ЛОПАСТНОЙ КАЛИБРАТОР
BLADED CALIBRATOR

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам, предназначенным для сохранения диаметра скважины в процессе всего времени работы породоразрушающего инструмента, преимущественно при очистке забоя скважины аэрированной жидкостью.
Известен калибратор, содержащий полый корпус и установленные на нем посредством эксцентричных втулок цилиндрические шарошки (см. авт. св. №588334, кл. Е21В 10/30, 1975 г.).
Недостатком этого расширителя является сложность конструкции и сравнительно быстрый износ фиксирующих втулок, что приводит к провороту шарошек совместно с втулками и нарушению схемы их установки. Это значительно снижает эффективность работы расширителя.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является лопастной калибратор, содержащий полый корпус, наружная поверхность которого армирована породоразрушающими элементами и выполнена с очистными пазами (см. Каталог ВБМ-групп «Буровые долота, калибраторы, центраторы», 2008 г., стр.49).
Данный калибратор имеет простую конструкцию, что положительно влияет на надежность его работы, а также на стоимость как самого калибратора, так и на стоимость буровых работ в целом. К недостаткам данного калибратора следует отнести малую эффективность в работе из-за несовершенства его очистной системы, ведущей к зашламованию скважины. Связано это с накоплением крупных частиц шлама над верхними торцами лопастей, особенно при бурении с использованием для удаления шлама аэрированной жидкости, характеризующейся незначительной подъемной силой, а также при разбуривании глин с использованием бурового раствора на водной основе, приводящем к поверхностной гидратации крупных частиц глин. Это может привести к образованию шламовых пробок над калибратором и возникновению аварийной ситуации, например к прихвату бурового снаряда.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы калибратора за счет улучшения работы его очистной системы.
Для достижения указанного технического результата в лопастном калибраторе, содержащем полый корпус, наружная поверхность которого армирована породоразрушающими элементами и выполнена с очистными пазами, согласно изобретению очистные пазы в продольном сечении выполнены в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, при этом длина ступеней паза увеличивается от минимального сечения сопла в сторону его концевых участков.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- острые кромки ступенчатой части очистного паза выполнены из твердого сплава или армированы износостойким материалом;
- ступенчатая часть очистных пазов выполнена в виде съемной детали;
- съемная деталь выполнена с поперечным сечением в виде «ласточкина хвоста», а корпус - с пазом ответной формы;
- съемная деталь соединена с корпусом посредством фиксаторов, установленных в совмещенных пазах, выполненных на корпусе и съемной детали.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид калибратора; на фиг.2 - съемная деталь со ступенчатой поверхностью в увеличенном масштабе, на фиг.3 и 4 - варианты выполнения съемной детали.
Калибратор содержит полый корпус 1 с резьбовыми ниппелями 2 и лопастями 6, наружная поверхность которых армирована породоразрушающими элементами 7. Лопасти 6 разделены очистными пазами 3, выполненными в продольном сечении в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, причем длина - h ступеней 4 паза 3 увеличивается от минимального сечения сопла в сторону его концевых участков.
Выполнение очистного паза 3 со ступенчатой поверхностью обеспечивает более эффективное разрушение шлама, а выполнение его в виде части сопла Лаваля - увеличение скорости восходящего потока над калибратором, и как следствие этого - увеличение подъемной силы очистного агента. Этому же способствует выполнение ступеней с различной разгонной длиной - h. Предусмотрен вариант выполнения ступенчатой части паза 3 в виде отдельной детали 8, жестко соединяемой с корпусом 1. По одному варианту съемная деталь 8 выполнена с поперечным сечением в виде «ласточкина хвоста», при этом корпус 1 выполнен с пазом 9 ответной формы. По другому варианту съемная деталь 8 соединена с корпусом 1 посредством фиксаторов 10, установленных в совмещенных каналах 11 и 12, выполненных на корпусе 1 и съемной детали 8. Острые кромки 5, которые образуются между ступенями 4, должны быть армированы износостойким материалом или же выполняться из твердого сплава. Очистные пазы 3 могут располагаться соосно с осью корпуса 1 или же под углом - α. Схема расположения пазов 3 выбирается в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород.
Принцип действия предложенного лопастного калибратора заключается в следующем. В процессе бурения породоразрушающие элементы 7 калибруют стенки скважины, сохраняя заданный диаметр и способствуя тем самым улучшению работы долота и забойного двигателя. При этом разрушенная порода выносится через очистные пазы 3 на поверхность. Учитывая, что калибраторы, как правило, устанавливаются непосредственно над долотом или забойным двигателем, через пазы 3 проходит крупный шлам, который оседает над верхними торцами лопастей 2 и часто образует сальники. Последние ведут к значительному увеличению крутящего момента на роторе, зачастую приводящего к остановке забойного двигателя вплоть до прихвата бурильной колонны. В предложенном калибраторе благодаря выполнению очистных пазов 3 в продольном сечении в виде части сопла Лаваля со ступенчатой рабочей поверхностью, обеспечивается с одной стороны интенсивное измельчение шлама острыми кромками 5, а с другой стороны - увеличение скорости прохождения очистного агента и тем самым снижение вероятности оседания шлама над калибратором. Для более эффективного разрушения крупных частиц шлама острые кромки 5 армируются износостойким материалом или же выполняются из твердого сплава. Повышение скорости потока при прохождении через пазы 3 достигается выполнением входного участка очистного паза в виде конуса, а выходного участка - увеличением длины ступеней 4 паза 3 в сторону движения очистного агента от минимального сечения паза 3. Увеличение скорости прохождения очистного агента имеет особое значение при использовании для очистки забоя аэрированной жидкости, не обладающей высокой подъемной силой. В этом случае при прокачке аэрированного очистного агента давление его перед калибратором увеличивается и газообразная часть его заполняет углубления между ступенями 4 очистного паза 3. Благодаря этому жидкая фаза не соприкасается со стенками ступеней 4 и касается их только в зоне кромок 5, что уменьшает сопротивление движению жидкой фазы очистного агента и тем самым способствует повышению его скоростного напора и, как следствие - эффективности работы калибратора. Выполнение ступеней 4 на отдельной детали 8 позволяет использовать ее многократно, чему способствует также и выполнение рабочих кромок 5 ступеней 4 из твердого сплава или износостойкого материала, обеспечивающих их высокую износостойкость.
Такое выполнение калибратора повышает эффективность его работы за счет лучшего удаления шлама благодаря интенсивному измельчению последнего и повышению скорости удаления разрушенной породы.