ЦЕНТРАТОР КОЛОННЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к опорно-центрирующим элементам бурильной колонны для работы в скважинах со сложным пространственным профилем, в том числе наклонных и горизонтальных как в обсаженных, так и в открытых стволах.
Известно устройство - центратор (патент РФ №2055975 МПК Е21В 17/10 от 02.09.1992), содержащее корпус с присоединительными резьбами и установленный на нем с возможностью вращения цилиндра, связанный с корпусом шарами, расположенными в кольцевых канавках корпуса и углубления в теле цилиндра. Цилиндр выполнен эксцентричным и снабжен наружными рабочими элементами, выполненными в виде шара, по меньшей мере, один из которых свободно установлен в гнезде тела цилиндра со стороны наибольшей эксцентричности, а другие подпружинены и установлены со стороны меньшей эксцентричности, при этом рабочие элементы отстоят от центральной оси корпуса на одинаковом расстоянии.
Недостатки устройства:
- при необходимости замены одного или нескольких наружных шариков, необходимо провести трудоемкие операции по замене, что снижает ремонтопригодность устройства.
- отсутствие уплотнительных элементов для защиты шариков, расположенных между корпусом и цилиндром, может привести к попаданию шлама и как следствие заклиниванию вращения цилиндра или вымыванию смазки в шарикоподшипниках, что снижает надежность работы устройства
- отсутствие плавного перехода на наружной поверхности вращающегося цилиндра может вызвать заклинивание осевого перемещения бурильной колонны при интенсивном искривлении профиля обсаженной скважины или на открытых участках скважины, что снижает надежность и эффективность работы устройства.
- отсутствие плавного перехода на наружной поверхности вращающегося цилиндра способствует скоплению шлама в месте резкого перехода корпуса и вращающегося цилиндра, и как следствие, также ведет к заклиниванию осевого перемещения бурильной колонны или увеличение осевого усилия для движения бурильной колонны, что снижает надежность и эффективность работы устройства.
Наиболее близким устройством к заявленному устройству по совокупности признаков является - компонент бурильной колонны, уменьшающий трение (патент WO/2000/001239 МПК Е21В 17/00 от 13.01.2000), содержащий трубчатый корпус, имеющий первый и второй концы для соединения со смежными деталями бурильной колонны, по меньшей мере, один упор, выполненный на наружной поверхности корпуса, втулку с возможностью вращения относительно корпуса по шарикам. Один набор шариков (по меньшей мере, один) размещен в первом конце устройства и выполняет роль опоры для втулки в радиальном и осевом направлении. Другой набор шариков (по меньшей мере, один) размещен во втором конце устройства и выполняет роль опоры в осевом направлении. Шарики входят в дорожки качения, выполненные на корпусе и втулке. Дорожка качения служит для направления и удержания набора шариков. Имеется закрывающееся отверстие, представляющее собой шпоночный паз, выполненный как в корпусе, так и во втулке, для введения шариков в дорожки качения во втором конце устройства. Корпус и втулка устройства выполнены монолитными.
Недостатки прототипа:
- наличие выступа на корпусе увеличивает металлоемкость изготовления.
- отсутствие уплотнительных элементов для защиты шариков может привести к попаданию шлама и как следствие заклиниванию вращения втулки или вымыванию смазки в шарикоподшипниках, что снижает надежность работы устройства
- прямолинейная (цилиндрическая) наружная поверхность втулки увеличивает площадь контакта, особенно это проявляется на горизонтальных или наклонных участках в открытых стволах скважины, это ведет к увеличению силы трения при движении бурильной колонны, что снижает эффективность работы устройства.
- для заправки шарикоподшипников смазкой или замены отдельных шариков необходимо полностью разобрать устройство, что снижает ремонтопригодность устройства.
Задача полезной модели - повышение надежности и эффективности работы центратора в скважинах со сложным пространственным профилем, в том числе наклонных и горизонтальных, как в обсаженных, так и в открытых стволах, с упрощением металлоемкости изготовления устройства и ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что центратор колонный вращающийся содержащий полый корпус, верхний и нижний концы которого закреплены резьбой к бурильной колонне, втулку с возможностью вращения относительно корпуса по шарикам, равномерно размещенных в дорожках качения, выполненных соосно на внешней поверхности корпуса и на внутренней поверхности втулки, согласно изобретению корпус выполнен цилиндрической формы с гладкой поверхностью, втулка выполнена с наружной поверхностью сферической формы с центрирующими ребрами, во втулке выполнены радиальные отверстия над каждой дорожкой качения для обеспечения введения шариков, отверстия закрыты заглушками, между втулкой и корпусом в верхней и нижней частях их соединения в кольцевых канавках на корпусе размещены уплотнения.
Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого устройства показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых существенных признаков:
В отличие от прототипа:
Корпус выполнен цилиндрической формы с гладкой поверхностью, что снижает металлоемкость при изготовлении.
Наличие уплотнительных элементов защищает шарики от внешнего шлама, что увеличивает надежность работы устройства.
Профиль наружной поверхности крышки сферический позволяет уменьшить зону контакта со стенками обсадной колонны, что увеличивает эффективность устройства.
Наличие заглушек позволяет производить удобный и своевременный монтаж/демонтаж шариков и смазки, что увеличивает ремонтопригодность устройства.
Заявленное устройство обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. соответствует всем критериям полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении применяются недефицитные материалы и известные технологии.
На фиг. 1. Показано схематично - устройство, разрез
На фиг. 2. Показано схематично - устройство, разрез А-А
Центратор колонный вращающийся (фиг. 1) содержит корпус (1), втулку (2), шарики (3), заглушки (4).
Для скважин со сложным пространственным профилем ствола и/или и в открытых стволах, когда осевые усилия при движении колонны труб оказывают существенное влияние, предусмотрен вариант с количеством рядов шариков (3) более двух.
В корпусе (1) выполнено центральное промывочное отверстие (5), на торцах выполнены присоединительные резьбовые соединения (6) и (7). Наружная поверхность -гладкая цилиндрическая без выступа. В средней части корпуса (1) на наружной поверхности выполнены дорожки качения (8), для размещения шариков (3).
Во втулке (2) в средней части на внутренней поверхности выполнены дорожки качения (9) для размещения шариков. Расположение и количество рядов дорожек качения соответствуют аналогичным дорожкам выполненных в корпусе (1). Над каждой дорожкой качения выполнено радиальное отверстие (10). Наружная поверхность втулки имеет сферическую форму (11) (фиг. 1) с центрирующими ребрами (12) (фиг. 2).
Для защиты шариков (3) от попадания шлама (фиг. 1) по краям втулки (2) в корпусе (1) в кольцевых канавках (13) установлены уплотнительные элементы (14).
Центратор колонный вращающийся собирается следующим образом.
Устанавливают уплотнительные элементы (14) в корпус (1) в кольцевые канавки (13).
На корпус (1) устанавливают втулку (2), совмещая дорожки качения (8) и (9). Через отверстия (10) во втулке (2) вводят шарики (3), равномерно распределяя их по всей окружности дорожек качения (8) и (9) (фиг.2). Отверстия (10) во втулке (2) закрыты заглушками (4), обеспечивая при этом свободное вращение втулки (2) относительно корпуса (1).
Центратор колонный вращающийся разбирается в обратном порядке, описанным выше способом.
Центратор колонный вращающийся работает следующим образом:
Центратор устанавливают непосредственно над скважинным оборудованием, подлежащим центрированию при помощи присоединительных резьб. В случае необходимости, центраторы устанавливают с интервалом по всей длине колонны. Количество центраторов в колонне зависит от профиля, интенсивности искривления и глубины скважины. Чем больше центраторов применяется в интервале максимального искривления, тем ниже трение колонны бурильных труб в процессе бурения. Центратор применяется как в обсаженных, так и в открытых стволах скважинах. В процессе спускоподъемных операций сферическая поверхность втулки снижает потери энергии на трение из-за малой площади соприкосновения со стенками обсадной колонны скважины, тем самым уменьшается износ, что особенно важно в наклонных или на горизонтальных участках скважины. В процессе бурения, корпус центратора вращается совместно с бурильной колонной, при этом втулка, находясь в контакте со стенками скважины, остается неподвижной.
Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого устройства показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых существенных признаков и новой взаимосвязью элементов:
Заявленная полезная модель - центратор колонный вращающийся по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:
- Заявляемое устройство уменьшает силу трение о стенки обсадной колонны в процессе бурения скважины, что уменьшает энергозатраты на освоение месторождений.
- Заявляемое устройство обеспечивает возможность по эксплуатации в скважинах со сложным пространственным профилем, в том числе наклонных и горизонтальных, как в обсаженных, так и в открытых стволах.
- Заявляемое устройство предоставляет возможность - использование ранее эксплуатируемых «обычных, гладких» переводников. Путем доработки корпуса переводника и дополнительным комплектованием шариками с вращающейся втулкой. Таким образом, предприятие-потребитель получает преимущества от доступного способа по модернизации/расширение возможностей существующего оборудования. Предприятие-изготовитель получает преимущества от унификации выпускаемого оборудования.