ЛОПАСТЬ ФРЕЗЕРА КОЛОННОГО РАЗДВИЖНОГО

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к лопасти фрезера колонного раздвижного, представляющего собой устройство для вырезания колонны труб в скважине.
Фрезеры колонные раздвижные предназначены для поперечного резания колонны труб и элементов скважинного оборудования, расположенных в скважинах, с целью их последующего извлечения.
Известно множество устройств для вырезания колонны труб в скважине, отличающихся конструктивным выполнением лопастей (JP 2006241891 А, 14.09.2006, GB 987953 А, 31.03.1965, CN 2844406 Y, 06.12.2006, RU 2494221 С2, 27.09.2013).
Рабочим органом, непосредственно взаимодействующим с отрезаемой колонной труб (скважинного оборудования), являются лопасти, как правило, изготовленные из легированной стали, армированной твердым сплавом (http://burneft.ru/archive/issues/2011-07-08/2, А.П. Ломов / Снижение аварийности при фрезеровании обсадной колонны. Снижение затрат времени при освоении скважины), либо лопасти (фрезы), изготовленные из быстрорежущей стали. Ресурс лопастей ограничен количеством и типом отрезаемого объекта, поэтому требуется периодическая замена лопастей.
Недостатком известных лопастей является невозможность восстановления изношенной лопасти до ее номинальных размеров, так как армирующие ее твердосплавные пластины закреплены пайкой.
Известно армирование лопастей композитным сплавом на основе меди с зернами дробленного твердого сплава, а также армирование и восстановление режущего инструмента для ремонта скважин методом пайки, используя композиционный наплавочный пруток (http://b2b.tpprb.ru/b2b/DownloadProductionDoc.py?id=209).
Недостатком такого армирования является низкая производительность режущего инструмента, так как для осуществления процесса абразивного резания необходимо прикладывать к лопасти значительные усилия прижима к отрезаемому объекту, что ведет как к деформации лопасти, так и местному нагреву вооружения из-за трения о стенки колонны и как следствие прекращения процесса резания.
В решении RU 2201493 С2, 27.03.2003 раскрыта лопасть, состоящая из резца и съемной калиброванной по толщине пластины, служащей для ограничения вылета лопастей, следовательно и ограничения параметров вырезаемого объекта.
Недостатком данного решения является высокая трудоемкость изготовления калиброванной пластины.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является решение US 4887668 А, 19.12.1989, в котором раскрыта лопасть, состоящая из резца и лезвийной вставки, фиксируемой с помощью болтового соединения. Твердосплавное вооружение (пластинки и вставки) Sandvik S6 фирмы Sandvik Coromant закрепляется с помощью пайки. Минимальное соотношение твердости материала лезвия к твердости материала твердого сплава по условию получения удовлетворительного результата составляет от 1:3 (лезвие изготовлено из ″мягкой″ стали, имеющей диапазон твердости НВ 130-160 единиц по шкале Бринелля, а твердость твердосплавного вооружения составляет HRC 85-88 единиц по шкале Роквелла), причем твердость материала лезвия имеет меньшее значение к твердости отрезаемого объекта (твердость НВ 200 единиц по шкале Бринелля). В процессе резания, при разрушении верхнего ряда твердосплавного вооружения, интенсивно происходит износ тела лезвия до момента вступления в работу второго ряда твердосплавного вооружения, при этом процесс износа тела лезвия оказывает минимальное воздействие на скорость вращения бурильной колонны и инструмента для резки.
Недостатком решения, раскрытого в наиболее близком аналоге, является механический износ тела лезвия и высокая трудоемкость изготовления лезвийной вставки.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в устранении вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является повышение надежности и удобства при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что лопасть фрезера колонного раздвижного содержит оправку и съемный режущий элемент. Оправка выполнена из рессорно-пружинной конструкционной стали с твердостью HRC 44-49 единиц по шкале Роквелла. Съемный режущий элемент представляет собой установленную в посадочном гнезде, выполненном в оправке, и жестко зафиксированную в нем твердосплавную пластину квадратной формы. Причем твердосплавная пластина упирается двумя гранями в ответно расположенные им части посадочного гнезда оправки.
Твердосплавная пластина установлена на штифт и зафиксирована прижимом посредством крепежного винта со шлицем, что обеспечивает ее жесткую фиксацию в посадочном гнезде.
Далее полезная модель поясняется чертежами.
Фиг. 1 - типовая конструкция фрезера колонного раздвижного с лопастями согласно предлагаемой полезной модели;
Фиг. 2 - предлагаемая лопасть фрезера колонного раздвижного.
На Фиг. 1 изображена типовая конструкция фрезера колонного раздвижного, состоящего из корпуса (1), установленного в нем подвижного штока (2) с закрепленным на нем поршнем (3). Корпус (1) имеет три профильных паза с размещенными в них тремя лопастями (4) с твердосплавным вооружением. Рабочая часть штока (2) взаимодействует с лопастью (4), передавая соответствующие усилие резания. Для перевода лопастей в транспортное положение в конструкции используется пружина (5). Для предотвращения поломки (деформации) лопасти (4) используется упорная втулка (6), которая ограничивает ход штока (2).
Фрезер устанавливают в состав колонны буровых труб. Усилие резания складывается из сил, возникающих в результате вращения колонны бурильных труб и подачи промывочной жидкости во внутреннюю полость фрезера (через внутренний канал колонны труб). Для охлаждения лопасти и удаления стружки металла, образованной в результате резания, используют специальным образом сориентированные отверстия (7) для выхода промывочной жидкости.
На Фиг. 2 изображена лопасть фрезера колонного раздвижного, содержащая оправку (8) и сменную твердосплавную пластину (9), зафиксированную прижимом (10) посредством крепежного элемента (11). Крепежный элемент (11) может представлять из себя винт с внутренним шестигранником (либо шлиц в виде шестилучевой звезды TORX). Оправка (8) изготавливается из рессорно-пружинной конструкционной стали 50ХФА по ГОСТ 14959-79, которая после изготовления, для повышения механических свойств, подвергается закалке и отпуску (твердость HRC 44-49 единиц по шкале Роквелла). Этот параметр существенно (в 2 раза) превышает значение твердости отрезаемого объекта (твердость НВ 200 единиц по шкале Бринелля), что гарантирует отсутствие износа тела лопасти в случае возникновения аварийной ситуации - поломки твердосплавной пластины.
в
Известно, что основной характеристикой, непосредственно влияющей на способность резца воспринимать нагрузки, является предел текучести, имеющий прямую зависимость от твердости материал принимаемой для сталей σ≈0,35 НВ (Анурьев В.И., Калашников Ф.Ф., Масленников И.М. Справочник конструктора-машиностроителя, М., Машгиз. 1963. 688+I-VIII стр. с илл.). Оправка имеет более высокие прочностные характеристики относительно лопастей, изготовленных из ″мягких″ сталей и способна воспринимать (передавать) более высокие нагрузки.
под
1
2
рез
Сменная твердосплавная пластина (9) устанавливается в посадочное гнездо, выполненное в оправке (8). Для обеспечения условия прочности лопасти при воздействии силы подачи Р, твердосплавная пластина двумя гранями упирается в ответно расположенные им части посадочного гнезда оправки (8), передавая усилие P и Р. Для обеспечения условия прочности лопасти при воздействии силы резания Р твердосплавная пластина (9) установлена центральным отверстием на штифт (12) и зафиксирована прижимом (10), который в свою очередь фиксируется винтом (11). Сменная твердосплавная пластина (9) имеет размер, соответствующий номенклатурному ряду твердосплавных пластин квадратной формы по ISO 1832-1991, широко используемых для черновой токарной обработки металлов резанием (операция точения).
Лопасть согласно предлагаемой полезной модели имеет более надежную конструкцию по сравнению с аналогами, низкую трудоемкость в обслуживании и эксплуатации.