RU2788368C1 - Centralizer-stabilizer of the drill string with extendable rollers - Google Patents

Centralizer-stabilizer of the drill string with extendable rollers Download PDF

Info

Publication number
RU2788368C1
RU2788368C1 RU2022115372A RU2022115372A RU2788368C1 RU 2788368 C1 RU2788368 C1 RU 2788368C1 RU 2022115372 A RU2022115372 A RU 2022115372A RU 2022115372 A RU2022115372 A RU 2022115372A RU 2788368 C1 RU2788368 C1 RU 2788368C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
axis
rollers
grooves
roller
hollow rod
Prior art date
Application number
RU2022115372A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Газимович Гирфатов
Original Assignee
Андрей Газимович Гирфатов
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Газимович Гирфатов filed Critical Андрей Газимович Гирфатов
Application granted granted Critical
Publication of RU2788368C1 publication Critical patent/RU2788368C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining industry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of construction of oil and gas wells, namely to devices that provide centering and stabilization of the layout of the drill string in the wellbore. The downhole roller centralizer comprises a cylindrical housing with at least three longitudinal grooves equidistant from each other along its surface. In each groove on the axis parallel to the axis of the device, there is an extendable roller having a hinged connection with movable elements. The housings of the sliding rollers are made with the possibility of rotation relative to the axis. A through groove is made on each end side of the longitudinal groove. There are two hollow rods in the housing, when the rollers are extended, moving progressively towards each other. Each of the rods is spring-loaded with a return spring. On each hollow rod, cam pushers are fixed according to the number of rollers with eyelets and a piston with the possibility of translational movement of the hollow rod with a piston relative to the device housing in its through bore. One hollow rod hydraulically isolates through grooves made on one end side of the longitudinal grooves, and the other hollow rod hydraulically isolates through grooves made on the other end side of the longitudinal grooves. In each of the through grooves there is a double–arm lever mounted on the axis of rotation by means of a finger fixed in a transverse hole made in the device housing, and pivotally connected on one side to the eyelet of the cam pusher, and on the other side to the axis of the extendable roller by means of pins. The through grooves on the outside are closed with protective covers, and the extendable roller housings are rotatable relative to the axis by means of rolling bearings.
EFFECT: increase in the reliability of the device in the process of extending and returning the rollers to their original position by eliminating the impact of the external environment on the elements of the device involved in this process and reducing the number of moving links.
2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно, к устройствам, обеспечивающим центрирование и стабилизацию компоновки бурильной колонны (КНБК) в стволе скважины. The invention relates to the field of construction of oil and gas wells, namely, to devices for centering and stabilizing the assembly of the drill string (BHA) in the wellbore.

Известен расширитель наддолотный шарошечный (патент RU2105122, МПК Е21В10/30, опубл. 20.02.1998 г.), содержащий корпус, имеющий шарошки, расположенные в соответствующих пазах, образованных продольными к корпусу стенками. Устройство содержит пары блоков, средства фиксирования блоков на концах упомянутых пазов, соответствующие шпиндели, установленные между блоками каждой пары на упомянутых блоках, опорные поверхности между шпинделем и блоками, стенки, образующие цилиндрический канал, аксиально расположенный в каждом упомянутом шпинделе, дополнительные стенки, образующие отверстие, расположенное между цилиндрическим каналом и внешней поверхностью шпинделя, поршень, установленный с возможностью перемещения в упомянутом канале между внешним концом упомянутого канала и упомянутым отверстием, и две пары уплотнений, по одной паре на каждом конце шпинделя, при этом упомянутая шарошка установлена с возможностью вращения на внешней поверхности шпинделя и с возможностью передачи давления от внешнего конца поршня на смазку при ее нахождении в упомянутом канале и с возможностью привода в движение потока смазки через упомянутое отверстие к упомянутой опорной поверхности, причем одно уплотнение каждой пары установлено между шарошкой и опорными поверхностями шпинделя с подаваемой смазкой с возможностью препятствия утечки смазки, а другое уплотнение каждой пары установлено между шпинделем, блоком и шарошкой с возможностью препятствия проникновению абразивного материала к опорным поверхностям.Known reamer bit cone (patent RU2105122, IPC E21B10/30, publ. 20.02.1998), containing a body having cones located in the corresponding grooves formed by walls longitudinal to the body. The device contains pairs of blocks, means for fixing blocks at the ends of said grooves, corresponding spindles installed between the blocks of each pair on said blocks, bearing surfaces between the spindle and blocks, walls forming a cylindrical channel axially located in each said spindle, additional walls forming a hole , located between the cylindrical channel and the outer surface of the spindle, a piston mounted for movement in the said channel between the outer end of the said channel and the said hole, and two pairs of seals, one pair at each end of the spindle, while the mentioned cone is mounted with the possibility of rotation on the outer surface of the spindle and with the possibility of transferring pressure from the outer end of the piston to the lubricant when it is in the said channel and with the possibility of driving the lubricant flow through the said hole to the said bearing surface, with one seal of each pair installed between the cutter and bearing surfaces of the spindle with supplied lubricant to prevent leakage of lubricant, and the other seal of each pair is installed between the spindle, block and cutter to prevent the penetration of abrasive material to the bearing surfaces.

Недостатком аналога являются низкие функциональные возможности вследствие невозможности изменения диаметра устройства по шарошкам (роликам), которые жестко закреплены в корпусе устройства. Это создает определенные сложности при спуске инструмента в скважину. Так, например, при прохождении суженного участка ствола скважины (диаметр ствола меньше номинального диаметра долота) возникают посадки (затяжки) бурильного инструмента вследствие касания шарошек стенок скважины, что требует проработки ствола. На расширенных участках ствола, где диаметр ствола скважины превышает номинальный диаметр долота, шарошки (ролики) не касаются стенок скважины, поэтому эффективность работы шарошек с точки зрения центрирования бурильной колонны и расширения ствола существенно снижается.The disadvantage of analogue is the low functionality due to the impossibility of changing the diameter of the device on the cutters (rollers), which are rigidly fixed in the device. This creates certain difficulties when lowering the tool into the well. So, for example, when passing through a narrowed section of the wellbore (the diameter of the wellbore is less than the nominal diameter of the bit), landings (puffs) of the drilling tool occur due to the contact of the cones with the borehole walls, which requires working through the wellbore. In expanded sections of the wellbore, where the diameter of the wellbore exceeds the nominal diameter of the bit, the cutters (rollers) do not touch the walls of the well, so the efficiency of the cutters in terms of centering the drill string and widening the wellbore is significantly reduced.

Известно скважинное устройство с выдвижными роликовыми опорами (патент RU2543010, МПК Е21В 10/34, опубл. 27.09.2013г.), предназначенное для включения в состав бурильной колонны и содержащее корпус с продольной осью, по меньшей мере, один поршень, установленный в корпусе и перемещающийся радиально относительно продольной оси между положением, в котором поршень отведен внутрь, и альтернативным положением, в котором поршень выдвинут наружу под действием давления текучей среды в корпусе на поверхность, по меньшей мере, одного поршня, расположенного внутри корпуса. По меньшей мере, один ролик, установленный с возможностью вращения на поршне или каждом из поршней и способный перекатываться по стенке ствола скважины при выдвижении наружу, по меньшей мере, одного поршня в его активированном положении для обеспечения стабилизации бурильной колонны, в которую включено указанное скважинное устройство, и уменьшения вибрации и крутящего момента в ней, причем устройство имеет отверстие, проходящее через, по меньшей мере, один поршень и имеющее ось, перпендикулярную радиусу корпуса, и, по меньшей мере, один фиксирующий элемент, съемно установленный в корпусе и выступающий в соответствующее отверстие, как в отведенном положении поршня, так и выдвинутом наружу активированном положении поршня для предотвращения удаления соответствующего поршня из корпуса и противодействия вращению поршня относительно корпуса. A downhole device with retractable roller bearings is known (patent RU2543010, IPC E21B 10/34, publ. 09/27/2013), intended for inclusion in the drill string and containing a housing with a longitudinal axis, at least one piston installed in the housing and moving radially relative to the longitudinal axis between a position in which the piston is retracted inward and an alternative position in which the piston is extended outward under the action of fluid pressure in the housing against the surface of at least one piston located inside the housing. At least one roller rotatably mounted on the piston or each of the pistons and capable of rolling along the wall of the wellbore when at least one piston is extended outward in its activated position to ensure stabilization of the drill string in which the specified downhole device is included , and reducing vibration and torque in it, and the device has a hole passing through at least one piston and having an axis perpendicular to the radius of the body, and at least one locking element, removable mounted in the body and protruding into the corresponding an opening, both in the retracted position of the piston and in the outwardly extended activated position of the piston, to prevent removal of the corresponding piston from the housing and counteract rotation of the piston relative to the housing.

Недостатком аналога является отсутствие принудительного механизма возврата роликов в исходное положение – возврат роликов осуществляется пассивно, путем выключения подачи буровых насосов (прекращение промывки), при котором возникает перепад гидравлического давления между затрубным и внутритрубным пространством, образующий динамическое давление для возврата поршней и роликов. Однако этого усилия может не хватить из-за абразивной скважинной среды (песок, выбуренный шлам), которая, забиваясь в зазоры между поршнем и корпусом устройства, создает дополнительное трение между ними, что требует создания большего усилия. Кроме того, недостатком аналога является сложность конструкции, соответственно, низкая надежность. The disadvantage of the analogue is the absence of a forced mechanism for returning the rollers to their original position - the return of the rollers is carried out passively, by turning off the supply of the drilling pumps (stopping flushing), which causes a hydraulic pressure difference between the annular and tubular space, which forms a dynamic pressure to return the pistons and rollers. However, this effort may not be enough due to the abrasive downhole environment (sand, drill cuttings), which, clogging into the gaps between the piston and the device body, creates additional friction between them, which requires more effort. In addition, the disadvantage of analog is the complexity of the design, respectively, low reliability.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является роликовый центратор, применяемый при бурении скважин (патент US4693328, МПК E21B10/34, опубл. 15.09.1987 г.), который имеет возможность расширения из положения с убранными роликами в положение с роликами, выдвинутыми на больший диаметр, для сохранения концентричности в отверстии с недостаточной шириной. На корпусе над каждым роликом закреплена диагональная кулачковая поверхность (толкатель). Под каждым роликом установлена на поршне диагональная кулачковая поверхность с возможностью осевого перемещения. Приложение гидравлического давления к поршню приводит к выдавливанию роликов наружу в их выдвинутое положение. После того, как ролики полностью выдвинуты, нижняя кулачковая поверхность может перемещаться дальше, так что выступающие в осевом направлении поверхности над и под каждым роликом предотвращают сдавливание роликов в направлении убранного положения. Звенья шарнирно соединяют между собой держатель для такого ролика, корпус и нижнюю кулачковую поверхность соответственно для удержания роликов. Такое звено имеет удлиненное отверстие, так что держатель может перемещаться вдоль диагональных и проходящих в осевом направлении поверхностей вместо того, чтобы ограничиваться круговой траекторией. The closest technical solution to the claimed is a roller centralizer used in well drilling (patent US4693328, IPC E21B10 / 34, publ. 09/15/1987), which has the ability to expand from a position with retracted rollers to a position with rollers extended to a larger diameter , to maintain concentricity in a hole with insufficient width. A diagonal cam surface (pusher) is fixed on the body above each roller. Under each roller, a diagonal cam surface is installed on the piston with the possibility of axial movement. Applying hydraulic pressure to the piston forces the rollers outward into their extended position. Once the rollers are fully extended, the lower cam surface can move further such that the axially raised surfaces above and below each roller prevent the rollers from being squeezed towards the retracted position. Links pivotally connect the holder for such a roller, the housing and the lower cam surface, respectively, to hold the rollers. Such a link has an elongated opening so that the holder can move along diagonal and axially extending surfaces instead of being limited to a circular path.

Недостатком прототипа является то, что узел выдвижения роликов содержит множество подвижных звеньев, шарнирно соединенных друг с другом, расположенных в открытой скважинной среде, не защищенной от воздействия бурового раствора и стенок скважины, содержащих фракции выбуренного шлама с песком. Забиваясь в сопряженные поверхности исполнительных элементов, они препятствуют возврату роликов в исходное положение. В результате номинальный диаметр устройства увеличивается и создает определенные сложности при извлечении компоновки бурильной колонны из скважины, в частности, при прохождении через башмак обсадной колонны, имеющий меньший размер проходного отверстия, чем устройство. The disadvantage of the prototype is that the roller extension assembly contains a plurality of movable links pivotally connected to each other, located in an open well environment that is not protected from the effects of drilling mud and well walls containing fractions of drill cuttings with sand. Clogging into the mating surfaces of the actuating elements, they prevent the return of the rollers to their original position. As a result, the nominal diameter of the device increases and creates certain difficulties when extracting the assembly of the drill string from the well, in particular, when passing through the casing shoe, which has a smaller bore than the device.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является улучшение центрирования и стабилизации компоновки бурильной колонны (КНБК) в стволе скважины за счет повышения надежности работы устройства. The technical problem solved by the invention is to improve the centering and stabilization of the drill string assembly (BHA) in the wellbore by increasing the reliability of the device.

Технический результат – повышение надежности работы устройства в процессе выдвижения и возврата роликов в исходное положение путем исключения воздействия внешней среды на участвующие в указанном процессе элементы устройства и уменьшения количества подвижных звеньев. EFFECT: increased reliability of the device operation in the process of extending and returning the rollers to their original position by eliminating the influence of the external environment on the elements of the device involved in this process and reducing the number of moving links.

Проблема решается, а технический результат достигается скважинным роликовым центратором, содержащим цилиндрический корпус с, по меньшей мере, тремя продольными пазами, равноотстоящими друг от друга по его поверхности, в каждом пазу на оси, параллельной оси устройства, расположен выдвижной ролик, имеющий шарнирное соединение с подвижными элементами, причем корпуса выдвижных роликов выполнены с возможностью вращения относительно оси. В отличие от прототипа с каждой торцевой стороны продольного паза выполнен сквозной паз, а в корпусе расположены два полых штока, при выдвижении роликов, движущихся поступательно навстречу друг другу, каждый из штоков подпружинен возвратной пружиной, при этом на каждом полом штоке закреплены кулачковые толкатели по числу роликов с проушинами и поршень с возможностью поступательного движения полого штока с поршнем относительно корпуса устройства в его центральном проходном отверстии, при этом один полый шток гидравлически изолирует сквозные пазы, выполненные на одной торцевой стороне продольных пазов, а другой полый шток гидравлически изолирует сквозные пазы, выполненные на другой торцевой стороне продольных пазов, причем в каждом из сквозных пазов размещен двуплечий рычаг, установленный на оси вращения посредством пальца, закрепленного в поперечном отверстии, выполненном в корпусе устройства, и шарнирно соединенный с одной стороны с проушиной кулачкового толкателя, а с другой стороны - с осью выдвижного ролика посредством штифтов, кроме того, сквозные пазы с внешней стороны закрыты защитными кожухами, а корпуса выдвижных роликов выполнены с возможностью вращения относительно оси посредством подшипников качения. The problem is solved, and the technical result is achieved by a downhole roller centralizer containing a cylindrical body with at least three longitudinal grooves equally spaced from each other along its surface, in each groove on an axis parallel to the axis of the device, there is a retractable roller having a hinged connection with movable elements, and the retractable roller housings are rotatable about the axis. In contrast to the prototype , a through groove is made on each end side of the longitudinal groove, and two hollow rods are located in the body, when the rollers moving progressively towards each other are extended, each of the rods is spring-loaded with a return spring, while cam followers are fixed on each hollow rod according to the number lugged rollers and a piston with the possibility of translational movement of the hollow rod with the piston relative to the device body in its central through hole, while one hollow rod hydraulically isolates the through grooves made on one end side of the longitudinal grooves, and the other hollow rod hydraulically isolates the through grooves made on the other end side of the longitudinal grooves, and in each of the through grooves there is a two-arm lever mounted on the axis of rotation by means of a pin fixed in a transverse hole made in the device body and pivotally connected on one side to the eye of the cam follower, and on the other side - with the axis of the retractable roller by means of pins, in addition, the through grooves on the outside are closed with protective covers, and the housings of the retractable rollers are made rotatable about the axis by means of rolling bearings.

Согласно изобретению наружная поверхность каждого ролика армирована твердым сплавом. According to the invention, the outer surface of each roller is reinforced with hard alloy.

Технический результат достигается тем, что для выдвижения и возврата роликов в исходное положение использовано одно подвижное звено для каждой стороны ролика - двуплечий рычаг, имеющий шарнирное соединение с проушиной толкателя со стороны поршня и шарнирное соединение с осью выдвижного ролика с другой стороны, а не два подвижных промежуточных звена, как в прототипе. Это существенно упрощает конструкцию узлов выдвижения роликов и повышает надежность работы устройства. The technical result is achieved by the fact that for the extension and return of the rollers to their original position, one movable link is used for each side of the roller - a two-arm lever having a swivel with the pusher eye on the piston side and a swivel with the axis of the retractable roller on the other side, and not two movable intermediate links, as in the prototype. This greatly simplifies the design of the roller extension units and increases the reliability of the device.

В целях защиты от воздействия внешней среды в открытом стволе скважины (уступы в стволе, выбуренный шлам, песок, проникающий в сопряженные трущиеся поверхности элементов, что приводит к заклинке) исполнительные элементы, участвующие в выдвижении роликов, размещены во внутренней полости корпуса устройства – в сквозных пазах, закрытых сверху защитными кожухами. В прототипе аналогичные исполнительные элементы (кулачковые толкатели, подвижные звенья) выполнены в открытом исполнении с наружной поверхностью корпуса устройства и не защищены от воздействия внешней среды. In order to protect against the effects of the external environment in an open wellbore (ledges in the wellbore, drilled cuttings, sand penetrating into the mating friction surfaces of the elements, which leads to a jam), the actuating elements involved in the extension of the rollers are located in the internal cavity of the device body - in through grooves, closed from above by protective covers. In the prototype, similar actuating elements (cam followers, moving links) are made in an open design with the outer surface of the device housing and are not protected from the external environment.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показано:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show:

Фиг. 1 – продольный разрез устройства в транспортном положении (ролики втянуты в пазы корпуса);Fig. 1 – longitudinal section of the device in the transport position (the rollers are retracted into the grooves of the body);

Фиг. 2 – поперечный разрез устройства в транспортном положении в сечении А-А;Fig. 2 - cross section of the device in the transport position in section A-A;

Фиг. 3 – поперечный разрез устройства в транспортном положении в сечении Б-Б; Fig. 3 - cross section of the device in the transport position in the section B-B;

Фиг. 4 - продольный разрез устройства в рабочем положении (ролики радиально выдвинуты); Fig. 4 - longitudinal section of the device in the working position (rollers are radially extended);

Фиг. 5 – поперечный разрез устройства в рабочем положении в сечении В-В; Fig. 5 - cross section of the device in the working position in the section В-В;

Фиг. 6 – поперечный разрез устройства в рабочем положении в сечении Г-Г;Fig. 6 - cross section of the device in the working position in the section Г-Г;

Фиг. 7 – продольный разрез ролика;Fig. 7 - longitudinal section of the roller;

Фиг. 8 - общий вид ролика; Fig. 8 - general view of the roller;

Фиг. 9 - общий вид двуплечего рычага.Fig. 9 - General view of the two-arm lever.

На фигурах показано:The figures show:

1 – корпус устройства;1 – device case;

2 – продольный паз корпуса;2 - longitudinal groove of the body;

3 – ось ролика;3 – roller axis;

4 – корпус ролика;4 – roller body;

5 – армированная поверхность корпуса ролика;5 - reinforced surface of the roller body;

6 – полый шток;6 - hollow rod;

7 – поршень;7 - piston;

8 - возвратная пружина;8 - return spring;

9 – упорное кольцо;9 - thrust ring;

10 – фиксирующий винт;10 - fixing screw;

11 – кулачковый толкатель;11 - cam follower;

12 – проушина кулачкового толкателя;12 - cam follower eye;

13 – двуплечий рычаг;13 - two-arm lever;

14 – палец неподвижной оси двуплечего рычага;14 - a finger of a fixed axis of a two-arm lever;

15 – сквозной паз корпуса; 15 - through groove of the body;

16 – центральное проходное отверстие устройства;16 - central through hole of the device;

17 – защитный кожух;17 - protective cover;

18 – выходное отверстие гидрокамеры; 18 – hydrochamber outlet;

19 – упорный подшипник ролика:19 - roller thrust bearing:

20 – уплотнительный узел ролика.20 - roller sealing unit.

Заявляемое устройство содержит корпус 1 с, по меньшей мере, тремя равноотстоящими друг от друга продольно выполненными пазами 2, в которых шарнирно на осях 3 (параллельных оси устройства) установлены ролики 4 с армированной наружной поверхностью 5, вращающиеся на упорных подшипниках качения 19. Выдвижной ролик 4 имеет уплотнительный узел 20 (в узел 20 входит уплотнительная втулка и уплотнительное кольцо, не показано на рисунках). The inventive device comprises a housing 1 with at least three longitudinally spaced grooves 2 equally spaced from each other, in which rollers 4 with a reinforced outer surface 5 are pivotally mounted on axes 3 (parallel to the axis of the device), rotating on thrust rolling bearings 19. Retractable roller 4 has a sealing assembly 20 (assembly 20 includes a sealing sleeve and an o-ring, not shown in the figures).

По концам продольных пазов 2 в корпусе 1 устройства выполнены сквозные пазы 15 (сквозной паз с каждой торцевой стороны продольного паза). В корпусе установлены два полых штока 6 (подпружиненных пружинами 8), при выдвижении роликов, движущихся поступательно навстречу друг другу, при этом на каждом полом штоке закреплены кулачковые толкатели 11 по числу роликов с проушинами и поршень 7 с возможностью поступательного движения полого штока 6 с поршнем 7 относительно корпуса 1 устройства в его центральном проходном отверстии, при этом один полый шток 6 гидравлически изолирует сквозные пазы 15, выполненные на одной торцевой стороне продольных пазов 2, а другой полый шток 6 гидравлически изолирует сквозные пазы 15, выполненные на другой торцевой стороне продольных пазов 2. Сквозные пазы закрыты с внешней стороны защитными кожухами 17 (для каждого сквозного паза свой защитный кожух), крепящимися на винтах. Кожухи 17 могут быть выполнены, например, из стальной пластины. At the ends of the longitudinal grooves 2 in the body 1 of the device, through grooves 15 are made (a through groove on each end side of the longitudinal groove). Two hollow rods 6 (spring-loaded by springs 8) are installed in the housing, with the extension of the rollers moving progressively towards each other, while on each hollow rod cam followers 11 are fixed according to the number of rollers with lugs and a piston 7 with the possibility of translational movement of the hollow rod 6 with the piston 7 relative to the body 1 of the device in its central through hole, while one hollow rod 6 hydraulically isolates the through grooves 15 made on one end side of the longitudinal grooves 2, and the other hollow rod 6 hydraulically isolates the through grooves 15 made on the other end side of the longitudinal grooves 2. The through grooves are closed from the outside with protective covers 17 (each through groove has its own protective cover), fastened with screws. The casings 17 may be made of steel plate, for example.

Перемещение возвратной пружины 8 ограничено упорным кольцом 9, зафиксированным относительно корпуса 1 винтом 10. Толкатель 11 посредством проушины 12 и штифтов (на фиг. не показано) имеет шарнирное соединение с двуплечим рычагом 13, который в свою очередь, также посредством имеющихся отверстий и штифтов (на фиг. не показано) имеет шарнирное соединение с осью 3 ролика 4 с другой стороны. Каждый двуплечий рычаг 13 размещен в сквозном пазу 15 и подвижно закреплен на корпусе 1 устройства на неподвижной оси, образованной посредством установки пальца 14 в отверстие самого двуплечего рычага и в соответствующее расположению пальца отверстие в корпусе устройства (выполненное поперек продольной оси корпуса). На каждый ролик приходится два рычага, которые шарнирно соединены с осью ролика с обеих его сторон.The movement of the return spring 8 is limited by the thrust ring 9, fixed relative to the housing 1 by the screw 10. The pusher 11, by means of the eye 12 and pins (not shown in Fig.), has a hinged connection with the two-arm lever 13, which, in turn, also through the existing holes and pins ( in Fig. not shown) is articulated with the axis 3 of the roller 4 on the other side. Each two-arm lever 13 is placed in a through groove 15 and is movably fixed on the device body 1 on a fixed axis formed by inserting a pin 14 into the opening of the two-arm lever itself and into a hole corresponding to the location of the finger in the device body (made across the longitudinal axis of the body). Each roller has two levers, which are pivotally connected to the roller axis on both sides.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

В состав бурильной колонны включают заявляемое устройство таким образом, чтобы устройство (одно или несколько) находилось в наклонной части ствола скважины. Это необходимо для центрирования бурильной колонны относительно оси скважины и создания благоприятных условий эксплуатации бурового оборудования. В процессе спуска бурильной колонны, в заданном интервале наклонного ствола устанавливают центратор-стабилизатор (один или несколько), количество которых определяется расчетным путем с применением специализированных программ для инженерных расчетов в бурении (например, «Бурсофтпроект»). Устройство не требует предварительной подготовки перед спуском в скважину. В транспортном положении (фиг. 1) выдвижные ролики 4 втянуты в продольные пазы 2 корпуса 1, при этом диаметр окружности в поперечном сечении устройства по роликам 4 не превышает номинальный диаметр долота, и не препятствует спуску и свободному прохождению устройства в скважине. В рабочем положении ролики выдвинуты в радиальном направлении до достижения диаметра окружности, соответствующей диаметру долота, и касания ими стенки скважины (фиг. 4). The proposed device is included in the drill string so that the device (one or more) is located in the inclined part of the wellbore. This is necessary to center the drill string relative to the axis of the well and create favorable operating conditions for drilling equipment. During the descent of the drill string, in a given interval of the inclined shaft, a centralizer-stabilizer (one or more) is installed, the number of which is determined by calculation using specialized programs for engineering calculations in drilling (for example, Bursoftproekt). The device does not require preliminary preparation before lowering into the well. In the transport position (Fig. 1), the retractable rollers 4 are retracted into the longitudinal grooves 2 of the body 1, while the diameter of the circle in the cross section of the device along the rollers 4 does not exceed the nominal diameter of the bit, and does not prevent the descent and free passage of the device in the well. In the working position, the rollers are extended in the radial direction until reaching the diameter of the circle corresponding to the diameter of the bit and touching the borehole wall (Fig. 4).

Принцип работы роликового центратора - стабилизатора заключается в принудительном выдвижении роликов в радиальном направлении для центрирования бурильной колонны относительно оси скважины. Выдвижение роликов осуществляется гидравлически, путем создания избыточного внутритрубного давления и его поддержания в процессе роторного или турбинного бурения. При этом бурильная колонна, лежащая на нижней стенке ствола наклонной скважины, приподнимается, что создает благоприятные условия для очистки ствола от шлама и существенно снижает силы трения-сопротивления бурильной колонны о стенки скважины. Ролики, вращающиеся на подшипниках качения, дополнительно снижают величину крутящего момента, необходимого для вращения всей бурильной колонны.The principle of operation of the roller centralizer - stabilizer consists in the forced extension of the rollers in the radial direction to center the drill string relative to the axis of the well. The extension of the rollers is carried out hydraulically, by creating excess in-line pressure and maintaining it in the process of rotary or turbine drilling. In this case, the drill string lying on the lower wall of the inclined wellbore rises, which creates favorable conditions for cleaning the wellbore from cuttings and significantly reduces the friction-resistance forces of the drill string against the borehole walls. Rollers running on rolling bearings further reduce the amount of torque required to rotate the entire drill string.

После спуска бурильного инструмента до заданной глубины включают буровой насос и подают промывочную жидкость внутрь бурильных труб с производительностью, достаточной для создания внутритрубного избыточного давления. При этом гидравлическое давление воздействует на поршни 7, закрепленные на полых штоках 6, и совместно с кулачковыми толкателями 11 штоки перемещаются навстречу друг другу. При этом проушина 12, имеющая шарнирное соединение с двуплечим рычагом 13, оказывает на него динамическое давление, что приводит к угловому повороту двуплечего рычага 13 относительно его неподвижной оси, образованной посредством пальца 14. Двуплечий рычаг в свою очередь, посредством имеющегося шарнирного соединения с осью 3 ролика 4, оказывает на ролик 4 динамическое давление, и ролик перемещается в радиальном направлении (выдвигается) из паза 2 корпуса 1 устройства на определенную, ограниченную выступом корпуса 1 длину. В процессе продольного перемещения полых штоков 6 поршни 7 передают динамическое давление на возвратные пружины 8 и сжимают их. Величина динамического давления на пружину 8 определяется площадью поперечного сечения поршня 7 и величиной избыточного внутритрубного давления. Расчетные данные показывают, что при величине внутритрубного избыточного давления в диапазоне ΔР=30…60кгс/см2 усилие выдвижения роликов составляет 945…1578 кгс, что обеспечивает отрыв и приподъем бурильной колонны от нижней стенки ствола наклонной скважины. В процессе бурения выдвижные ролики 4 за счет касания стенок скважин наружной поверхностью 5 вращаются относительно собственной оси 3 на подшипниках качения 19, центрируют бурильную колонну и способствуют ее «скольжению» при подаче бурильного инструмента. Частота вращения роликов превышает частоту вращения бурильной колонны примерно в 5 раз и способствует более качественной очистке ствола от выбуренного шлама и удалению «шламовых подушки». After lowering the drilling tool to a predetermined depth, the mud pump is switched on and flushing fluid is supplied inside the drill pipes with a capacity sufficient to create in-line overpressure. In this case, the hydraulic pressure acts on the pistons 7 fixed on the hollow rods 6, and together with the cam followers 11 the rods move towards each other. In this case, the lug 12, which has a hinged connection with the two-arm lever 13, exerts dynamic pressure on it, which leads to the angular rotation of the two-arm lever 13 relative to its fixed axis formed by the pin 14. The two-arm lever, in turn, through the existing articulated connection with the axis 3 roller 4, exerts dynamic pressure on the roller 4, and the roller moves in the radial direction (extends) from the groove 2 of the body 1 of the device to a certain length limited by the protrusion of the body 1. In the process of longitudinal movement of the hollow rods 6, the pistons 7 transmit dynamic pressure to the return springs 8 and compress them. The magnitude of the dynamic pressure on the spring 8 is determined by the cross-sectional area of the piston 7 and the magnitude of the excess inline pressure. Calculated data show that at the value of in-pipe overpressure in the range ΔР=30…60 kgf/cm2, the pull-out force of the rollers is 945…1578 kgf, which ensures separation and lifting of the drill string from the bottom wall of the inclined wellbore. During drilling, retractable rollers 4, by touching the walls of the wells with the outer surface 5, rotate relative to their own axis 3 on rolling bearings 19, center the drill string and contribute to its “sliding” when the drilling tool is fed. The speed of rotation of the rollers exceeds the rotation frequency of the drill string by about 5 times and contributes to a better cleaning of the hole from drilled cuttings and the removal of "sludge pads".

По окончании бурения прекращают подачу промывочной жидкости (выключают буровой насос). Вследствие снижения величины избыточного давления возвратные пружины 8 разжимаются и возвращают полые штоки 6 совместно с закрепленными на них поршнями 7 и кулачковыми толкателями 11 в исходное положение. Это происходит принудительно, под воздействием динамического давления со стороны сжатых пружин 8 (за счет кинетической энергии сжатой пружины). Соответственно, ролики также возвращаются в исходное положение.At the end of drilling, the supply of flushing fluid is stopped (the mud pump is turned off). Due to the decrease in the amount of excess pressure, the return springs 8 open and return the hollow rods 6 together with the pistons 7 fixed to them and the cam followers 11 to their original position. This happens forcibly, under the influence of dynamic pressure from the compressed springs 8 (due to the kinetic energy of the compressed spring). Accordingly, the rollers also return to their original position.

Достигается повышение надежности работы при выдвижении и возврате роликов в исходное положение путем исключения воздействия внешней среды на исполнительные элементы и уменьшения количества подвижных звеньев. Кроме того, в заявляемом устройстве кольцевая полость гидрокамеры образована между внутренней стенкой корпуса и полыми штоками, установленными внутри корпуса (в прототипе кольцевая полость образована между корпусом устройства и кольцевым цилиндром, установленным и закрепленным на корпусе устройства посредством «множества болтов», что усложняет конструкцию). EFFECT: increased reliability of operation when extending and returning the rollers to their original position by eliminating the impact of the external environment on the actuating elements and reducing the number of moving links. In addition, in the claimed device, the annular cavity of the hydrochamber is formed between the inner wall of the housing and the hollow rods installed inside the housing (in the prototype, the annular cavity is formed between the device housing and the annular cylinder installed and fixed on the device housing by means of a "many bolts", which complicates the design) .

Заявляемое устройство повышает эффективность процесса бурения скважин, в том числе за счет:The claimed device improves the efficiency of the drilling process, including due to:

- снижения крутящего момента для вращения бурильной колонны с КНБК и динамических нагрузок (продольные и поперечные колебания, вибрация) при работе бурового инструмента;- reduction of torque for rotation of the drill string with the BHA and dynamic loads (longitudinal and transverse vibrations, vibration) during the operation of the drilling tool;

- улучшения очистки ствола наклонной скважины от шлама путем центрирования бурильной колонны относительно оси скважины;- improving the cleaning of an inclined wellbore from cuttings by centering the drill string relative to the axis of the well;

- увеличения глубины бурения скважины и достижения максимального отклонения забоя за счет снижения сил трения-сопротивления, препятствующих перемещению бурильной колонны в скважине;- increasing the depth of drilling of the well and achieving the maximum deviation of the bottomhole by reducing the friction-resistance forces that prevent the movement of the drill string in the well;

- повышения ресурса работы бурильной колонны и бурового оборудования путем создания благоприятных условий их эксплуатации. - increasing the service life of the drill string and drilling equipment by creating favorable conditions for their operation.

Claims (2)

1. Скважинный роликовый центратор, содержащий цилиндрический корпус с, по меньшей мере, тремя продольными пазами, равноотстоящими друг от друга по его поверхности, в каждом пазу на оси, параллельной оси устройства, расположен выдвижной ролик, имеющий шарнирное соединение с подвижными элементами, причем корпуса выдвижных роликов выполнены с возможностью вращения относительно оси, отличающийся тем, что с каждой торцевой стороны продольного паза выполнен сквозной паз, а в корпусе расположены два полых штока, при выдвижении роликов движущихся поступательно навстречу друг другу, каждый из штоков подпружинен возвратной пружиной, при этом на каждом полом штоке закреплены кулачковые толкатели по числу роликов с проушинами и поршень с возможностью поступательного движения полого штока с поршнем относительно корпуса устройства в его центральном проходном отверстии, при этом один полый шток гидравлически изолирует сквозные пазы, выполненные на одной торцевой стороне продольных пазов, а другой полый шток гидравлически изолирует сквозные пазы, выполненные на другой торцевой стороне продольных пазов, причем в каждом из сквозных пазов размещен двуплечий рычаг, установленный на оси вращения посредством пальца, закрепленного в поперечном отверстии, выполненном в корпусе устройства, и шарнирно соединенный с одной стороны с проушиной кулачкового толкателя, а с другой стороны – с осью выдвижного ролика посредством штифтов, кроме того, сквозные пазы с внешней стороны закрыты защитными кожухами, а корпуса выдвижных роликов выполнены с возможностью вращения относительно оси посредством подшипников качения.1. A downhole roller centralizer containing a cylindrical body with at least three longitudinal grooves equally spaced from each other along its surface, in each groove on an axis parallel to the axis of the device, there is a retractable roller having a swivel connection with movable elements, and the body retractable rollers are made with the possibility of rotation about the axis, characterized in that a through groove is made on each end side of the longitudinal groove, and two hollow rods are located in the body, when the rollers are extended, moving translationally towards each other, each of the rods is spring-loaded by a return spring, while on each hollow rod is fixed with cam followers according to the number of rollers with lugs and a piston with the possibility of translational movement of the hollow rod with the piston relative to the device body in its central through hole, while one hollow rod hydraulically isolates the through grooves made on one end side of the longitudinal grooves, and the other P a bare rod hydraulically isolates through slots made on the other end side of the longitudinal slots, and in each of the through slots there is a two-arm lever mounted on the axis of rotation by means of a pin fixed in a transverse hole made in the device body and pivotally connected on one side with an eye cam follower, and on the other hand - with the axis of the retractable roller by means of pins, in addition, the through grooves on the outside are closed with protective covers, and the housings of the retractable rollers are made rotatable about the axis by means of rolling bearings. 2. Скважинный роликовый центратор по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность каждого ролика армирована твердым сплавом.2. Downhole roller centralizer according to claim 1, characterized in that the outer surface of each roller is reinforced with hard alloy.
RU2022115372A 2022-06-07 Centralizer-stabilizer of the drill string with extendable rollers RU2788368C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2788368C1 true RU2788368C1 (en) 2023-01-18

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2126146A (en) * 1936-05-29 1938-08-09 Herman C Smith Underreamer
US2169502A (en) * 1938-02-28 1939-08-15 Grant John Well bore enlarging tool
US4693328A (en) * 1986-06-09 1987-09-15 Smith International, Inc. Expandable well drilling tool
RU2105122C1 (en) * 1993-11-10 1998-02-20 Гиехат Юнайтид ПиТиВай, еЛТиДи Above-bit roller-cutter underreamer
RU2445431C1 (en) * 2010-08-27 2012-03-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Well rounder
RU2543010C2 (en) * 2009-08-21 2015-02-27 Пол Бернард ЛИ Downhole device with pullout roller bearers
RU191488U1 (en) * 2019-05-28 2019-08-07 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") SWIVEL CALIBRATOR

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2126146A (en) * 1936-05-29 1938-08-09 Herman C Smith Underreamer
US2169502A (en) * 1938-02-28 1939-08-15 Grant John Well bore enlarging tool
US4693328A (en) * 1986-06-09 1987-09-15 Smith International, Inc. Expandable well drilling tool
RU2105122C1 (en) * 1993-11-10 1998-02-20 Гиехат Юнайтид ПиТиВай, еЛТиДи Above-bit roller-cutter underreamer
RU2543010C2 (en) * 2009-08-21 2015-02-27 Пол Бернард ЛИ Downhole device with pullout roller bearers
RU2445431C1 (en) * 2010-08-27 2012-03-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Well rounder
RU191488U1 (en) * 2019-05-28 2019-08-07 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "БУРИНТЕХ" (ООО НПП "БУРИНТЕХ") SWIVEL CALIBRATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8082988B2 (en) Apparatus and method for stabilization of downhole tools
US4427079A (en) Intermittently rotatable down hole drilling tool
CA2825027C (en) Oil-sealed mud motor bearing assembly with mud-lubricated off-bottom thrust bearing
NO20110424L (en) Apparatus and method for forming a side wellbore
US20160160578A1 (en) Downhole expandable drive reamer apparatus
CA2822415A1 (en) Mud-lubricated bearing assembly with mechanical seal
US4577704A (en) Bearing system for a downhole motor
US10907418B2 (en) Force self-balanced drill bit
RU2441130C2 (en) Hydraulic calibrator-centraliser
US20230279726A1 (en) Sealing system for downhole tool
US7308944B2 (en) Expander tool for use in a wellbore
US8459379B2 (en) Bearing contact pressure reduction in well tools
EP3698005B1 (en) Underreamer
RU2788368C1 (en) Centralizer-stabilizer of the drill string with extendable rollers
RU2105122C1 (en) Above-bit roller-cutter underreamer
US10718165B2 (en) Roller reamer integral pressure relief assembly
US10851592B2 (en) Movable cutters and devices including one or more seals for use on earth-boring tools in subterranean boreholes and related methods
WO2016069756A1 (en) Flow bypass compensator for sealed bearing drill bits
RU2538021C1 (en) Expander
RU2765640C1 (en) Pipe flaring device
EP0149290A2 (en) Intermittently rotating drilling tool
RU2526088C1 (en) Drill tool centraliser
US11021910B2 (en) Sealing assembly and related methods
CA1209569A (en) Intermittently rotatable down hole drilling tool, thrust bearing for use therein and method of assembly of such thrust bearing
RU2347058C1 (en) Drill bit bearing structure