протектор для бурильных труб

Формула изобретения

Протектор для бурильных труб, включающий упругий корпус и металлический каркас, отличающийся тем, что корпус выполнен из полиэфирного термоэластопласта Хайтрел-4056.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, применяемым при бурении скважин, для защиты от износа бурильных и обсадных труб.

Известен протектор для бурильных труб, включающий резиновый корпус с ребрами и завулканизированную в нем металлическую арматуру в виде попарно связанных шарниром рычагов, расположенных в каждом ребре корпуса, один из рычагов в каждой паре расположен с наружной стороны ребра, а другой - с внутренней, причем концы рычагов шарнирно связаны с корпусом, а наружные рычаги подпружинены относительно внутренних рычагов рядом расположенных пар [1].

В известном протекторе применяется вулканизированный материал на основе нитрильных каучуков, имеющий относительно высокий коэффициент износа в среде бурового раствора (до 1,510^-14 м³/Дж), что в свою очередь снижает эксплуатационный ресурс протектора.

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совокупности существенных признаков является протектор для бурильных труб, включающий упругий корпус, состоящий из двух взаимозаменяемых разъемных оболочек из износостойкой резины, армированных металлическим каркасом. Оболочки соединяются друг с другом при помощи клинового соединительного штыря [2].

При реальных значениях контактных напряжений, возникающих в процессе бурения между бурильной трубой и обсадной колонной из-за низких упругопрочностных свойств материала протектора, происходит быстрый износ и потеря диаметра протектора, что снижает эксплуатационный срок последнего.

Изобретение решает задачу увеличения эксплуатационного ресурса протектора путем использования материала с высокими упругопрочностными характеристиками.

Для решения указанной задачи в протекторе для бурильных труб, включающем упругий корпус и металлический каркас, корпус выполнен из полиэфирного термоэластопласта Хайтрел-4056.

Новым в заявляемом техническом решении является то, что упругий корпус протектора выполнен из полиэфирного термоэластопласта.

Полиэфирный термоэластопласт представляет собой сополимер типа (AB)_n с чередующимися мягкими блоками, состоящими из эластичных сегментов политетраметиленгликоля, и жесткими блоками политетраметилентерефталата, образованными из диола и политерефтаметилентерефталата [3].

Термоэластопласт полиэфирный ТЭП-4056 предназначен для изготовления приводных ремней, формованных изделий, шлангов высокого давления, армированных двумя слоями стальной оплетки, рукавов конвейерных лент, диафрагм для механических насосов, пылезащитных колпачков для автомобилей, амортизаторов, защитных подвесок амортизаторов в автомобилях, всевозможных прокладок и уплотнений для сельскохозяйственных машин [4].

Термоэластопласт имеет следующие характеристики:

Диапазон рабочих температур, ^oC - (-50)-(+140)

Условная прочность при растяжении, МПа - Не менее 25

Относительное удлинение при разрыве, % - Не менее 300

Твердость по Шору Д., усл.ед. - 55 - 60

Показатель текучести расплава, г/10 мин при P=21,2 Н - 5 - 10 (при 220^oC)

Водопоглощение, % - Не более 0,5

Набухание в средах (1 сутки), %

масло СЖР-1 - 1,3

масло СЖР-3 - 5,7

Достигаемый при осуществлении изобретения технический результат состоит в том, что упругий корпус протектора, выполненный из термоэластопласта, обладает высокой прочностью и сопротивлением к износу, благодаря чему протектор обеспечивает надежное разделение бурильной трубы и обсадной колонны в процессе всех технологических операций продолжительное время.

На фиг. 1 представлен предлагаемый протектор для бурильных труб; на фиг. 2 - замок протектора.

Протектор для бурильных труб состоит из корпуса в виде двух разъемных оболочек 1, армированного металлическим перфорированным каркасом 2. Корпус 1 выполнен из полиэфирного термоэластопласта 3. Оболочки корпуса 1 соединяются друг с другом при помощи ушек клиновым штырем 4, вставляемым в клиновой замок 5.

Металлический каркас 2 выполнен перфорированными (например из стали ст 45) с отверстиями, расположенными по телу каркаса диаметром 10 мм.

Протектор работает следующим образом.

Оболочки корпуса 1 накладываются на поверхность бурильной трубы 6 и при помощи ушек соединяются клиновым штырем 4, вставляемым в клиновой замок 5. Первый штырь 4 устанавливается вручную, а установка второго штыря 4 осуществляется при определенном натяге, создаваемом стяжным устройством или монтажными клещами.

В результате спускоподъемных операций и при вращении бурильной колонны за счет использования протектора исключается контакт бурильных труб с обсадной колонной.

Продолжительность надежного разделения зависит от величины износа протектора.

Для определения необходимых характеристик были проведены эксплуатационные и лабораторные испытания протекторов из термоэластопласта и резиновой смеси на основе нитрильного каучука.

В табл. 1 и 2 приведены данные по испытанию протекторных материалов на износ и трение.

Сравнительные данные табл. 1 и 2 показывают, что термоэластопласт по своим качествам превосходит резину на основе нитрильного каучука.

Лабораторными испытаниями на машине трения ТМ-2 контактной пары "сталь обсадной колонны - термоэластопласт" установлено, что коэффициент трения и износ термоэластопластов при удельных контактных нагрузках 9,6 Н/мм² практически отсутствует и лишь при нагрузках 20 Н/мм² проявляется незначительный износ при низком коэффициенте трения. В то же время у материалов на базе нитрильного каучука при контактной нагрузке P = 9,6 Н/мм² объемный износ достигает 1,310^-5 мм³/Дж, коэффициент трения равен 0,117, а при P = 20 Н/мм² объемный износ достигает 1,810^-5 и выше при коэффициенте трения, равном 0,131.

Опытный образец заявляемого протектора, установленный на скважине N 1 Каинсайской площади предприятия "Оренбургбургаз", проработал 7200 ч без заметных признаков износа, причем износ контрольного образца (протектор фирмы "Weatherford") составил за это время 9 мм на сторону.

Предлагаемый протектор для бурильных труб имеет следующие преимущества: упругопрочностные свойства в 5 раз выше, чем у резин на основе нитрильных каучуков, при удельных нагрузках ниже 20 Н/мм² термоэластопласт не подвергается износу истиранием, разъемная конструкция позволяет оперативно монтировать протектор в условиях буровой. Коэффициент трения "сталь - термоэластопласт" близок к нулю, что позволяет увеличить эксплуатационный ресурс протектора. В результате использования протектора обеспечивается надежное разделение бурильных труб и обсадной колонны в процессе технологического цикла.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1293315, 4 МКИ E 21 B 17/10, "Протектор для бурильных труб", авторов В.М. Ивасива, А.Ф. Годорчука и др., заявл. 14.08.85, опубл. 28.02.87 БИ N 8.

2. РД 39.2.961.83 "Инструкция по эксплуатации бурильных труб", ВНИИТнефть, Куйбышев, 1984, с. 86 (прототип).

3. Термоэластопласты./ Под ред. В.В. Моисеева. М., Химия, 1985, с. 163.

4. ТУ 38.40335-94. Термоэластопласт полиэфирный.