бурение л.р.№4

ЮРГТУ (НПИ)

Кафедра НГМО

Опорно – центрирующие инструменты .

Л. р.

№ 4

Цель: изучение конструктивных особенностей калибраторов, центраторов и стабилизаторов.

Калибратор предназначен для калибрования стенок ствола скважи­ны до номинального диаметра при износе долота в абразивных породах, а также центрирования и улучшения условий работы долота, нижней час­ти компоновки бурильной колонны, в том числе забойного двига­теля. Калибратор устанавливается над долотом. Применение калибрато­ра позволяет получить ствол скважины максимального эффективного диа­метра.

Калибраторы в зависимости от конструктивных особенностей рабочих элементов подразделяются на лопастные и шарошечные.

Центратор предназначен для центрирования нижней части бурильной колонны и забойного двигателя, стабилизации или изменения направления ствола скважины. Центратор устанавливается в колонне бурильных труб или на корпусе забойного двигателя.

Стабилизатор предназначен для стабилизации направления ствола скважины и устанавливается в нижней части колонны бурильных труб над калибратором. В качестве стабилизатора могут использоваться калибраторы и центраторы. Число используемых одновременно стабилизаторов может быть до трех.

Виды, области применения и типы вооружения этих устройств приве­дены в табл.1.

Таблица 1.

Типы конструкций, виды, типы вооружения и области применения опорно-центрирующих устройств бурильной колонны труб

Номенклатура выпускаемых серийно калибраторов и центраторов приведена в табл. 2.

Пример условного обозначения калибратора со спиральными лопастя­ми вида КС, типа СТ, диаметром 215,9 мм, пятой модели: 5-КС215,9СТ.

Таблица 2.

Перечень типоразмеров и видов выпускаемых центраторов и калибраторов

Каждый типоразмер калибратора, центратора и стабилизатора имеет свои характерные особенности, которые определяют его назначение и об­ласть применения.

Калибраторы и центраторы лопастного типа (рис.1) являются наи­более простой конструкцией калибраторов, предназначенных для исполь­зования при бурении глубоких скважин на нефть и газ. Калибратор состо­ит из ствола с тремя или четырьмя вертикальными лопастями, армирован­ными твердосплавными штырями. Причем штыри в калибраторе или за­прессованы в отверстия в лопастях, или расположены в пазах вдоль лопа­сти и заплавлены.

Для установки между секциями УБТ калибраторы и центраторы изго­тавливаются с верхней муфтовой и нижней ниппельной замковыми резь­бами по ГОСТ 5286 — 75. А для установки над долотом — с двумя муфтовы­ми резьбами.

Калибраторы диаметром 394 мм и более могут быть выполнены как единое целое трехгранного вида, так и со сменными калибрующими эле­ментами, устанавливаемыми на шпонках и закрепляемыми специальной втулкой (рис.1, б, в). Кроме трехлопастных ВНИИБТ разработана конструкция четырехлопастного калибратора для бурения стволов диамет­ром 346 и 394 мм. Калибратор (рис.1, г) состоит из ствола 1, лопастей 6, армированных твердосплавными штырями 3, и переводников 7 и 8 с муф­товой 9 и ниппельной 10 замковыми резьбами по ГОСТ 5286 — 75.

Калибраторы в отличие от центраторов, как правило, выполняются с

более мощной защитой твердосплавным вооружением лопастей от износа в связи с особенностями выполняемой ими работы.

Центраторы и калибраторы изготавливаются со следующими основ­ными размерами: диаметр наружный — 139,7 — 311,1 мм; длина — 1000 — 1800 мм; длина контакта лопастей — 260 — 400 мм.

Рис.1. Калибраторы и центраторы лопастные:

а — трехлопастной; б — с трехлопастной съемной муфтой; в — с трехлопастной составной муфтой; г — четырехлопастной; 1 — ствол; 2 — муфта с армированными лопастями; 3 — твер­досплавные штыри; 4 — шпонка; 5 — втулка фиксирующая; 6 — лопасть сменная; 7,8 — переводники; 9, 10 — резьба замковая муфтовая и ниппельная

В последние годы в ОАО НПО «Буровая техника» разработан новый принцип классификации колонных и наддолотных калибраторов (стабили­заторов) лопастного типа, приведенный в табл.3, который учитывает как трудоемкость их изготовления, так и требования потребителей с учетом особенностей их применения. В этих калибраторах предусмотрена запрес­совка твердосплавных зубков из сплава ВК-8 диаметром от 10 до 14 мм; высота лопастей от 0,8 до 2,5 диаметра долота (по требованию потребителя); типоразмер резьбы и длина L\ под ключ — по требованию потребителя. В связи с этим длина калибратора и его конструкция определяются требо­ваниями потребителя. Общий вид таких калибраторов приведен на рис.2.

Пример обозначения калибратора (стабилизатора) исполнения III с на­ружным диаметром 311 мм, внутренним диаметром 70 мм, длиной 1900 мм, с высотой калибрующей части 381 мм и резьбой А/Е: калибратор ШКС 311, D₀ = 70, L = 1900, L_K = 381 мм, резьба А/Е = 3-171/3-152.

Рис. 2. Калибраторы спиральные колонные и наддолотные конструкции ОАО НПО « Буро­вая техника» (см. табл.3)

Таблица 3.

Калибраторы и стабилизаторы лопастные конструкции ОАО НПО « Буровая техника»

Центратор бурильного инструмента ти­па ЦБИ (рис.3) предназначен для центри­рования нижней части бурильной колонны.

Центратор состоит из корпуса 2, с реб­рами 1 и внутренней расточкой 4 на верхнем торце; зажимных элементов 6 с внутренней насечкой и наружными противоположно на­правленными коническими поверхностями 5 и 7; связанной с ними верхней части корпуса с помощью резьбы 3; запорной гайки 9; рас­клинивающего элемента 10 с внутренней на­сечкой и резьбой под болт. Запорная гайка 9 выполнена с внутренней эксцентричной рас­точкой для размещения в ней элемента 10. Первая из конических поверхностей 5 за­жимного элемента 6 взаимодействует с ко­нической поверхностью расточки 4 корпуса,

а вторая его коническая поверхность 7 взаимодействует с внутренней по­верхностью запорной гайки под эксцентричной расточкой. Зажимные эле­менты 6 выполнены с буртом 8 для демонтажа устройства. Втулка 12, ввин­ченная в запорную гайку 9, предохраняет расклинивающий элемент 10 от выпадения его в скважину.

Рис.3. Центратор типа ЦБИ:

1 — ребра; 2 — корпус; 3 — резьба; 4 — расточка внут­ренняя; 5, 7 — конические поверхности; 6 — элемент зажимной; 8 — бурт; 9 — гайка запорная; 10 — элемент расклинивающий; 11 — прорезь; 12 — втулка

В скважине при осевой нагрузке на центратор поверхности 5 и 7 уси­ливают закрепление его на бурильной трубе. При приложении тангенци­альной нагрузки на центратор увеличивается расклинивающее усилие на элемент 10, благодаря чему центратор не проворачивается относитель­но трубы. При этом усилие передается гайке 9, которая сама затягива­ет резьбу 3, и в случае ее ослабления сильнее прижимает зажимные эле­менты 6 к трубе. Вынесенный за пределы центратора элемент 10 позволяет производить эксцентричную расточку под сектор во всех размерах центра­торов.

Калибратор лопастной типа КЛС со спиральными лопастями (рис.4) конструкции НПП «Азимут» представляет собой переходный перевод­ник с тремя спирально расположенными приваренными лопастями, арми­рованными твердосплавными вставками для уменьшения износа, и замко­выми присоединительными резьбами по ГОСТ 5286 — 75.

Рис.4. Калибратор лопастной со спиральными лопастями типа КЛС кон­струкции НПП «Азимут»

Калибраторы шарошечные типа КШУ (рис.5) предназначены для калибрования ствола скважины до номинального диаметра при износе до­лота в абразивных породах, а также для расширения желобов в скважине. В последнем случае под калибратором устанавливаются УБТ определенной массы, а расширение желобов осуществляется снизу вверх.

Размерный ряд и технические характеристики калибраторов типа КШУ приведены в табл. 4.6. Калибрато­ры состоят из корпуса 1 и сменных уни­фицированных для данного размерного ряда калибрующих узлов 3, которые крепятся к корпусу с помощью клиньев 2. Калибрующие узлы могут оснащаться с фрезерованным, твердосплавным или комбинированным вооружением.

Рис. 5. Схема шарошечного калибратора типа КШУ:

1 — корпус; 2 — клинья; 3 — узел калибрующий

Шарошки имеют герметизирован­ные маслонаполненные опоры качения. Клиновое крепление калибрующих уз­лов позволяет восстанавливать номи­нальный диаметр калибратора при его износе до 6 мм.

Число запасных комплектов породоразрушающих узлов и типы шарошек определяются при заказе.

Калибраторы лопастные со сменной муфтой спиральные типов 8кс-295.3ст и 8кс-393.7ст (рис.6) являются наддолотными калибрующими и опорно-центрирующими устройствами. Они предназначены для калибрования ствола скважи­ны, центрирования и улучшения условий работы долота и забойного двига­теля при бурении нефтяных и газовых скважин шарошечными долотами диаметром 295,3 и 393,7 мм в породах мягких и средней твердости.

Рис.6. Схема калибратора лопастного спирального типа 8-КС со сменной муфтой:

1 — резьба замковая (муфта); 2 — кор­пус; 3 — сменная муфта со спиральны­ми калибрующими лопастями; 4 — резьба замковая (ниппель)

Калибраторы имеют разборную конструкцию со сменным рабочим элементом — муфтой, которая устанавливается на корпус с помощью резь­бы. В корпусе выполнен центральный промывочный канал, внутренние замковые присоединительные резьбы по концам и коническая резьба с упорным торцом под муфту. Технические характеристики калибраторов приведены в табл. 4.7.

Для бурения в мягких породах с прослоями пород средней твердости выпускаются калибраторы типов 8К-295,ЗМС и 8К-393,7МС с шестью пря­мыми лопастями на сменных муфтах.

От известных конструкций калибраторы типов 8-КС и 8-К отличаются увеличенной концентрацией вооружения по концам лопастей и наличием в теле последних антисальниковых промывочных отверстий.

Калибраторы являются простым и надежным средством для решения задач по безориентируемому управлению траекторией стволов глубоких скважин и повышению их качества. Это позволяет осуществлять спуск об­садных колонн до требуемых глубин без дополнительных проработок и осложнений.

Калибраторы и центраторы для роторного бурения (рис.7) предна­значены для использования в конструкции низа бурильной колонны в ка­честве опорно-центрирующих и калибрующих устройств при бурении глу­боких скважин на нефть и газ с высокими осевыми нагрузками на долото в

сложных горно-геологических условиях.

Колонные калибраторы и центраторы для ро­торного бурения изготавливаются из высокопроч­ной хромоникелевой катаной стали и представляют единую деталь с тремя спиральными лопастями, ар­мированными твердосплавными зубками из вольфрамокобальтовых сплавов. Лопасти полностью пе­рекрывают сечение скважины и обеспечивают кру­говой контакт с ее стенками.

Для установки между секциями УБТ колонные центраторы изготавливаются с внутренними и на­ружными замковыми присоединительными резьба­ми. Для установки над долотом калибратор изготав­ливается с двумя внутренними резьбами.

Рис.7. Схема колонного центратора со спиральными лопастя­ми для роторного бурения

От аналогичных устройств других фирм ко­лонные центраторы для роторного бурения облада­ют повышенной прочностью и выгодно отличаются вооружением лопастей с большей концентрацией вооружения по концам, обеспечивающей их равностойкость по всей длине и сохранение центрирующих свойств до полного износа вооружения. Кро­ме того, на нижних заходных фасках калибраторов выполняется специаль­ное режущее вооружение. Оно позволяет повысить качество калибрования стволов и существенно снизить крутящий момент при вращении КНБК.

Основные размеры колонных центраторов следующие: номинальный наружный диаметр — 120,6 — 555 мм, длина L — 600—1800 мм, длина лопа­стей I — 260 — 400 мм.

Передвижные центраторы забойного двигателя типа 3-ЦДП (рис. 8) предназначены для управления зенитным углом скважины со стабилизаци­ей азимута. Передвижной центратор состоит из муфты с шестью прямыми лопастями, армированными износостойким твердосплавным вооружением, и цанги с одной ступенчатой прорезью. Муфта и цанга свинчиваются по­средством конической резьбы. Для закрепления центратора на корпусе двигателя муфта навинчивается на цангу, последняя сжимается, охватывая поверхность корпуса двигателя и обеспечивая закрепление центратора за счет возникающей силы трения покоя. С целью увеличения силы трения покоя на внутренней поверхности цанги наплавлены продольные полосы из зерен вольфрамокобальтового твердого сплава.

В отличие от передвижных центраторов зарубежных фирм, центрато­ры типа 3-ЦДП могут устанавливаться в КНБК с меньшим радиальным за­зором между корпусом забойного двигателя и стенкой скважины. Простота конструкции, минимум деталей, большая площадь контактной поверхности цанги обеспечивают простоту и удобство манипуляций с центратором в условиях буровой, высокую надежность и большие усилия страгивания центратора по­сле закрепления. Ступенчатая прорезь цанги исключает заедание резьбы при сжатии цан­ги, позволяет надежно прогнозировать необ­ходимое усилие страгивания в пределах 100 — 500 кН в зависимости от момента свинчивания 23 — 56 кН-м.

Рис.8. Схема передвижного центратора типа 3-ЦДП для забойного двигателя

Центраторы типа 3-ЦДП изготавливают­ся в трех исполнениях применительно к ха­рактеристике проходимых пород с соответ­ствующими буквенными символами в обо­значении: МС — для мягких пород с пропластками средней твердости; С — для пород средней твердости; Т — для твердых пород.

Наддолотный амортизатор предназначен для существенного снижения вибраций, возникающих в бурильной колонне при бурении скважин ша­рошечными долотами и бурильными головками в твердых и крепких поро­дах. Отсутствие вибраций позволяет получить экономию долот, забойных двигателей и утяжеленных бурильных труб и увеличить скорость строи­тельства скважины в целом.

Рис. 9. Схема устройства наддолотного амортизатора пружинного типа:1 — уплотнение; 2 — пружина; 3 — корпус; 4 — шестигранник

Наддолотный амортизатор конструкции ВНИИБТ (рис.9) состоит из цилиндрического корпуса 3, в который вставлен шестигранник 4, один конец которого снизу заканчивается присоединительным переводником с замковой присоединительной резьбой, а верхний конец закрепляется в верхнем переводнике и герметизируется уплотнением 1.На шестиграннике установлены секции пружин 2, обеспечивающие гашение вибраций.

Амортизаторы успешно применялись при бурении глу­боких скважин на Карачаганакском и Зайкинском место­рождениях, а также при бурении с отбором керна и расши­рении ствола в Криворожской сверхглубокой скважине СГ-8.

Применение амортизаторов позволило увеличить:

проходку на долото — на 30 % и более;

механическую скорость бурения — на 20 %;

вынос керна — до 70 — 80 %.

Инструмент для строительства наклонных и горизонтальных боковых стволов. Одним из ведущих в России разработчиков и изготовителей оборудо­вания и инструментов для зарезки и бурения боковых стволов из старых скважин является ОАО НПО «Буровая техника». Специалистами этого объединения разработан многофункциональный технологический комплекс для бурения наклонных и горизонтальных боковых стволов из эксплуата­ционных колонн диаметром от 140 до 178 мм.

В состав технологического комплекса входят:

универсальное вырезающее устройство;

раздвижной расширитель;

подвесной уипсток с набором фрезеров;

винтовой забойный гидравлический двигатель с комплектующими из­делиями и запасными частями, причем состав и технические характеристи­ки узлов и деталей, входящих в комплект поставки, определяются заказчи­ком;

телеметрическая система с кабельным каналом связи и технологиче­ской оснасткой;

малогабаритные инклинометры с гироскопическим и магнитным дат­чиками азимута;

зарезные долота;

шарошечные и алмазные долота;

керноотборное оборудование и инструмент;

диамагнитные бурильные трубы пониженной жесткости;

устройства для подвески и герметизации хвостовиков;

скважинные фильтры на хвостовики диаметром 73—168 мм с щелевым зазором 0,15 — 0,25 мм;

технологическая оснастка для крепления хвостовиков (башмаки, кла­паны обратные и др.).

Вывод: В данной работе были изучены конструктивные особенности опорно – центрирующих элементов.

Выполнил :

Арутюнов Ю.Э.

Подпись

Принял :

Гринько Д.А