расширитель скважин

Формула изобретения

Расширитель скважин, 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 присоединения 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 корпуса фиксатор и устройство стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя ниже бокового отверстия основного поршня, причем устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных сегментов, расположенных в наружных пазах поршня, и ответных этим сегментам углублений в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода сегментов из зацепления с цилиндром расширителя, отличающийся тем, что сверху кольцевого выступа корпуса внутри размещены упругие в осевом направлении элементы, выполненные с возможностью взаимодействия с нижним торцом кольцевого поршня при его перемещении вниз относительно корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале.

Известен расширитель скважины (а.с. СССР № 1391182, МПК4 E21B 7/28, опубл. Бюл. № 32 от 20.11.96 г.), включающий полый корпус с кольцевым седлом, выдвижные шарошки с хвостовиками, установленными в боковых отверстиях корпуса, переходник и механизм выдвижения шарошек с поршнем, имеющим центральный канал и размещенным в корпусе, с фиксирующим стержнем, установленным с зазором в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения и имеющим кольцевой выступ, при этом поршень скреплен с переходником и установлен в корпусе посредством шлицевого соединения, в переходнике выполнен радиальный канал для сообщения внутренней полости переходника с надпоршневым пространством корпуса, верхняя часть фиксирующего стержня размещена с зазором в центральном канале поршня и имеет дополнительный кольцевой выступ, в центральном канале поршня выполнено седло, расположенное с возможностью взаимодействия с дополнительным кольцевым выступом, а на дополнительном кольцевом выступе фиксирующего стержня и на внутренней поверхности корпуса, в месте взаимодействия с фиксирующим стержнем, выполнены продольные каналы для сообщения центрального канала поршня с полостью нижней части корпуса.

Недостатком данного расширителя является его низкая работоспособность, из-за преждевременного самопроизвольного вывода шарошек в рабочее положение при спуске его в наклонные, искривленные и кавернозные скважины из-за отсутствия в его конструкции узла, фиксирующего шарошки в транспортном положении, что затрудняет спуск расширителя в скважину.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (а.с. № 2117747, МПК6 E21B 7/28, опубл. Бюл. № 23 от 20.08.98 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 корпуса фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя, при этом 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 между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.

Недостатком этого расширителя является его низкая долговечность из-за ударных нагрузок на шарошки, возникающих в результате вибраций бурового инструмента в процессе расширения скважины, что приводит к уменьшению срока службы шарошек расширителя.

Техническими задачами предлагаемого расширителя скважин являются повышение долговечности и работоспособности, снижение вибраций бурового инструмента в процессе расширения скважины и увеличение срока службы шарошек расширителя.

Техническая задача решается расширителем скважин, 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 присоединения 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 корпуса фиксатор и устройство стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя ниже бокового отверстия основного поршня, причем устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных сегментов, расположенных в наружных пазах поршня, и ответных этим сегментам углублений в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.

Новым является то, что сверху кольцевого выступа корпуса внутри размещены упругие в осевом направлении элементы, выполненные с возможностью взаимодействия с нижним торцом кольцевого поршня при его перемещении вниз относительно корпуса.

На фиг.1 показан расширитель скважин в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - фрагмент расширителя в рабочем положении, где укрупненно показано взаимодействие нижнего торца кольцевого поршня с упругими элементами.

Расширитель скважин (фиг.1) содержит полый корпус 1 с внутренним кольцевым выступом 2, имеющим внутренние проходные каналы 3 и радиальные отверстия 4 в его стенке, в которых установлены с помощью хвостовиков 5 выдвижные шарошки 6. В полости 7 корпуса 1 размещен кольцевой поршень 8 с фиксирующими его от проворота в корпусе 1 поверхностями 9 (фиг.2), взаимодействующими с ответными поверхностями 10 корпуса 1, боковым отверстием 11 (фиг.1), верхним 12 и нижним 13 кольцевыми упорами на наружной поверхности и резьбой 14 для подсоединения к бурильной колонне 15, цилиндр 16, имеющий верхний 17 и нижний 18 внутренние кольцевые выступы, жестко соединенный с корпусом 1 и образующий с кольцевым поршнем 8 гидравлическую камеру 19, сообщенную его боковым отверстием 11 с центральным каналом 20 кольцевого поршня 8.

Кольцевой поршень 8 содержит фиксатор 21 для вывода шарошек 6 в рабочее положение, установленный в нем, например, с помощью гайки 22 (или втулки, упора и др. технологических элементов - на фиг.1 не показано) и имеющий верхний 23 и нижний 24 кольцевые выступы, взаимодействующий с хвостовиками 5 шарошек 6. В верхнем кольцевом выступе 23 выполнены наружные продольные каналы 25 для сообщения центрального канала 20 кольцевого поршня 8 с полостью 7 корпуса 1. На наружной поверхности кольцевого поршня 8 размещено устройство для стопорения шарошек 6 в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень в виде самоуплотняющейся манжеты 26 из эластичного материала (например, резины, полиуретана и т.п.) с опорной шайбой 27, расположенный в гидравлической камере 19 расширителя ниже бокового отверстия 11 кольцевого поршня 8, а также радиально подпружиненные с помощью пружин 28 кольцевые сегменты 29, установленные в наружных пазах 30 кольцевого поршня 8, и ответные им углубления 31 в цилиндре 16. Между опорной шайбой 27 дополнительного кольцевого поршня и кольцевыми сегментами 29 размещен толкатель 32, выполненный в виде кольца. В полом корпусе 1 на кольцевом выступе 2 размещены упругие элементы 33 (например, тарельчатые пружины, пружины сжатия-растяжения, втулки из полиуретана и т.п.).

Расширитель скважин работает следующим образом.

С помощью резьбы 14 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб 15 и спускают в скважину. При этом корпус 1 с цилиндром 16 зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 8 благодаря верхнему кольцевому упору 12 и кольцевым сегментам 29 кольцевого поршня 8, взаимодействующими соответственно с верхним внутренним кольцевым выступом 17 и углублениями 31 в цилиндре 16.

На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости, которая через центральный канал 20 кольцевого поршня 8, продольные каналы 25 в выступе 23 фиксатора 21, кольцевой зазор между гайкой 22 и фиксатором 21, полость 7 корпуса 1 и проходные каналы 3 корпуса 1 поступает в промывочные отверстия долота (не показано). Благодаря элементам зацепления корпуса 1 и кольцевого поршня 8, выполненных в виде сопрягаемых поверхностей 9 и 10 (фиг.2) некруглого сечения (например, четырехгранников, шестигранников и т.п.), происходит их совместное вращение.

Под действием перепада давления, возникающего в центральном канале 20 (фиг.1) и распространяющегося через боковое отверстие 11 кольцевого поршня 8 в гидрокамеру 19, дополнительный кольцевой поршень 26 перемещается вниз и, воздействуя своей опорной шайбой 27 на толкатель 32, также перемещает его вниз. При этом толкатель 32, воздействуя по касательной на кольцевые сегменты 29, перемещает их вдоль продольной оси расширителя внутрь наружных пазов 30 кольцевого поршня 8, сжимая пружины 28, до полного выхода кольцевых сегментов 29 из углублений 31 цилиндра 16.

Выйдя из зацепления с кольцевым поршнем 8, корпус 1 с цилиндром 16 под действием того же перепада давления перемещается вверх до соприкосновения упругих элементов 33 (фиг.3, 4),взаимодействующих с выступом 2 (фиг.1) корпуса 1, с нижним торцом гайки 22 кольцевого поршня 8. Одновременно фиксатор 21, воздействуя на хвостовики 5, выводит выдвижные шарошки 6 из радиальных отверстий 4 в рабочее положение.

К моменту полного выдвижения шарошек 6 из радиальных отверстий 4 корпуса 1 нижний кольцевой выступ 24 фиксатора 21 упирается во внутренний кольцевой выступ 2 корпуса 1 и поднимает фиксатор так, что его верхний кольцевой выступ 23 оказывается выше гайки 22, образуя зазор между нижним торцом выступа 23 и гайкой 22. Вследствие этого давление нагнетания жидкости уменьшается, что свидетельствует о полном выдвижении шарошек 6 в рабочее положение. При подаче колонны бурильных труб вниз, кольцевой поршень 8 перемещается вниз относительно корпуса 1, взаимодействуя своим нижним торцом с упругими в осевом направлении элементами 33, размещенными на кольцевом выступе 2 внутри корпуса 1, при этом, в случае полного сжатия упругих элементов 33, наружный кольцевой упор 13 кольцевого поршня 8 перемещается до упора с внутренним выступом 18 цилиндра 16. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.

После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и расширитель поднимают из нее. При этом шарошки, достигнув нерасширенной части скважины (не показано), остановят движение вверх корпуса 1 с цилиндром 16, тогда как кольцевой поршень 8 с фиксатором 21 продолжает перемещаться вверх относительно них. Благодаря этому хвостовик 5 с выдвижными шарошками 6, освободившись от воздействия на них фиксатора 21, под действием сил реакции стенок нерасширенной части скважины, возвратится в исходное положение внутрь корпуса 1.

Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря упругим в осевом направлении элементам, размещенным внутри корпуса сверху кольцевого выступа и выполненными с возможностью взаимодействия с нижним торцом кольцевого поршня при его перемещении вниз, повышается долговечность и работоспособность, за счет снижения ударных нагрузок на шарошки, возникающих в результате вибраций бурового инструмента в процессе расширения скважины, что способствует увеличению срока службы шарошек расширителя.