outer centering surface and flat, in two cross sections of the housing under each blade there are eccentric and parallel to its axis and parallel each other radial cylindrical holes in which pistons with shanks are placed at the ends, and from the outer radial end the shanks are T-shaped, as t - in the form of a "dovetail", shape and articulated with longitudinal grooves of identical in cross section shape on the inner surface of the blades, and from the opposite end, the shanks are spring loaded with elastic elements, which at their opposite ends are supported in stop cups with holes and radial slots to allow these shanks, inserted, in turn, into the radial holes of the housing from the side of its inner concentric hole. In addition, the values of the eccentricity of the displacement of the radial holes under each centering blade in both planes of the casing are equal in magnitude relative to the plane of the axis of the casing passing through the center of symmetry of the blade, and the angular directions of the radial holes in these planes are directed towards each other.

Устройство поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид центратора в продольном разрезе, а на фиг. 2 - поперечное сечение его по А-А. The device is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 is a longitudinal perspective view of a centralizer, and FIG. 2 - its cross section along AA.

Центратор содержит корпус 1 с внутренним концентричным отверстием и сменные центрирующие выдвижные лопасти 2 с наружными спиралеобразными центрирующими (калибрующими) поверхностями и с внутренними плоскими, по центру которых выполнены Т-образные, как вариант - в виде "ласточкина хвоста", пазы с размещенными в них по два идентичной формы периферийных хвостовика поршней 3, установленных в параллельных друг другу, под каждой лопастью, двух радиальных цилиндрических отверстиях корпуса. С противоположного торца поршни 3 также снабжены Т-образными хвостовиками, отпружиненными вовнутрь устройства упругими элементами 4, противоположными концами своими опертыми в дно стаканов 5, утопленных изнутри до упора своего в радиальных цилиндрических отверстиях корпуса. Для установки пружин сжатия 4 каждый стакан 5 снабжен отверстием с радиальной прорезью, соответствующим диаметру хвостовика поршня 3 в зоне размещения пружины. The centralizer comprises a housing 1 with an internal concentric hole and interchangeable centering sliding blades 2 with external spiral-shaped centering (calibrating) surfaces and with internal flat ones, in the center of which are T-shaped, as an option - in the form of a "dovetail", grooves with them two identical shapes of the peripheral shank of the pistons 3 mounted in parallel to each other, under each blade, two radial cylindrical holes of the housing. From the opposite end, the pistons 3 are also equipped with T-shanks, spring-loaded elastic elements 4 inside the device, their opposite ends supported in the bottom of the cups 5, recessed from the inside to the end in their radial cylindrical holes in the housing. To install compression springs 4, each cup 5 is equipped with a hole with a radial slot corresponding to the diameter of the piston shank 3 in the area of the spring.

Для повышения износостойкости наружная калибрующая (центрирующая) поверхность лопастей 2 армирована твердосплавным слоем 6 или, как вариант - на рисунках не показано, твердосплавными зубками. У концов центрирующих лопастей 2 к корпусу 1 приварены защитные наконечники 7. To increase the wear resistance, the outer calibrating (centering) surface of the blades 2 is reinforced with a carbide layer 6 or, as an option, not shown in the figures with carbide teeth. At the ends of the centering blades 2, protective tips 7 are welded to the housing 1.

Работает центратор следующим образом. При спуске в скважину или при подъеме на поверхность перепад давления внутри колонны и в затрубном кольцевом пространстве практически отсутствует и пружины сжатия 4 утапливают поршни 3 с лопастями 2 в корпусе 1, что обеспечивает прохождение бурильной колонны с центратором на сильно искривленных участках скважины без дополнительной проработки ствола. При этом калибрующие поверхности 6 возвышаются над защитными наконечниками 7. Поскольку радиальные цилиндрические поверхности под каждой лопастью 2 параллельны друг другу, то после спуска центратора до забоя и подачи жидкости в бурильную колонну за счет перепада давления внутри нее и в заколонном кольцевом пространстве поршни 3 выдвигаются из радиальных каналов корпуса и прижимают лопасти 2 к стенкам скважины. Диаметры поршней 3 подбираются исходя из условия превышения сил прижатия лопастей 2 к стенкам ствола над суммой сил упругости пружин 4 и перерезывающих сил (до 20...30 кН) в бурильной колонне в зоне размещения центратора, что обеспечивает концентричное центрирование инструмента в скважине. The centralizer works as follows. When lowering into the well or when climbing to the surface, there is practically no pressure drop inside the column and in the annulus and compression springs 4 heat the pistons 3 with blades 2 in the housing 1, which ensures the passage of the drill string with a centralizer in highly curved sections of the well without additional development of the wellbore . In this case, the calibrating surfaces 6 rise above the protective tips 7. Since the radial cylindrical surfaces under each blade 2 are parallel to each other, then after lowering the centralizer to the bottom and supplying fluid to the drill string due to the pressure drop inside it and in the annular annular space, the pistons 3 extend from radial channels of the body and press the blades 2 to the walls of the well. The diameters of the pistons 3 are selected based on the condition that the pressing forces of the blades 2 to the walls of the barrel exceed the sum of the elastic forces of the springs 4 and the cutting forces (up to 20 ... 30 kN) in the drill string in the centralizer placement zone, which ensures concentric tool centering in the well.

Такое исполнение центратора обеспечивает ему перед известными конструкциями следующие преимущества:
- превышение сил прижатия центрирующих лопастей над суммой сил упругости пружин сжатия и перерезывающих сил в колонне в зоне установки центратора позволяет концентрично центрировать колонну в этой зоне независимо от степени абразивного износа наружной поверхности центрирующих лопастей, ощутимого в абразивных породах даже в процессе одного рейса бурильного инструмента в скважину;
- уменьшение диаметра центратора в транспортном положении по сравнению с рабочим обеспечивает возможность спуска его в искривленные вертикальные, наклонные и горизонтальные скважины без дополнительной проработки ствола;
- силы прижатия центрирующих лопастей к стенкам ствола зависят преимущественно от величины перепада давления внутри колонны и в кольцевом пространстве, что даже при интенсивном абразивном износе центрирующих или калибрующих поверхностей приводит к сохранению высокого эксплуатационного ресурса центратора в целом, к улучшению его эксплуатационной характеристики и повышению надежности работы в скважине.This design of the centralizer provides him with the known designs the following advantages:
- the excess of the pressing forces of the centering blades over the sum of the elastic forces of the compression springs and the cutting forces in the column in the centralizer installation zone allows the column to concentrically center in this zone, regardless of the degree of abrasive wear of the outer surface of the centering blades, which is noticeable in abrasive rocks even during one flight of a drilling tool in well;
- reducing the diameter of the centralizer in the transport position compared to the worker provides the possibility of lowering it into curved vertical, deviated and horizontal wells without additional development of the trunk;
- the pressing forces of the centering blades to the walls of the barrel depend mainly on the pressure drop inside the column and in the annular space, which even with intensive abrasive wear of the centering or calibrating surfaces leads to the preservation of the high operational resource of the centralizer as a whole, to an improvement in its operational characteristics and increased reliability in the well.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР N 836333, кл. E 21 B 10/42, 1981.Sources of information
1. Auth. testimonial. USSR N 836333, class E 21 B 10/42, 1981.

2. Авт. свид. СССР N 6066994, кл. E 21 B 17/10, 1978. 2. Auth. testimonial. USSR N 6066994, cl. E 21 B 17/10, 1978.

Claims

1. A centralizer comprising a housing with an inner concentric hole and interchangeable centering retractable blades, characterized in that the blades from the outer radial surface are helical and flat from the inside, in two cross sections of the housing under each blade there are eccentric with respect to its axis and parallel to each other to each other are radial holes in which pistons with shanks are placed at the ends, and from the peripheral end, the shanks are made with T-shaped or dovetail ends and They are provided with longitudinal grooves of identical cross-sectional shape on the back of the blades, and from the opposite end, the shanks are springed to the center of the body by elastic compression elements, which opposite ends are supported on the bottoms of the thrust cups, with holes and radial slots for passing these shanks during assembly, inserted into the radial cylindrical openings of the shell from inside it.

2. The centralizer according to claim 1, characterized in that the eccentricity values of the displacement of the radial cylindrical holes under each centering blade in both cross sections of the housing are equal in magnitude relative to the plane passing through the axis of the housing and the center of symmetry of the blade.