КАЛИБРАТОР СПИРАЛЬНО-ЛОПАСТНОЙ

Предложение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, преимущественно к буровой технике для калибровки стенок ствола скважины и центрации компоновки низа бурильной колонны.
Известен калибратор (см. описание к а.с. №1808970, МПК Е21B 10/26, опубл. в Б.И. №14, 15.04.93 г.) содержащий корпус с центральным осевым каналом, и с присоединительными резьбами на концах многогранные лопасти армированные по всей рабочей поверхности вставками, расположенные в пазах корпуса, цапфы лопастей расположенные в выемках корпуса, выполненных четырехгранными. На корпус навинчены ограничительные переводники.
Недостатком известного калибратора является сложность конструкции, нетехнологичность в изготовлении, при этом армирование вставками по всей рабочей поверхности из-за большой силы трения отрицательно сказывается на эффективности работы долота.
Известен также калибратор (см. а.с. СССР №1002505, МПК Е21B 10/30, 1983 г.) с присоединительными резьбами на концах и центральным осевым каналом, а также с последовательно установленными на нем шайбами с калибрующими элементами, образующими спиралеобразные лопасти.
Недостатком этого калибратора также сложность конструкции и необходимость точного изготовления отдельных шайб, калибрующие элементы которых должны образовать плавную спираль, нарушение точности изготовления может привести к возрастанию сопротивления промывочной жидкости между лопастями и в результате снизить эффективность работы долота.
Известен также лопастной калибратор (см. описание к а.с. СССР №1837649, МПК Е21B 10/26, опуб. 1999.05.10),содержащий цилиндрический корпус с центральным осевым каналом и присоединительными резьбами на концах, а также с жестко закрепленными к его наружной поверхности спирально расположенными лопастями, рабочие поверхности которых армированы износостойкими вставками.
Указанный калибратор по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.
В нем недостатки выше приведенных аналогов частично устранены, однако и он не лишен недостатка. Так, он сложен в изготовлении, кроме того, расположение лопастей по всей длине корпуса с одинаковым условным диаметром по выпуклым поверхностям ограничивает его функциональные возможности, например, при проработке ствола скважины с неустойчивыми породами.
Технической задачей настоящей полезной модели является упрощение технологии изготовления и расширение его функциональных возможностей.
Поставленная техническая задача решается описываемым калибратором спирально-лопастным, содержащим цилиндрический корпус с центральным осевым каналом и с присоединительными резьбами на концах, а также с жестко закрепленными к его наружной поверхности спирально расположенными лопастями, рабочие поверхности которых армированы твердосплавными вставками.
Новым является то, что лопасти калибратора выполнены за одно целое с корпусом и расположены наклонно вниз относительно оси корпуса с образованием по выпуклым поверхностям усеченный конус, верхние концы лопастей в сечении лежат на дуге описанной окружности вокруг выпуклых поверхностей, образующей большее основание конуса, с радиусом равным радиусу калибратора, а нижние концы в сечении лежат на дуге описанной окружности вокруг выпуклых поверхностей, являющейся меньшим основанием конуса, с радиусом равным радиусу корпуса, при этом лопасти калибратора армированы, начиная от верхнего конца на длину не менее 1/3 части их длин.
Патентные исследования по определению технического уровня и соответствия критерию «новизна» заявляемого объекта проводились в патентном фонде института «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» ретроспективностью 15 лет. Объекты аналогичного назначения, охарактеризованные такой совокупностью существенных признаков с получением такого технического результата не обнаружены, и, по мнению заявителя, заявляемый объект отвечает условиям патентоспособности.
Представленные рисунки поясняют суть полезной модели, где на фиг. 1 изображен общий вид калибратора, где видны центральный осевой канал корпуса, присоединительные резьбы на его концах, а также спирально расположенные лопасти и часть рабочей поверхности с износостойкими вставками, в частичном продольном разрезе.
На фиг. 2 - вид сверху на фиг. 1, где видны центральный осевой канал корпуса, выпуклые рабочие поверхности лопастей и описанная окружность по рабочим выпуклым поверхностям лопастей.
Калибратор спирально - лопастной содержит корпус 1 с центральным осевым каналом 2 и резьбами 3 и 4 на концах верхняя и нижняя соответственно. На боковых поверхностях корпуса, выполненные за одно целое с ним, расположены спирально лопасти 5, 6 и 7 одинаковой конструкции и направленные наклонно, следовательно, сужающиеся вниз относительно оси корпуса с образованием по выпуклым поверхностям усеченный конус. Верхние концы лопастей в сечении лежат на дуге описанной окружности 8 вокруг выпуклых поверхностей, образующее большее основание конуса, с радиусом равным радиусу калибратора. Нижние концы аналогично верхним лежат на дуге описанной окружности вокруг выпуклых поверхностей, являющейся меньшим основанием конуса, с радиусом равным радиусу корпуса. Лопасти калибратора армированы твердосплавными вставками 9 (вставки на фиг. изображены в виде множества точек) на длину не менее 1/3 части их длины, начиная от верхнего конца. Для увеличения площади контакта рабочих поверхностей лопастей с поверхностью стенок скважины и уменьшения энергозатрат на вращение калибратора в скважине твердосплавные вставки лопастей могут быть заменены наплавленным износостойким материалом или совместно с вставками.
Калибратор работает следующим образом.
Его спускают в скважину в компоновке с низом колонны бурильных труб, разместив между долотом и валом забойного двигателя, предварительно соединив его с помощью муфты с долотом (вал забойного двигателя, долото и муфта на фиг. не изображены) до водопроявляющего или поглощающего, или неустойчивого разреза скважины.
При подаче бурового раствора в бурильную колонну и включении забойного двигателя в работу (бурильная колонна и забойный двигатель на фиг. не изображены) калибратор вместе с долотом начинает вращаться. При этом буровой раствор через центральный осевой канал корпуса калибратора и долото направляется на забой в зону разрушения породы.
В процессе бурения, захваченные восходящим потоком бурового раствора частицы шлама и твердые фракции раствора, попадая в зазор между рабочей поверхностью и стенкой скважины, которые под действием контактного давления лопастей 5, 6 и 7 продавливаются в пустоты и трещины проницаемых пород, одновременно переуплотняя фильтрационную глинистую корку. В результате резко снижается проницаемость пласта и повышается пластическая прочность глинистой корки, обеспечивая тем самым упрочнение слабоцементированных пород и изоляцию разобщаемых проницаемых пластов в процессе углубления забоя скважины, что позволит предупредить осложнения в процессе бурения. Выполнение конструкции калибратора конусообразной формы обеспечивает плавный заход в осложненную зону при проработке ствола скважины, позволит эффективно удалить толстую рыхлую фильтрационную глинистую корку со стенок скважины с одновременным их уплотнением, исключить образование шламовых пробок. Использование его при проработке осложненных участков ствола скважины, особенно при наличии на стенках скважины толстой глинистой корки, обладает повышенной эффективностью за счет повышенной проходной способностью, ускорить операции проработки.
Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.
Использование предлагаемого калибратора позволит за счет кольматирования стенок скважины в проницаемых интервалах ствола скважины и снижения толщины глинистой корки до минимума повысить проходку на долото, увеличить механическую скорость бурения, сэкономить материальные затраты, спуск эксплуатационной колонны без осложнений, повысить качество цементирования, что в конечном счете позволит сократить материальные затраты и сроки строительства скважины.