RU221827U1 - Фрезер забойный - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для кольцевого бурения при восстановлении и ремонте скважин методом фрезерования. Устройство содержит цилиндрический корпус, внутри которого по всей его длине выполнены промывочные каналы с промывочными отверстиями на нижнем торце корпуса, верхнее окончание корпуса содержит резьбу, нижний торец выполнен конусообразным, в нижней части корпус снабжен лопастями, внешние поверхности которых выполнены из композитного материала в виде калиброванной карбидо-вольфрамовой крошки с припоем. В нижней части лопастей в композитный материал запаяны твердосплавные зубки, выполненные в виде цилиндрических элементов с режущей частью конусообразной формы. Зубки обращены вершиной конуса вниз. Повышается эффективность работы фрезера. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для кольцевого бурения при восстановлении и ремонте скважин методом фрезерования, а также в качестве породоразрушающего инструмента для колонкового бурения [B23C 3/00, C22C 29/08, E21B 29/00].

Из уровня техники известен ФРЕЗЕР ЗАБОЙНЫЙ [RU 119386, опубл. 20.08.2012], который содержит цилиндрический корпус, верхний конец которого выполнен с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, а на нижнем расположены лезвия, покрытые твердосплавным материалом, между ними на нижнем торце выполнены промывочные отверстия, лезвия выполнены Г-образной формы и установлены длинными полками в открытых в сторону торца пазах, выполненных на боковой поверхности корпуса таким образом, чтобы короткие полки каждого лезвия заходили на торец корпуса, короткая полка каждого лезвия выполнена с тремя ступеньками, высота которых уменьшается в сторону резания и у верхней и средней ступеньки снижается под углом по краям, нижняя ступенька совпадает с нижним торцом корпуса, на средней ступеньке расположены зубья, выполненные из твердого сплава и имеющие форму усеченного конуса, направленного большим диаметром в сторону вращения фрезера, причем зубья выступают над верхней ступенькой, которая покрыта колотой крошкой твердого сплава. Лезвия закреплены в пазах корпуса сваркой. Лезвия выполнены из металла, более устойчивого к абразивному износу, чем корпус. Отверстия для промывки выполнены под углом к продольной оси корпуса и выходят на торец перед зубьями, закрепленными на лезвии. Зубья выполнены из карбида вольфрама. В качестве материала для покрытия верхних ступенек использована карбидо-вольфрамовая крошка с латунным припоем. На боковой поверхности лезвий выполнены отверстия, в которые запрессованы зубцы из твердосплавного сплава. Отверстия на боковой поверхности лезвий выполнены в два ряда в шахматном порядке. Задачами создания полезной модели являются: повышение надежности фрезера забойного, а также эффективности разбуривания песчаных пробок, и фрезерования металлических предметов, находящихся на забое скважины.

Недостатком аналога является ступенчатое строение торцевой поверхности фрезера, при этом нижняя ступень представляет собой горизонтальную поверхность, что обусловливает повышенное сопротивление породы при работе фрезера.

Также известен ИНСТРУМЕНТ ФРЕЗЕРНЫЙ [RU 131410, опубл. 20.08.2013], который изготовлен в виде фрезы для прорезания «окна» в обсадной колонне в буровой скважине и дальнейшем бурении длинного кармана и включает полый корпус, в котором выполнен промывочный канал вдоль оси фрезы, нижняя часть имеет вооруженные алмазосодержащими пластинами лопасти спиральной формы плавно с радиусом переходящие с торца в коническую боковую часть, с последующим переходом в цилиндрическую часть, на которой выполнены дополнительные, имеющие спиральную форму, лопасти, оснащенные износоустойчивым режуще-истирающим покрытием, в качестве которого могут быть использованы частицы карбида вольфрама.

Благодаря конусной боковой поверхности происходит плавное врезание фрезера в обсадную колонну без скачков крутящего момента. Из-за наличия вооружения из алмазосодержащих пластин на лопастях торцевой и нижней конической части фрезы, возможна как вырезка по металлу - «окно» в обсадной, так и дальнейшее эффективное бурение различных горных пород без дополнительных спуско-подъемных операций, как долотом. Цилиндрическая часть, состоящая из спиральных лопастей с режуще-истирающим покрытием, служит для расширения и калибрования вырезаемого «окна», ее спиральные лопасти способствуют равномерному движению фрезы по клин-отклонителю и препятствуют заклиниванию инструмента при заходе в «окно». За счет наличия промывочного канала происходит охлаждение режущих частей фрезера и отвод продуктов резанья и бурения.

Недостатком аналога является форма зубьев торцевой и боковой поверхностей фрезы: плоская поверхность основания усеченного конуса, в форме которого выполнены зубья, создает повышенное сопротивление поступательному и вращательному движению фрезы при бурении, таким образом, снижает эффективность работы фрезы.

Также известна ФРЕЗЕРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ РЕЗЦА СО ВСТАВКАМИ ИЗ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗНОГО КОМПОЗИТА [RU 2528349, опубл. 10.09.2014], которая содержит конструкцию насадки, сконфигурированную для установки на PDC-резец, включающий слой алмазной пластины и нижележащий слой подложки, при этом конструкция насадки включает первую часть, выполненную такой формы, чтобы перекрывать лицевую поверхность слоя алмазной пластины, не присоединяясь к ней, и вторую часть, простирающуюся перпендикулярно из первой части, а также выполненную такой формы, чтобы перекрывать и присоединяться к внешней граничной поверхности нижележащего слоя подложки. Фрезерная насадка также содержит PDC-резец и материал для присоединения второй части конструкции насадки к внешней граничной поверхности PDC-резца. Материал для присоединения является материалом припоя, и материал припоя также присутствует между первой частью конструкции насадки и лицевой поверхностью слоя алмазной пластины, чтобы обеспечить промежуточный амортизирующий слой между первой частью конструкции насадки и лицевой поверхностью слоя алмазной пластины без присоединения первой части конструкции насадки к лицевой поверхности слоя алмазной пластины. Конструкция насадки изготовлена из материала из карбида вольфрама и включает внешний наконечник из карбида вольфрама, установленный на материал насадки из металла/металлического сплава.

Недостатком аналога является вогнутая форма торцевой поверхности насадки, что обусловливает повышенное сопротивление породы при работе резца и снижение эффективности работы резца.

Наиболее близким по технической сущности является ФРЕЗЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ [RU 2310735, опубл. 20.11.2007], который содержит режущую и направляющую части. Режущая часть выполнена в виде фрезы для прорезания окна в обсадной колонне и включает полый корпус, в котором выполнен промывочный канал вдоль оси и промывочные отверстия в нижней части, боковые и концевые рабочие поверхности, покрытые износоустойчивым режуще-истирающим покрытием. Направляющая часть выполнена в виде клина-отклонителя с наклонной рабочей поверхностью. Корпус фрезы выполнен разъемным из верхней и нижней частей. Нижняя часть имеет торец в форме правильной пирамиды, на ребрах которой закреплены в один или два ряда твердосплавные режущие элементы. На гранях напаян слой режуще-истирающего покрытия. Верхняя часть имеет переменное сечение. Концевая часть верхней части имеет цилиндрическую форму. Над концевой частью корпус имеет форму усеченной пирамиды, на ребрах которой нанесено режуще-истирающее покрытие. Далее вверх корпус выполнен в виде сферического многогранника, грани которого в сечении имеют форму неправильной трапеции. На нижней боковой поверхности граней закреплены в один или два ряда режущие элементы, выше которых нанесено режуще-истирающее покрытие. Верхняя и нижняя часть соединены шлицевым крестообразным соединением и закреплены болтом, установленным в отверстии, выполненном под промывочным каналом в нижней части. На границе перехода от внутреннего диаметра промывочного канала к внутреннему диаметру отверстия под болт образована круговая опора, на которой размещен полый пружинный элемент и Т-образная головка болта. Вертикальная часть головки выполнена над горизонтальной частью и имеет диаметр, равный диаметру тела болта. В верхней части выполнены промывочные отверстия. Срезной болт расположен в резьбовом отверстии между концевыми рабочими поверхностями фрезы и в промежуточном элементе в виде втулки. Часть втулки выполнена в виде усеченного конуса с резьбой в нем и выступает над поверхностью клина-отклонителя. Расширяются возможности, упрощается технология сборки, улучшаются эксплуатационные характеристики.

Основными техническими проблемами прототипа являются:

выполнение корпуса фрезы разъемным, что с учетом высоких нагрузок при бурении потенциально снижает надежность фрезерного инструмента;

форма зубьев: плоская поверхность основания усеченного конуса, в форме которого выполнены зубья, создает при вращении повышенное сопротивление поступательному и вращательному движению фрезы при бурении, что снижает надежность и эффективность работы фрезера.

Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы фрезера.

Указанный технический результат достигается за счет того, что фрезер забойный, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого по всей его длине выполнены промывочные каналы с промывочными отверстиями на нижнем торце корпуса, верхнее окончание корпуса содержит резьбу, нижний торец выполнен конусообразным, в нижней части корпус снабжен лопастями, внешние поверхности которых выполнены из композитного материала в виде калиброванной карбидо-вольфрамовой крошки с припоем, в нижней части лопастей в композитный материал запаяны твердосплавные зубки, выполненные в виде цилиндрических элементов с режущей частью конусообразной формы, при этом твердосплавные зубки обращены вершиной конуса вниз.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе фрезера забойного.

На фиг. 2 показан вид снизу (нижний торец) фрезера забойного.

На фигурах обозначено: 1 – корпус; 2 – промывочный канал; 3 – промывочное отверстие; 4 – нижний торец; 5 – резьба; 6 – лопасть; 7 – композитный материал; 8 – твердосплавный зубок.

Осуществление полезной модели.

Фрезер забойный состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого по всей его длине выполнены промывочные каналы 2 с промывочными отверстиями 3 на нижнем торце 4 (см. фиг. 1 и 2).

Верхнее окончание цилиндрического корпуса 1 имеет резьбу 5 для присоединения к колонне бурильных труб (на фигурах не показана).

В нижней своей части корпус 1 снабжен лопастями 6, внешние поверхности которых выполнены из композитного материала 7, в частности из калиброванной карбидо-вольфрамовой крошки в связке с припоем.

В нижней части лопастей 6 в композитный материал 7 запаяны твердосплавные зубки 8 плотностью твердого сплава 14,4…14,8 г/см³ и твердостью HRA не менее 86,5, выполненные в виде цилиндрических элементов с режущей частью конусообразной формы.

Конусообразные окончания твердосплавных зубков 8 незначительно выступают на поверхности участка нижнего торца 4, выполненного в форме пятиконечной звезды, между лучами которой выполнены промывочные отверстия 3.

Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.

Фрезер забойный присоединяют посредством резьбы 5 к колонне бурильных труб (на фигурах не показана) и спускается в скважину. К фрезеру прикладывают осевую нагрузку и вращающий момент с одновременной подачей промывочной жидкости через промывочные каналы 2 и промывочные отверстия 3.

Композитный материал 7 и твердосплавные зубки 8, выполненные в виде цилиндрических элементов с режущей частью конусообразной формы, начинают истирать слои металла и цементного камня с фрезеруемого объекта, при этом в процессе фрезерования происходит разрушение аварийного объекта с образованием частиц малого размера, которые затем удаляют из забоя интенсивной промывкой через промывочные отверстия 3 в прямом и обратном направлении. Промывку через отверстия 3 осуществляют, в том числе с целью охлаждения зоны резания.

Промывочные отверстия 3 выполнены с максимально возможным для геометрии каждого исполнения фрезера проходным сечением, что дает возможность повысить эффективность промывки забоя скважины и охлаждения фрезера.

Указанный технический результат - повышение эффективности работы фрезера - достигается за счет следующих факторов:

конусообразная форма нижнего торца 4 и режущей части твердосплавных зубков 8 в совокупности с направлением вершины конусов вниз, то есть в сторону поступательного движения фрезера, позволяет равномерно распределить нагрузки при разрушении расфрезеруемого объекта, что позволяет использовать фрезер более эффективно;

выполнение композитного материала 7 из калиброванного дробленого карбидо-вольфрама в связке с припоем позволяет повысить твердость лопастей 6, что обеспечивает эффективность работы фрезера;

износостойкий композитный материал 7 лопастей 6 выполняет функцию стабилизатора при движении фрезера, что обеспечивает повышение эффективности его работы.

В 2023 г. заявителем были собраны экспериментальные образцы фрезеров забойных в соответствии с настоящим описанием, и были проведены лабораторные и производственные испытания в сравнении с образцами, представляющими собой реализации аналогов и прототипа.

Испытания показали повышение на 8…10% эффективности работы фрезера, выраженной в среднем времени прохождения аналогичных участков породы фрезерами сопоставимой конфигурации, что позволило подтвердить достижение на практике заявленного технического результата.

Фрезер забойный представляет собой изделие, обладающее конструктивным единством и произведенное с соблюдением установленного технологического процесса на предприятии-изготовителе.

Claims (1)

1. Фрезер забойный, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого по всей его длине выполнены промывочные каналы с промывочными отверстиями на нижнем торце корпуса, верхнее окончание корпуса содержит резьбу, нижний торец выполнен конусообразным, в нижней части корпус снабжен лопастями, внешние поверхности которых выполнены из композитного материала в виде калиброванной карбидо-вольфрамовой крошки с припоем, в нижней части лопастей в композитный материал запаяны твердосплавные зубки, выполненные в виде цилиндрических элементов с режущей частью конусообразной формы, при этом твердосплавные зубки обращены вершиной конуса вниз.