расширитель скважины раздвижной

Формула изобретения

1. Расширитель скважины раздвижной, содержащий корпус с промывочными отверстиями и центральным проходным каналом и пазами, нижний центратор, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, содержащий подпружиненный полый вал с поршнем, размещенный в проходном канале корпуса, имеющий на нижнем конце элементы зубчатого зацепления, отличающийся тем, что в полости, образованной внутренней стенкой корпуса и наружной поверхностью полого вала, установлена втулка, упирающаяся в уступ корпуса, с крышкой, выполненной с отверстиями для промывочной жидкости, в центре крышки закреплена игла, а во внутреннюю полость полого вала вставлена втулка вала из твердосплавного материала, центральное отверстие которой перекрывает игла, причем в верхней части расширителя установлен верхний центратор.

2. Расширитель по п.1, отличающийся тем, что промывочные отверстия корпуса снабжены гидромониторными твердосплавными насадками.

3. Расширитель по п.2, отличающийся тем, что гидромониторные твердосплавные насадки в промывочных отверстиях корпуса выполнены сменными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для увеличения внутреннего диаметра буровых скважин при любых видах работ. Расширитель предназначен для увеличения диаметра скважины взамен использования долот большого диаметра в мягких и средних породах в любых интервалах глубин.

Известен расширитель скважины раздвижной (патент РФ №2231612, МПК⁷ Е21В 7/28, опуб. 27.06.2004 г.), содержащий корпус с центральным проходным каналом и прорезями, размещенный в нем поршень, подпружиненный шток и выдвигающиеся лапы с породоразрушающими элементами. Недостатками расширителя является наличие крестообразных кронштейнов на штоке и ответных крестообразных пазов на лапах, что сильно усложняет конструкцию узла выдвижения лопастей в рабочее положение, что в конечном итоге сказывается на надежности всей системы. Кроме того, из-за конструктивных особенностей в данном расширителе ограничен максимальный диаметр выдвижения лап, а при падении расхода промывочной жидкости может произойти неполное раскрытие лопастей и, следовательно, снижение диаметра расширения.

Известен расширитель раздвижной (патент США №6668949, МПК ⁷ Е21В 10/32, 7/04, опуб. 30.12.2003 г.), включающий трубчатый корпус с резьбовыми соединениями на концах, продольные пазы, подпружиненный плунжер и поворотные лопасти. Недостатком известного расширителя является невозможность определения момента полного раскрытия лопастей, сложность изготовления узла, служащего для раскрытия и закрытия лопастей. Насадки, служащие для очищения лопастей, являются несменными, ширина лопастей значительно меньше их длины, что может привести к их законтриванию при работе в скважине, и, как следствие, деформированию, изгибу. В этом случае велика вероятность того, что лопасти не вернутся в транспортное положение, что может привести к осложнениям при извлечении расширителя из скважины после окончания работ. Установка возвратной пружины не по оси расширителя может привести к перекосу поршня при его выдвижении. При падении расхода промывочной жидкости может произойти неполное раскрытие лопастей, и, следовательно, снижение диаметра расширения.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является расширитель по патенту Канады №2366134 (МПК⁷ Е21В 10/26, опуб. 21.06.2003 г.), содержащий корпус с пазами, центральным проходным каналом и центратором, подпружиненный полый вал, поршень и лопасти, выдвигаемые посредством реечной передачи. Недостатками указанного расширителя является то, что такая конструкция возможна только при достаточно большом диаметре корпуса расширителя. Любая попытка уменьшить диаметр корпуса расширителя, а следовательно, и диаметр пилотного ствола, сохранив при этом максимальный диаметр выдвижения лопастей, приведет к значительному снижению прочности лопастей. Это может привести к их законтриванию при работе в скважине, и, как следствие, к деформации. Велика вероятность того, что лопасти не вернутся в транспортное положение, что приведет к осложнениям при извлечении расширителя из скважины после окончания работ. Чаще всего задача как раз и заключается в том, чтобы расширить скважину или участок скважины малого диаметра до максимально возможного диаметра. Внутренняя поверхность полого вала ничем не защищена, что при использовании промывочных жидкостей с высоким содержанием твердой фазы приводит к преждевременному размыву тела вала. Недостатком также является невысокая прочность конструкции из-за наличия двух рядов пазов для выдвижных лопастей.

Задачей изобретения является упрощение конструкции расширителя, увеличение его прочности и ресурса работы.

Поставленная задача решается тем, что в расширителе скважины раздвижном, содержащем корпус с промывочными отверстиями и центральным проходным каналом и пазами, нижний центратор, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, содержащий подпружиненный полый вал с поршнем, размещенный в проходном канале корпуса, имеющий на нижнем конце элементы зубчатого зацепления, согласно изобретению, в полости, образованной внутренней стенкой корпуса и наружной поверхностью полого вала, установлена втулка, упирающаяся в уступ корпуса, с крышкой, выполненной с отверстиями для промывочной жидкости, в центре крышки закреплена игла, а во внутреннюю полость полого вала вставлена втулка вала из твердосплавного материала, центральное отверстие которой перекрывает игла, причем в верхней части расширителя установлен верхний центратор. Кроме того, промывочные отверстия корпуса снабжены гидромониторными твердосплавными насадками, выполненными сменными.

Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что

- пазы в корпусе и лопасти выполнены в один ряд - это упрощает конструкцию, повышает прочность и простоту изготовления;

- между валом и корпусом установлена втулка, верхний конец которой закрыт крышкой с отверстиями для прохождения промывочной жидкости. Крышка втулки разделяет поток промывочной жидкости на 2 части, одна из которых изливается через гидромониторные твердосплавные насадки в корпусе расширителя, оказывая гидромониторный эффект на разбуриваемую горную породу, а вторая - оказывает давление на поршень. Втулка защищает пружину от взаимодействия с промывочной жидкостью, что позволяет повысить ресурс работы пружины, предотвратить коррозию пружины, повысить точность ее срабатывания;

- в верхней части расширителя, как и в нижней, установлен центратор, его наличие позволяет, в отличие от прототипа, с высокой точностью центрировать расширитель перед началом выдвижения лопастей, предотвращая перекос и заклинивание лопастей, а также исключает вибрацию, что приводит к снижению вероятности слома резцов PDC в начальный момент работы;

- внутрь вала в верхнем его конце вставлена втулка, изготовленная из твердосплавного материала, служащая для защиты внутренней поверхности вала от абразивного износа при использовании промывочной жидкости с высоким содержанием твердых частиц. Гидромониторные твердосплавные насадки в корпусе расширителя, выполненные сменными, также предотвращают инструмент от преждевременного размыва.

- игла, закрепленная в центре крышки, перекрывающая вход во внутреннюю полость вала, служит для увеличения перепада давления в начальный момент работы при раскрытии лопастей. После полного раскрытия лопастей игла выходит из отверстия вала из-за того, что сам вал под действием поршня сдвигается вниз, открывается отверстие внутренней полости вала, давление снижается, что фиксируется на манометре и свидетельствует о полном раскрытии лопастей и служит сигналом для продолжения операции по расширению скважины.

Предлагаемое изобретение поясняет чертеж, где представлен разрез заявляемого расширителя по продольной оси.

Гидравлический раздвижной расширитель состоит из корпуса 1 с центральным проходным каналом и пазами, втулки 2, вала 3 с поршнем 4, расположенных внутри втулки. Верхний конец втулки 2 закрыт крышкой 14 с отверстиями для прохождения промывочной жидкости. Втулка 2 упирается в выступ внутренней поверхности корпуса. Поршень 4 навернут на вал 3, сжимая пружину 5, упирающуюся одним концом в поршень, другим концом - во втулку 2. Вал 3 выполнен полым, на наружной поверхности нижнего конца вала имеются специальные выступы в форме зубьев для осуществления зацепления с выступами лопасти 6, также выполненными в виде зубьев. В верхней части вала 3 во внутреннюю полость вставлена втулка 7, изготовленная из твердосплавного материала, и игла 8, закрепленная в центре крышки 14. Режущая поверхность лопасти 6 армирована алмазно-твердосплавными пластинами и/или PDC-резцами. Лопасти 6 крепятся в пазах корпуса 1 с помощью пальцев 9, фиксирующихся стопорными винтами. Лопасти являются сменными и заменяются по мере сработки. К корпусу 1 крепятся верхний переводник 10 с центратором 11 и нижний центратор 12. В корпусе имеются отверстия, в которые установлены сменные гидромониторные насадки 13 для промывочной жидкости, изготовленные из твердосплавного материала.

Работает расширитель следующим образом. Сначала осуществляется врезка лопастей в стенку скважины. Для этого начинают вращение инструмента без перемещения его вдоль оси скважины. Промывочную жидкость подают по бурильным трубам во внутреннюю полость корпуса 1, где поток на крышке 14 разделяется: часть потока срабатывается на гидромониторных насадках 13, создавая гидромониторный эффект на разбуриваемую горную породу, а часть срабатывается на поршне 4. При этом расширитель находится на весу, перемещение вдоль ствола скважины не осуществляется.

За счет малого диаметра насадок 13 создается избыточное давление, которое передается на поршень 4, передающий усилие валу 3, заставляющее его двигаться вниз, сжимая пружину 5. Выступы в форме зубьев на нижнем конце вала 3, входящие в зубчатое зацепление с выступами лопасти 6, передают усилие от вала 3, выдвигая лопасти наружу, в рабочее положение. В конце хода вала, при полном раскрытии лопастей, игла 8 выходит из центрального отверстия втулки 7, вследствие чего происходит перепускание промывочной жидкости через внутреннюю полость вала 3 и падение давления, которое фиксируется на манометре и свидетельствует о полном раскрытии лопастей.

Далее производится окончательное формирование зоны врезки - вращение расширителя в течение 5-10 минут, после чего начинают расширение ствола скважины - плавно подают нагрузку на инструмент. Промывка и охлаждение режущей поверхности лопастей производится через насадки 13 в корпусе 1 и током жидкости через пазы в корпусе. Расширение ведут до полной сработки лопастей. При окончании работ прекращают подачу промывочной жидкости, происходит разжатие пружины и возврат лопастей в транспортное положение.

Применение заявленного раздвижного расширителя скважины позволит за счет исключения двух рядов пазов в корпусе повысить прочность конструкции, особенно для скважин малого диаметра, увеличить ее работоспособность и надежность работы, а благодаря наличию иглы, сигнализирующей о полном раскрытии лопастей, повысить точность определения начала операции расширения скважины.