Расширитель скважин

Авторы патента:

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 боковым отверстием, ниже которого внутри установлена насадка, сужающая его проходное сечение, 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, фиксатор, жестко соединенный с низом кольцевого поршня и выполненый в виде конической призмы сужающейся вниз с выступами на плоскостях типа «ласточкин хвост», которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими пазами, режущих элементов закрепленных на хвостовиках, изготовленных в виде лап с возможностью ограниченного перемещения относительно плоскостей фиксатора, который выполнен с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, при этом для стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня и ответных этим сегментам углублений - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя. Причем хвостовик на наружной поверхности снабжен плоскостью, наклоненной снизу вверх к оси корпуса, с

перпендикулярной осью, а режущие элементы выполнены в виде шарошек, выполненных в виде фигуры вращения, с центральным отверстием, взаимодействующим с осью хвостовика с возможностью вращения.

Использование предлагаемого расширителя скважины позволяет увеличить срок службы устройства за счет изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов - шарошек в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях, а также дает возможность применения его при ремонте колонн.

Известен «Расширитель скважин» (патент RU 2117747, Е21В 07/28, опубл. Бюл. 23 от 20.08.1998 г.), включающий 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважин» (патент на полезную модель RU 63840, Е21В 07/28, опубл. Бюлл. 16 от 10.06.2007), 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 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, соединенный с кольцевым поршнем фиксатор с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов 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 ответных этим сегментам углублений - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения выдвижных элементов, установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с корпусом расширителя. Причем фиксатор жестко соединен с низом кольцевого поршня и выполнен в виде полой конической призмы, сужающейся вниз, с выступами на плоскостях типа «ласточкин хвост», которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими пазами, выполненными на хвостовиках режущих элементов, изготовленных в виде лап с возможностью ограниченного перемещения относительно плоскостей фиксатора, при этом ниже бокового отверстия изнутри кольцевой поршень снабжен насадкой, сужающей его проходное сечение.

Недостатком первой конструкции является невысокая долговечность инструмента, связанная с ненадежным механизмом фиксации породоразрушающих элементов в рабочем положении, а так же возможность заклинивания при поломке внутренних элементов устройства и подъеме инструмента из скважины.

Недостатком второй конструкции является то, что применение плашек с твердосплавными зубками целесообразно в твердых породах, чтобы производить расширение с меньшим количеством спускоподъемных операций для замены породоразрушающих элементов. А в мягких породах и в породах средней твердости рациональнее использовать породоразрушающие элементы в виде шарошек, так как они дешевле в изготовлении и при замене необходимо менять только саму шарошку без хвостовика, не разбирая расширитель. Кроме этого в

отличие от шарошек, плашки нельзя использовать для калибровки и фрезеровки при ремонте колонн.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной и долговечной конструкции за счет изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях, а также использование в качестве породоразрушающих элементов шарошек.

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 боковым отверстием, ниже которого внутри установлена насадка, сужающая его проходное сечение, 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, фиксатор, жестко соединенный с низом кольцевого поршня и выполненный в виде конической призмы сужающейся вниз с выступами на плоскостях типа «ласточкин хвост», которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими пазами, режущих элементов закрепленных на хвостовиках, изготовленных в виде лап с возможностью ограниченного перемещения относительно плоскостей фиксатора, который выполнен с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, при этом для стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня и ответных этим сегментам углублений - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.

Новым является то, что хвостовик на наружной поверхности снабжен плоскостью, наклоненной снизу вверх к оси корпуса, с перпендикулярной осью, а режущие элементы выполнены в виде шарошек, выполненных в виде фигуры вращения, с центральным отверстием, взаимодействующим с осью хвостовика с возможностью вращения.

На фиг.1 показан расширитель в рабочем положении, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 - фрагмент расширителя, где укрупненно показано место соединения режущих элементов с фиксатором; на фиг.4 - фрагмент расширителя, где укрупненно показано место стопорения режущих элементов в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.5 - сечение Б-Б; на фиг.6 - вид снизу на торцевую поверхность дополнительного кольцевого поршня.

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 (фиг.3) выдвижные режущие элементы шарошки 6 с расположенными на режущей поверхности твердосплавными зубками 7. В полости 8 (фиг.4) 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 (фиг.3), выполненным в виде полой конической призмы, сужающейся вниз, с выступами на плоскостях типа «ласточкин хвост», которые входят в зацепление с хвостовиками 5 выдвижных режущих элементов 6, имеющих возможность ограниченного перемещения относительно плоскостей фиксатора 11. Ниже бокового отверстия 10 (фиг.1) изнутри кольцевой поршень 9 снабжен насадкой 12 (фиг.3), сужающей его проходное сечение для создания перепада гидравлического давления выше нее. На наружной поверхности кольцевого поршня 9 (фиг.1) 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.4) кольцевого поршня 9, радиально подпружиненных пружинами 21 кольцевых сегментов 22 (фиг.5), входящих своими выступами из пазов 20 (фиг.4) 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.4, 6) в виде самоуплотняющейся манжеты, изготовленной из эластичного материала (например, резины), к нижнему торцу которой прикреплена опорная шайба 26 (фиг.6).

Между дополнительным поршнем 25 с опорной шайбой 26 и кольцевыми сегментами 22, размещен толкатель 27 (фиг.4), 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.2) и 31 (фиг.2) некруглого сечения, например, шестигранников, а также резьбы 32 (фиг.1) и 33 для соединения расширителя с колонной бурильных труб и скважинным оборудованием соответственно.

Расширитель скважин работает следующим образом.

С помощью резьбы 32 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб (не показано) и спускают в скважину (не показано). 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.4), кромки 23 которых находятся в углублениях 24 корпуса 1 (фиг.1).

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(фиг.3), проходной канал 3(фиг.1) 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.4) 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, сжимая пружины 21, до полного выхода кольцевых сегментов 22 из углублений 24 корпуса 1 (фиг.1).

Выйдя, таким образом из зацепления с кольцевым поршнем 9, 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 на хвостовики 5 (фиг.3), выводит выдвижные режущие элементы 6 из отверстий 4 (фиг.1) 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 хвостовики 5 (фиг.3) выдвижных режущих элементов 6 начинают перемещаться относительно плоскостей фиксатора 11 и возвращаются в исходное транспортное положение внутрь корпуса 1 (фиг.1).

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 боковым отверстием, ниже которого внутри установлена насадка, сужающая его проходное сечение, 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, фиксатор, жестко соединенный с низом кольцевого поршня и выполненный в виде конической призмы, сужающейся вниз с выступами на плоскостях типа «ласточкин хвост», которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими пазами режущих элементов, закрепленных на хвостовиках, изготовленных в виде лап с возможностью ограниченного перемещения относительно плоскостей фиксатора, который выполнен с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, при этом устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня и ответных этим сегментам углублений - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя, отличающийся тем, что хвостовик на наружной поверхности снабжен плоскостью, наклоненной снизу вверх к оси корпуса, с перпендикулярной осью, а режущие элементы выполнены в виде шарошек, выполненных в виде фигуры вращения, с центральным отверстием, взаимодействующим с осью хвостовика с возможностью вращения.