RU2526088C1

RU2526088C1 - Drill tool centraliser

Info

Publication number: RU2526088C1
Application number: RU2013125064/03A
Authority: RU
Inventors: Сибагат Гарифович Зубаиров; Дмитрий Игоревич Чистов; Дмитрий Радикович Вахитов; Сергей Алексеевич Пиляев; Александр Михайлович Луконин
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-08-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: proposed centraliser comprises case with axial channel and radial bores, centraliser sleeve concentrically fitted thereat to turn thereabout and furnished with lengthwise ribs at outer surface and damping cartridge at inner surface and axial and thrust bearings. Note here that damping gasket has radial gates made at the level of the case radial bores and set of circular through channels. Note also that said inner spaces of said through channels are communicated via gates at case radial bores with the case axial channels and composed by circular segments different in different directions to ends of centraliser sleeve. Thrust bearings are fitted in axial channels of damping shell with the store of axial travel and composed of flexible hollow inserts, their side surfaces being made with large angles of seizure to seal lengthwise through channels at end sections.

EFFECT: higher operating efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к опорно-центрирующим элементам бурильной колонны (центраторам).The invention relates to drilling, in particular to support-centering elements of the drill string (centralizers).

Известен центратор бурильного инструмента [АС №1458551, кл. Е21В 17/10, опубл. 1989 г.], содержащий корпус с осевым и радиальными каналами, концентрически установленную на нем с возможностью вращения центрирующую втулку с продольными ребрами, демпфирующую обойму, подпятники. Недостатками данного изобретения являются низкие эффективность и долговечность работы, связанные с тем, что при работе возможен перекос оси корпуса центратора к оси скважины из-за прогиба компоновки бурильного инструмента, либо при проходке центратором криволинейного участка ствола скважины, вызывающий бочкообразный износ продольных ребер центрирующей втулки. Кроме этого центратор работает как гидравлический амортизатор одностороннего действия, т.е. центрирующая втулка постоянно находится в нижнем положении по отношению к осевым опорам.The well-known centralizer of the drilling tool [AS No. 1458551, class. ЕВВ 17/10, publ. 1989], comprising a housing with axial and radial channels, concentrically mounted on it with the possibility of rotation of the centering sleeve with longitudinal ribs, a damping cage, thrust bearings. The disadvantages of this invention are the low efficiency and durability associated with the fact that during operation the skew axis of the centralizer body to the axis of the well is possible due to deflection of the layout of the drilling tool, or when the centralizer penetrates a curved section of the wellbore, causing barrel-shaped wear of the longitudinal ribs of the centering sleeve. In addition, the centralizer acts as a single-acting hydraulic shock absorber, i.e. the centering sleeve is constantly in the lower position with respect to the axial bearings.

Наиболее близким техническим решением является центратор бурильного инструмента [АС №1263800, кл. Е21В 17/10, опубл. 1986 г.], включающий корпус с осевым и радиальными калиброванными отверстиями, установленную на нем с возможностью вращения центрирующую втулку, с выполненными на ее внешней цилиндрической поверхности продольными ребрами и снабженную демпфирующей обоймой. Фиксация центрирующей втулки в осевом направлении осуществляется с помощью осевых опор, включающих упругие подпятники.The closest technical solution is the centralizer of the drilling tool [AS No. 1263800, class. ЕВВ 17/10, publ. 1986], including a housing with axial and radial calibrated holes, a centering sleeve mounted on it with the possibility of rotation, with longitudinal ribs made on its outer cylindrical surface and equipped with a damping clip. The alignment of the centering sleeve in the axial direction is carried out using axial bearings, including elastic thrust bearings.

Недостатком описанного выше изобретения является низкая эффективность его работы, связанная с тем, что независимо от снабжения корпуса вставными гидравлически-подпружиненными поршнями и соплом в осевом канале, устройство работает как амортизатор одностороннего действия вследствие возникновения продольной силы, прижимающей центрирующую втулку к подпятнику нижней опоры. Причем, геометрия демпфирующей обоймы позволяет создавать, только постоянную по длине, величину ее податливости, что в свою очередь не дает эффективной возможности обеспечить полное прилегание продольных ребер к стенке скважины, в случае возникновения перекоса осей корпуса и втулки, и, как следствие, приводит к бочкообразному износу.The disadvantage of the invention described above is its low efficiency, due to the fact that regardless of the supply of the housing with plug-in hydraulically spring-loaded pistons and a nozzle in the axial channel, the device acts as a single-acting shock absorber due to the emergence of a longitudinal force pressing the centering sleeve against the thrust bearing of the lower support. Moreover, the geometry of the damping cage allows you to create, only constant in length, the magnitude of its compliance, which in turn does not provide an effective opportunity to ensure full fit of the longitudinal ribs to the wall of the well, in the event of a skew axis of the housing and the sleeve, and, as a result, leads to barrel-shaped wear.

Технической задачей изобретения является увеличение эффективности работы предлагаемого центратора за счет расширения спектра амплитудно-частотных характеристик демпфируемых колебаний, передающихся от долота, устранение перекоса центрирующей обоймы центратора, и, как следствие, бочкообразного износа, увеличение долговечности предлагаемого устройства.An object of the invention is to increase the efficiency of the proposed centralizer by expanding the spectrum of amplitude-frequency characteristics of damped oscillations transmitted from the bit, eliminating the skew of the centering holder of the centralizer, and, as a result, barrel-shaped wear, increasing the durability of the proposed device.

Поставленная задача решается тем, что в известном центраторе бурового инструмента, включающем корпус с осевым каналом и радиальными отверстиями, концентрически установленную на нем с возможностью вращения центрирующую втулку, снабженную продольными ребрами на наружной и демпфирующей обоймой на внутренней поверхностях и осевыми опорами в виде пяты и подпятника, согласно предлагаемому изобретению демпфирующая обойма снабжена радиальными шлюзами, размещенными на уровне радиальных отверстий корпуса, и круговым массивом продольных сквозных каналов, внутренние полости которых через шлюзы и радиальные отверстия корпуса гидравлически связаны с осевым каналом корпуса и выполнены в форме кольцевых сегментов, разнонаправленно-расширяющихся к торцам центрирующей втулки, а подпятники установлены в осевых каналах демпфирующей обоймы с запасом осевого хода и выполнены в виде упругих полых, открытых в сторону кольцевых сегментов вставок, боковые поверхности которых выполнены с углами, большими угла заклинивания каждый, герметизирующими продольные сквозные каналы на концевых участках.The problem is solved in that in the well-known centralizer of the drilling tool, comprising a housing with an axial channel and radial holes, a centering sleeve concentrically mounted on it with the possibility of rotation, provided with longitudinal ribs on the outer and damping cage on the inner surfaces and axial bearings in the form of a heel and a thrust bearing , according to the invention, the damping clip is provided with radial locks located at the level of the radial holes of the housing, and a circular array of longitudinal wells canals, the internal cavities of which through the locks and radial openings of the casing are hydraulically connected to the axial channel of the casing and are made in the form of ring segments that are multidirectionally expanding to the ends of the centering sleeve, and thrust bearings are installed in the axial channels of the damping cage with an axial reserve and are made in the form of elastic hollow open to the side of the annular segments of the inserts, the lateral surfaces of which are made with angles greater than the angle of jamming each, sealing longitudinal through channels to the ends x sections.

На фиг.1 изображен центратор бурильного инструмента; на фиг.2 и 3 - поперечные разрезы А-А и Б-Б на фиг.1 соответственно.Figure 1 shows the centralizer of the drilling tool; figure 2 and 3 are transverse sections aa and bb in figure 1, respectively.

Центратор бурильного инструмента (фиг.1) включает корпус 1, центрирующую втулку 2 с продольными износостойкими ребрами 3. В корпусе 1 выполнен сквозной осевой канал 4 и радиальные отверстия 5. Вдоль внутренней цилиндрической поверхности втулки 2 размещена демпфирующая обойма 6, вращающаяся совместно с втулкой относительно вкладыша 7, неподвижно связанного с наружной посадочной поверхностью корпуса 1. Цилиндрический вкладыш 7 снабжен радиальными отверстиями, сообщающимися с отверстиями 5 корпуса 1.The drill tool centralizer (Fig. 1) includes a housing 1, a centering sleeve 2 with longitudinal wear-resistant ribs 3. A through axial channel 4 and radial holes 5 are made in the housing 1. A damping sleeve 6 is rotated along the inner cylindrical surface of the sleeve 2, rotating relative to the sleeve relative to the liner 7, fixedly connected with the outer landing surface of the housing 1. The cylindrical liner 7 is provided with radial holes communicating with the holes 5 of the housing 1.

Демпфирующая обойма 6 снабжена круговым массивом продольных сквозных каналов 8 профильной формы. Причем, каналы 8 сообщаются с осевым каналом 4 корпуса 1 посредством радиальных шлюзов 9. Для ограничения аксиального перемещения центрирующей втулки 2, с обеих ее торцевых поверхностей установлены пяты 10, зафиксированные в корпусе 1. Продольные каналы 8 обоймы 6 имеют форму кольцевого сегмента 11 в поперечном сечении (фиг.3) и комбинированную форму в осевом сечении, расширяющуюся от центра к торцам центрирующей втулки 2 (фиг.1). В расширяющиеся части 12 каналов 8 установлены упругие вставки 13, выполняющие функции подпятников.The damping clip 6 is provided with a circular array of longitudinal through channels 8 of a profile shape. Moreover, the channels 8 communicate with the axial channel 4 of the housing 1 by means of radial locks 9. To limit the axial movement of the centering sleeve 2, heels 10 are fixed from both its end surfaces and are fixed in the housing 1. The longitudinal channels 8 of the holder 6 are in the form of an annular segment 11 in the transverse section (figure 3) and the combined shape in axial section, expanding from the center to the ends of the centering sleeve 2 (figure 1). In the expanding parts 12 of the channels 8, elastic inserts 13 are installed, which serve as thrust bearings.

Вставки 13 выполнены ответной расширяющимся частям 12 каналов 8 формой, при этом снабжены хвостовиками, имеющими аналогичную форму каналам 8. Во вставках 13 дополнительно выполнены профильные отверстия 14. Вставки 13 имеют возможность осевого перемещения, которое ограничивается с одной стороны - пятами 10, а с другой стороны ограничение носит геометрический характер, а именно - сужение участка 12 продольных каналов 8. Причем для предотвращения «заклинивания» вставок 13 в зоне участка 12 их боковые поверхности имеют угол наклона больше величины угла заклинивания.The inserts 13 are made reciprocal to the expanding parts 12 of the channels 8, and are provided with shanks having a similar shape to the channels 8. In the inserts 13, profile holes 14 are additionally made. The inserts 13 have the possibility of axial movement, which is limited on the one hand by heels 10 and on the other On the other hand, the restriction is geometric in nature, namely, the narrowing of the section 12 of the longitudinal channels 8. Moreover, to prevent “jamming” of the inserts 13 in the area of the section 12, their side surfaces have an angle of inclination greater than jamming.

Центратор бурильного инструмента работает следующим образом.The centralizer of the drilling tool operates as follows.

Устройство включается в состав компоновки нижней части бурильной колонны (КНБК), над долотом, при бурении забойными двигателями, либо между бурильными трубами, при роторном бурении.The device is included in the layout of the lower part of the drill string (BHA), above the bit, when drilling with downhole motors, or between drill pipes, when rotary drilling.

Промывочная жидкость, подаваемая буровым насосом, попадает в осевой канал 4 центратора. Часть жидкости поступает через радиальные отверстия 5 и 9 в продольные каналы 8 демпфирующей втулки 6.The flushing fluid supplied by the mud pump enters the axial channel 4 of the centralizer. Part of the fluid enters through the radial holes 5 and 9 into the longitudinal channels 8 of the damping sleeve 6.

Поскольку в расширяющихся частях 12 каналов 8 установлены вставки 13, это приводит к созданию давления внутри каналов, равного давлению в осевом канале 4 центратора. Причем, наличие хвостовиков вставок, полностью повторяющих форму каналов 11, и профильных отверстий 14 обеспечивают полную герметизацию каждого сквозного канала 8 демпфирующей втулки 6.Since inserts 13 are installed in the expanding parts 12 of the channels 8, this creates a pressure inside the channels equal to the pressure in the axial channel 4 of the centralizer. Moreover, the presence of shanks of inserts that completely repeat the shape of the channels 11 and profile holes 14 provide complete sealing of each through channel 8 of the damping sleeve 6.

Возникающее в каналах 8 избыточное давление создает осевое усилие на торцевые поверхности вставок 13, заставляя их перемещаться по направлению к пятам 10, обеспечивая этим стабильное, среднее положение центрирующей обоймы 2.The excess pressure arising in the channels 8 creates an axial force on the end surfaces of the inserts 13, forcing them to move towards the heels 10, thereby ensuring a stable, average position of the centering cage 2.

В процессе работы центратора в составе КНБК продольные ребра 3 центрирующей обоймы 2 поочередно (вследствие возможности вращения обоймы) прижимаются к стенкам ствола скважины. Результатом контакта ребер обоймы со стволом скважины является поочередная циклическая изменяющаяся поперечная деформация продольных каналов 8 демпфирующей втулки, приводящая к возникновению дополнительных к гидравлическим осевых (выталкивающих) усилий, действующих на вставки 13, прижимающие последние к пятам 10 верхней и нижней осевых опор, обеспечивая тем самым работу каналов 8 всей конструкции в целом в режиме упруго-жидкостных радиально-аксиальных амортизаторов двухстороннего действия, как следствие позволяя более эффективно демпфировать колебания, передающиеся от долота на корпус центратора, жестко связанного с другими элементами КНБК.During the operation of the centralizer as part of the BHA, the longitudinal ribs 3 of the centering cage 2 are alternately (due to the possibility of rotation of the cage) pressed against the walls of the wellbore. The result of the contact of the ribs of the ferrule with the wellbore is an alternating cyclic transverse deformation of the longitudinal channels 8 of the damping sleeve, which leads to the appearance of additional axial (pushing) forces acting on the inserts 13, which press the latter to the heels 10 of the upper and lower axial bearings, thereby providing the operation of channels 8 of the entire structure as a whole in the regime of elastic-fluid radial-axial shock absorbers of double-acting action, as a result of which allowing more efficient dump to form the vibrations transmitted from the bit to the centralizer body, rigidly connected with other BHA elements.

Кроме этого в случае возникновения перекоса оси центрирующей обоймы 2 относительно оси корпуса 1 центратора, возникающая добавочная поперечная деформация участков 12 каналов 8, находящихся в плоскости перекоса осей, способствует созданию добавочного «реактивного» момента пары сил, действующего на упирающиеся в пяты 10 вставок 13. Возникающий «реактивный» момент пары сил устраняет перекос центрирующей обоймы (способствует «самоустановке») и, как следствие, бочкообразный износ, увеличивая долговечность работы предлагаемого устройства.In addition, in the event of a skew axis of the centering cage 2 relative to the axis of the centralizer body 1, the resulting additional transverse deformation of the sections 12 of the channels 8 located in the axis skew plane, contributes to the creation of an additional "reactive" moment of the pair of forces acting on the inserts 13 resting against the heels 10. The resulting "reactive" moment of a pair of forces eliminates the skew of the centering cage (contributes to "self-installation") and, as a result, barrel-shaped wear, increasing the durability of the proposed device.

Claims

A drill tool centralizer, comprising a housing with an axial channel and radial holes, a centering sleeve concentrically mounted on it with a possibility of rotation, provided with longitudinal ribs on the outer and damping clips on the inner surfaces and axial supports in the form of a heel and a thrust bearing, characterized in that the damping clip is provided radial locks located at the level of the radial openings of the housing, and a circular array of longitudinal through channels, the internal cavities of which through locks and radial openings of the casing are hydraulically connected with the axial channel of the casing and are made in the form of annular segments that are multidirectionally expanding to the ends of the centering sleeve, and the thrust bearings are installed in the axial channels of the damping cage with a margin of axial travel and are made in the form of elastic hollow openings towards the annular segments of the inserts, the lateral surfaces of which are made with angles greater than the angle of jamming each, sealing longitudinal through channels at the end sections.