расширитель скважин

Формула изобретения

1. Расширитель скважин, содержащий корпус с центральным каналом и наклонными пазами, в которых установлены лапы с зубками, размещенный в центральном канале корпуса подпружиненный шток с кольцевым поршнем и элементы для передачи усилий кольцевого поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение, отличающийся тем, что корпус выполнен с продольными каналами, элементы для передачи усилий кольцевого поршня лапам выполнены в виде стержней, установленных в продольных каналах корпуса с возможностью совершать возвратно-поступательные движения и зафиксированных от вращения вокруг своих геометрических осей фиксаторами, а шток снабжен зацепами, взаимодействующими с лапами при перемещении их в транспортное положение.

2. Расширитель скважин по п.1, отличающийся тем, что стержни для передачи усилий кольцевого поршня лапам выполнены цилиндрическими, с наклонными срезами на верхних концах, ответными наклонным пазам корпуса, и с продольными каналами для промывки лап, сообщенными отверстиями в кольцевом поршне с центральным каналом корпуса.

3. Расширитель скважин по п.1 или 2, отличающийся тем, что фиксаторы стержней для передачи усилий кольцевого поршня лапам выполнены в виде сегментных пластин, закрепленных на нижних концах стержней и имеющих часть боковой поверхности, образованной окружностью, соответствующей внутреннему диаметру корпуса в интервале перемещения в нем кольцевого поршня и контактирующей с внутренней стенкой корпуса в этом интервале.

Описание изобретения к патенту

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

Известен расширитель скважин, содержащий корпус с центральным каналом и наклонными пазами, в которых установлены лапы с зубками и цапфами, на которых консольно установлены шарошки, размещенные в центральном канале корпуса, подпружиненный шток и поршень с элементом для передачи усилий поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение в виде кольцевого выступа (а.с. СССР №582373, МПК 2 E21B 7/28, опубл. 30.11.77 г. в бюл. №44).

Недостатком известного устройства является невозможность размещать на корпусе более двух рабочих органов без ущерба его прочности. Следствием этого является вибрирование и биение их в процессе расширения скважин из-за недостаточного центрирования расширителя в скважине. При этом поверхность расширенного участка скважины получается неровной, что не позволяет качественно установить профильный перекрыватель при изоляции зон осложнения бурения скважин. Низка также скорость фрезерования пород.

Кроме того, консольное закрепление шарошек на лапах при повышении механических нагрузок приводит к их поломке.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и количеству совпадающих существенных признаков является расширитель скважин, включающий корпус с центральным каналом и наклонными пазами, в которых установлены лапы с зубками, размещенный в центральном канале корпуса подпружиненный шток с кольцевым поршнем и элементы для передачи усилий поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение, выполненные в виде двухзвенных тяг, жестко соединенных с кольцевым поршнем и шарнирно - с лапами (патент РФ №2172385, МПК 7 Е21В 7/28, опубл. 20.08.2001 г. в бюл. №23).

Недостатком этого расширителя является низкая работоспособность из-за частых поломок элементов передачи усилий поршня лапам (двухзвенных тяг) при выводе их и удерживании в рабочем положении вследствие наличия механических связей их с поршнем (жесткой) и лапами (шарнирной).

Этот же недостаток присущ и расширителю-аналогу (а.с. СССР №582373), где вывод и удержание лап в рабочем положении осуществляется кольцевым выступом, выполненным на поршне.

Технической задачей изобретения является повышение работоспособности расширителя.

Это достигается тем, что в описываемом расширителе скважин, содержащем корпус с центральным каналом и наклонными пазами, в которых установлены лапы с зубками, размещенный в центральном канале корпуса подпружиненный шток с кольцевым поршнем и элементы для передачи усилий поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение, согласно изобретению корпус выполнен с продольными каналами, элементы для передачи усилий поршня лапам выполнены в виде стержней, установленных в продольных каналах корпуса с возможностью совершать возвратно-поступательные движения и зафиксированных от вращения вокруг своих геометрических осей фиксаторами, а шток снабжен зацепами, взаимодействующими с лапами при перемещении их в транспортное положение.

Это позволяет повысить работоспособность расширителя за счет исключения механических связей элементов, передающих усилия поршня лапам (стержней), с поршнем и лапами, в результате чего предотвращаются поломки этих элементов в условиях работы при больших механических нагрузках.

Другим отличием предлагаемого расширителя является то, что стержни для передачи усилий поршня лапам выполнены цилиндрическими, с наклонными срезами на верхних концах, ответными наклонным пазам корпуса, и с продольными каналами для промывки лап, сообщенными отверстиями в поршне с центральным каналом корпуса.

Это упрощает технологию изготовления расширителя, поскольку цилиндрические формы каналов в корпусе и стержней легко выполнимы.

Еще одним отличием предлагаемого расширителя является то, что фиксаторы стержней для передачи усилий поршня лапам выполнены в виде сегментных пластин, закрепленных на нижних концах стержней и имеющих часть боковой поверхности, образованной окружностью, соответствующей внутреннему диаметру корпуса в интервале перемещения в нем поршня, и контактирующей с внутренней стенкой корпуса в этом интервале.

Это техническое решение также упрощает изготовление расширителя и предотвращает повреждение поверхности в корпусе, по которой скользит кольцевой поршень.

На фиг.1 показан расширитель в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - расширитель при расширении скважины, продольный разрез.

Расширитель скважин (фиг.1) содержит корпус 1 с центральным каналом 2 и наклонными пазами 3, в которых установлены лапы 4 с зубками 5 и радиальными отверстиями 6 (фиг.1, 3). В центральном канале 2 корпуса 1 размещен шток 7, подпружиненный пружиной 8, на нижнем конце которого жестко закреплен кольцевой поршень 9 с отверстиями 10 (фиг.2), сообщающими кольцевую полость 11 корпуса с его центральным каналом 2. В верхний конец корпуса 1 ввинчена втулка 12, являющаяся упором пружины 8, нижний конец которой упирается в кольцевой выступ 13, выполненный снаружи штока 7, в котором закреплены зацепы 14 (фиг.1, 3), входящие в радиальные отверстия 6 лап 4. На верхний и нижний концы корпуса 1 навинчены переводники 15 и 16 соответственно, нижний из которых имеет внутренний выступ 17 для ограничения движения штока 7 с кольцевым поршнем 9. Переводники 15 и 16 имеют резьбы 18 и 19 для соединения со скважинным оборудованием (не показано). В стенке корпуса 1 имеются продольные каналы 20 (фиг.1, 2), в которых расположены цилиндрические стержни 21 с наклонными срезами 22 на верхних концах, ответными наклонным пазам 3 корпуса 1 и продольными каналами 23, сообщающими кольцевую полость 11 корпуса 1 со скважиной 24 (фиг.4). Нижние концы цилиндрических стержней 21 снабжены фиксаторами, предотвращающими их вращение вокруг своих геометрических осей, выполненными в виде сегментных пластин 25 (фиг.1, 2), имеющих часть боковой поверхности 26, контактирующую с внутренней поверхностью 27 корпуса 1 в интервале перемещения кольцевого поршня 9, образованную окружностью, соответствующей внутреннему диаметру корпуса в указанном интервале.

Расширитель работает следующим образом.

С помощью резьбы 18 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб 28 (фиг.4) и спускают в скважину 24. На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной закачкой в нее промывочной жидкости, которая через центральный канал 2 корпуса 1 поступает в промывочные каналы долота (не показано), в которых создается перепад давления. По мере возрастания перепада давления над долотом кольцевой поршень 9 со штоком 7 перемещается вверх. При этом пружина 8 сжимается, а цилиндрические стержни 21 под действием кольцевого поршня 9, скользя своими наклонными срезами 22 по наклонной поверхности пазов 3 и по продольным каналам 20 корпуса 1, перемещают лапы 4 по пазам 3 вверх до упора в нижний торец 29 переводника 15, выводя таким образом их в рабочее положение. При этом сегментные пластины 25 благодаря наличию боковой поверхности 26, соответствующей внутреннему диаметру корпуса 1, в интервале перемещения поршня 9 фиксируют стержни 21 от вращения вокруг своих геометрических осей. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину 24 в заданном интервале. При этом промывочная жидкость, проходя из центрального канала 2 корпуса 1 через отверстия 10 в кольцевом поршне 9 и каналы 23 в цилиндрических стержнях 21, дополнительно промывает лапы 4 и их зубки 5 от разбуриваемой породы.

После окончания расширения скважины нагнетание жидкости прекращают, вследствие чего пружина 8, воздействуя на кольцевой выступ 13 штока 7, перемещает его и кольцевой поршень 9 в исходное положение (фиг.1). Одновременно зацепы 14 штока 7, вдвигаясь в радиальные отверстия 6 лап 4, перемещают их тоже в транспортное положение. При этом цилиндрические стержни 21 благодаря освобождению их от механических связей с кольцевым поршнем 9 и лапами 4 выполняют лишь челночные функции по передаче усилий кольцевого поршня 9 лапам 4, что предотвращает их от поломок и, следовательно, повышает работоспособность расширителя в целом.