Расширитель скважин
Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.
Расширитель скважин, включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные режущие элементы с твердосплавными зубками на режущей поверхности и с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с фиксатором, взаимодействующим в рабочем положении с хвостовиками, боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, радиально подпружиненные кольцевые сегменты, расположенные в наружных пазах кольцевого поршня и ответные этим сегментам углубления - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов, установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с корпусом расширителя. Причем режущие элементы подпружинены внутрь и соединены с корпусом шарнирно, с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и режущих элементов, а фиксатор выполнен полым с конусной поверхностью внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками, и жестко соединенным с кольцевым поршнем, при этом внутренняя полость кольцевого поршня или фиксатора ниже бокового отверстия выполнена сужающейся.
Использование предполагаемого расширителя скважины позволяет увеличить срок службы устройства и в частности режущих элементов за счет минимизации вибрации и ударов, передающихся на режущие элементы и изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях.
Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.
Известен «Расширитель скважин» (патент RU №2172385, Е21В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2001 г.), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные наклонных в пазах корпуса лапы с цапфами, на которых установлены шарошки с зубками, при этом лапы снабжены опорами, соединенными посредством тяг с поршнем и имеющими отверстия, в которых расположены свободные концы цапф лап, а поршень выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, причем зубки на каждой из шарошек размещены с различным шагом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважин» (патент RU №2117747, Е21В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.1998 г.), включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя, согласно изобретению устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня и ответных этим сегментам углублений - в цилиндре, причем дополнительный кольцевой поршень размещен в гидрокамере ниже бокового отверстия основного поршня, а дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.
Недостатками данных конструкций являются:
- сложность конструкции, и как следствие высокие материальные затраты на изготовление;
- невысокая долговечность режущих элементов; так как не обеспечивается жесткость режущих элементов относительно корпуса в рабочем положении устройства, при работе возникает вибрация режущих элементов, приводящая к их разрушению;
- невысокая долговечность инструмента, связанная со сложной многоэлементной конструкцией выдвижения породоразрушающих элементов в рабочее положение;
- ненадежный механизм фиксации породоразрушающих элементов, а так же возможность заклинивания при поломке внутренних элементов устройства и подъеме инструмента из скважины.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной и долговечной конструкции, исключение вибраций при работе за счет изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях.
Техническая задача решается расширителем скважин, включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные режущие элементы с твердосплавными зубками на режущей поверхности и с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с фиксатором, взаимодействующим в рабочем положении с хвостовиками, боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, радиально подпружиненные кольцевые сегменты, расположенные в наружных пазах кольцевого поршня и ответные этим сегментам углубления - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с корпусом расширителя
Новым является то, что режущие элементы подпружинены внутрь и соединены с корпусом шарнирно, с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через
продольные геометрические оси корпуса и режущих элементов, а фиксатор выполнен полым с конусной поверхностью внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками, и жестко соединенным с кольцевым поршнем, при этом внутренняя полость кольцевого поршня или фиксатора ниже бокового отверстия выполнена сужающейся.
На фиг.1 показан расширитель в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - фрагмент расширителя, где укрупненно показано место стопорения режущих элементов в нерабочем положении, продольный разрез; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - вид снизу на торцевую поверхность дополнительного кольцевого поршня; на фиг.5 - сечение А-А.
Расширитель скважин (фиг.1) содержит полый корпус 1 с внутренним кольцевым выступом 2, проходным каналом 3 и радиальными отверстиями 4, в которых установлены с помощью хвостовиков 5 выдвижные режущие элементы 6 с расположенными на режущей поверхности твердосплавными зубками 7. В полости 8 корпуса 1 размещен механизм выдвижения режущих элементов 6 из радиальных отверстий 4 корпуса, содержащий кольцевой поршень 9 с боковым отверстием 10 и жестко соединенным фиксатором 11. Ниже бокового отверстия 10 изнутри кольцевой поршень 9 снабжен насадкой 12, сужающей его проходное сечение для создания перепада гидравлического давления выше нее. На наружной поверхности кольцевого поршня 9 выполнены верхний 13 и нижний 14 кольцевые упоры, а на корпусе 1 с помощью резьбы 15 установлен цилиндр 16, имеющий кольцевой выступ 17, взаимодействующий с верхним кольцевым упором 13, а кольцевой выступ 2 корпуса 1 взаимодействует с нижним кольцевым упором 14 поршня 9. Причем цилиндр 16 с поршнем 9 образует гидравлическую камеру 18, сообщенную отверстием 10 кольцевого поршня 9 с его центральным каналом 19, в котором размещено устройство для стопорения выдвижных режущих элементов 6 в нерабочем положении. Это устройство состоит из установленных в кольцевых пазах 20 (фиг.2) кольцевого поршня 9, радиально подпружиненных пружинами 21 кольцевых сегментов 22 (фиг.3), входящих своими выступами в пазы 20 (фиг.2), а кромками 23 - в ответные им углубления 24, выполненные в корпусе 1, и расположенного ниже бокового отверстия 10 кольцевого поршня 9 дополнительного кольцевого поршня 25 (фиг.2, 4) в виде самоуплотняющейся манжеты, изготовленной из эластичного материала (например, резины), к нижнему торцу которой прикреплена опорная шайба 26 (фиг.4).
Между дополнительным поршнем 25 и опорной шайбой 26 размещен толкатель 27 (фиг.2), выполненный в виде кольца. Причем контактирующие поверхности толкателя 27 и кольцевого сегмента 22 выполнены коническими - 28, 29 соответственно.
Корпус 1 (фиг.1) и кольцевой поршень 9 имеют элементы зацепления для совместного вращения, выполненные в виде сопрягаемых поверхностей 30 (фиг.5) и 31 некруглого сечения, например, шестигранников, а также резьбы 32 (фиг.1) и 33 для соединения расширителя с колонной бурильных труб и скважинным оборудованием соответственно.
Режущие элементы 6 соединены с корпусом 1 с помощью хвостовиков 5 и осей 34 шарнирно, с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса 1 и режущих элементов 6. Фиксатор 11 выполнен полым с конусной поверхностью 35 внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками 5 режущих элементов 6, и жестко соединен с кольцевым поршнем 9. В нижних частях режущих элементов 6 установлены пружины 36, взаимодействующие с ограничителем 37 корпуса 1, поджимающие режущие элементы 6 внутрь и удерживающие их в транспортном положении.
Расширитель скважин работает следующим образом.
С помощью резьбы 32 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб (не показано) и спускают в скважину (не показана). При этом корпус 1 с цилиндром 16 зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 9: вниз - его кольцевым упором 13, в который упирается кольцевой выступ 17 цилиндра 16, вверх - кольцевыми сегментами 22 (фиг.3), кромки 23 которых находятся в углублениях 24 корпуса 1 (фиг.1). Пружины 36, установленные между нижними частями режущих элементов 6 и ограничителями 37 корпуса 1 удерживают режущие элементы 6 в транспортном положении.
На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора), которая через центральный канал 19 кольцевого поршня 9, насадку 12, проходной канал 3 поступает в промывочные отверстия долота (не показано).
Под действием перепада давления, возникающего в центральном канале 19 кольцевого поршня 9 и распространяющегося через его боковое отверстие 10 в гидрокамеру 18, дополнительный кольцевой поршень 25 (фиг.2) перемещается вниз и, воздействуя своей опорной шайбой 26 на толкатель 27, также перемещает его вниз. При этом толкатель 27, скользя своей конической поверхностью 28 по конической поверхности 29 кольцевых сегментов 22, перемещает их в сторону продольной оси
расширителя в кольцевые пазы 20, сжимая пружины 21, до полного выхода кольцевых сегментов 22 из углублений 24 корпуса 1 (фиг.1).
Выйдя таким образом из зацепления с кольцевым поршнем 8, корпус 1 с цилиндром 16 под действием того же перепада давления перемещается вверх до упора внутреннего кольцевого выступа 2 корпуса 1 в нижний кольцевой упор 14 кольцевого поршня 9. Одновременно фиксатор 11, воздействуя конусной поверхностью 35 на режущие элементы 6, поворачивает их благодаря осям 34 до упора режущих элементов 6 в ограничитель 37 и, таким образом, выводит их из отверстий 4 в рабочее положение. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.
После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и расширитель поднимают из нее. При этом выдвижные режущие элементы 6, достигнув нерасширенной части скважины (не показано), остановят движение вверх корпуса 1 с цилиндром 16, тогда как кольцевой поршень 9 с фиксатором 11 продолжает перемещаться вверх относительно них. Благодаря этому фиксатор 11 полностью выходит из-под выдвижных режущих элементов 6, а пружины 36 возвращают режущие элементы 6, поворачивая их на осях 34 относительно корпуса 1 в транспортное положение.
Использование предполагаемого расширителя скважины позволяет увеличить срок службы устройства и, в частности, режущих элементов за счет минимизации вибрации и ударов, передающихся на режущие элементы и изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях.
Расширитель скважин, включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные режущие элементы с твердосплавными зубками на режущей поверхности и с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с фиксатором, взаимодействующим в рабочем положении с хвостовиками, боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, радиально подпружиненные кольцевые сегменты, расположенные в наружных пазах кольцевого поршня и ответные этим сегментам углубления - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов, установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с корпусом расширителя, отличающийся тем, что режущие элементы подпружинены внутрь и соединены с корпусом шарнирно, с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и режущих элементов, а фиксатор выполнен полым с конусной поверхностью внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками, и жестко соединенным с кольцевым поршнем, при этом внутренняя полость кольцевого поршня или фиксатора ниже бокового отверстия выполнена сужающейся.
