устройство для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн

Формула изобретения

Устройство для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн, содержащее корпус с промывочным каналом, установленную на нем оправку, оснащенную каналами для удаления стружки и снизу режущими элементами, размещенными радиально и равномерно относительно оси вращения, отличающееся тем, что корпус снабжен кольцевым расширением с фаской со стороны оправки и продольными выборками, каждая из которых выполнена в виде соединенных радиальной и тангенциальной плоскостей, причем радиальная обращена в сторону вращения, а оправка соосно и жестко соединена с корпусом, перекрывая промывочный канал, и снабжена центральным отверстием, сообщенным с промывочным каналом, при этом каналы оправки для удаления стружки выполнены в виде радиальных расширяющихся к периферии торцевых каналов, размещенных у режущих элементов по ходу вращения и сообщенных с промывочным каналом технологическими отверстиями, располагаемыми ближе к центру вращения оправки, и с продольными выборками пазами на цилиндрической поверхности оправки, причем расширение с фаской корпуса изготовлено из материала более твердого, чем материал башмака и менее твердого, чем материал расширяемой колонны, при этом диаметр этого расширения и угол фаски подобраны с возможностью ввода оправки внутрь расширяемой колонны при скольжении устройства по стенке скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для отворота и разрушения башмака при установке в скважинах расширяемых колонн из профильных и цилиндрических труб.

Известен фрезер (патент RU на полезную модель № 34620, МПК 7 E21B 29/00, опубл. в Бюл. № 34 от 10.12.2003 г.), включающий цилиндрический корпус с промывочными отверстиями, верхний конец которого имеет резьбу для присоединения к колонне бурильных труб, режущий инструмент с режущими элементами, причем режущие элементы выполнены с износостойкими пластинами с обеспечением ступенчатого вырезания окна, фрезер дополнительно содержит вспомогательную оснастку, упорные и центрирующие вставки, а вспомогательная оснастка выполнена с основными режущими элементами или направляющей, кроме того, режущие элементы выполнены сменными, легко перезатачиваемыми на обычном оборудовании.

Недостатками данного устройства являются:

- невозможность работы фрезером внутри расширяемых колонн из профильных и цилиндрических труб, так как режущие элементы на периферии устройства выполнены без учета предохранения стенок труб в переходных участках с различными диаметрами;

- возможность возникновения аварийной ситуации при входе устройства в расширяемую колонну в горизонтальных участках скважин, так как режущие элементы, расположенные на периферии устройства, могут повредить торец расширяемой колонны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для развальцовки труб и разрушения башмака в скважине (патент RU на полезную модель № 81518, МПК E21B 29/10, опубл. в Бюл. № 8 от 20.03.2009 г.), содержащее корпус и установленную на нем на наклонной цапфе с возможностью вращения оправку, наружная поверхность которой образована сопряженными между собой чередующимися участками поверхности шара и фигурными поверхностями, причем фигурные поверхности образованы боковыми поверхностями цилиндров, оси которых расположены в перпендикулярной к оси вращения оправки плоскости, причем оправка снизу снабжена режущими элементами, размещенными на поверхности равномерно относительно оси вращения оправки с возможностью взаимодействия и разрушения башмака, при этом режущая кромка режущих элементов более удалена от центра поверхности шара оправки, чем образующая поверхность самой поверхности шара, кроме того, режущие элементы могут быть размещены радиально на продолжении ребер, образованных чередующимися участками поверхности шара и фигурными поверхностями, и оснащены канавками для удаления стружки.

Недостатками данного устройства являются:

- высокие осевые нагрузки при разрушении башмака, связанные с одновременным развальцовыванием труб расширяемой колонны;

- высокая вероятность заклинивания устройства и поломки режущих элементов из-за отсутствия промывки в зоне резания и недостаточного сечения каналов для удаления стружки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и работоспособности устройства для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн, особенно в наклонно направленных и горизонтальных участках скважин за счет надежной центрации устройства на входе и внутри расширяемой колонны, исключения повреждения стенок колонны режущими элементами, а также снижения осевых и радиальных нагрузок при разрушении башмака.

Техническая задача решается устройством для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн, содержащим корпус с промывочным каналом, установленную на нем оправку, оснащенную каналами для удаления стружки и снизу режущими элементами, размещенными радиально и равномерно относительно оси вращения.

Новым является то, что корпус снабжен кольцевым расширением с фаской со стороны оправки и продольными выборками, каждая из которых выполнена в виде соединенных радиальной и тангенциальной плоскостей, причем радиальная обращена в сторону вращения, а оправка соосно и жестко соединена с корпусом, перекрывая промывочный канал, и снабжена центральным отверстием, сообщенным с промывочным каналом, при этом каналы оправки для удаления стружки выполнены в виде радиальных, расширяющихся к периферии торцевых каналов, размещенных у режущих элементов по ходу вращения и сообщенных с промывочным каналом технологическими отверстиями, располагаемыми ближе к центру вращения оправки, и с продольными выборками пазами на цилиндрической поверхности оправки, причем расширение с фаской корпуса изготовлено из материала более твердого, чем материал башмака, и менее твердого, чем материал расширяемой колонны, при этом диаметр этого расширения и угол фаски подобраны с возможностью ввода оправки внутрь расширяемой колонны при скольжении устройства по стенке скважины.

На чертеже изображено устройство для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн (частично в разрезе).

Устройство содержит корпус 1 с промывочным каналом 2, установленную на нем оправку 3 с каналами 4 для удаления стружки и снизу режущими элементами 5, размещенными радиально и равномерно относительно оси вращения устройства.

При этом корпус 1 снабжен кольцевым расширением 6 с фаской 7 со стороны оправки 3 и продольными выборками 8, каждая из которых выполнена в виде соединенных радиальной 9 и тангенциальной 10 плоскостей, причем радиальная плоскость 9 обращена в сторону вращения.

Оправка 3 соосно и жестко соединена с корпусом 1, перекрывая промывочный канал 2, и снабжена центральным отверстием 11, сообщенным с промывочным каналом 2.

Каналы 4 оправки для удаления стружки выполнены в виде радиальных, расширяющихся к периферии торцевых каналов, размещенных у режущих элементов 5 по ходу вращения и сообщенных с промывочным каналом 2 технологическими отверстиями 12, располагаемыми ближе к центру вращения оправки 3, и с продольными выборками 8 пазами 13 на цилиндрической поверхности оправки 3.

Причем расширение 6 с фаской 7 корпуса 1 благодаря, например, наплавленным на фаске 7 вставкам 14 изготовлено из материала более твердого, чем материал башмака (не показан), и менее твердого, чем материал расширяемой колонны (не показана), при этом диаметр расширения 6 и угол фаски 7 подобраны с возможностью ввода оправки 3 внутрь расширяемой колонны при скольжении устройства по стенке скважины (не показана).

Устройство работает следующим образом.

В скважину в интервал установки на колонне бурильных труб (не показана) спускают расширяемую колонну из профильных и (или) цилиндрических труб с башмаком, в которых создают избыточное гидравлическое давление, предварительно прижимая их к стенкам скважины.

Далее устройство в сборе с помощью внутренней резьбы (не показана) соединяют со скважинным оборудованием (чаще всего навинчивают на нижний торец развальцевателя) и спускают на колонне бурильных труб в скважину до интервала установки расширяемой колонны. По достижении верхнего торца расширяемой колонны начинают вращать колонну бурильных труб со скважинным оборудованием, расширяя (например, при помощи развальцевателя) и плотно прижимая к стенкам скважины по всей длине профильные и (или) цилиндрические трубы расширяемой колонны.

При этом устройство для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн из-за наличия переходной фаски 7 между наружной поверхностью корпуса 1 и кольцевым расширением 6 позволяет устройству свободно скользить по стенкам скважины и беспрепятственно войти внутрь расширяемой колонны, не повреждая ее торец, а благодаря наплавленным вставкам 14 из материала менее твердого, чем материал расширяемой колонны, устройство не повреждает недовыправленные гидравлическим давлением или переходные (с различными диаметрами) участки труб расширяемой колонны.

По достижении башмака расширяемой колонны происходит внедрение режущих элементов 5 оправки 3 устройства в материал башмака. По мере разрушения башмака образующийся шлам благодаря промывочной жидкости, поступающей в зону резания по колонне бурильных труб и далее через внутренний промывочный канал 2, центральное 11 и периферийные технологические отверстия 12 оправки 3, по каналам 4 для удаления стружки, пазам 13 на цилиндрической поверхности оправки 3 и продольным выборкам 8 корпуса 1, удаляется из скважины, не препятствуя работе устройства.

По мере работы устройства в работу начинают вступать продольные выборки 8 на поверхности корпуса 1, которые благодаря выступающим кромкам, образованным радиальной и тангенциальной плоскостями 9, 10, разрабатывают образующийся с помощью режущих элементов 5 в теле башмака кольцевой канал, пропуская через выборку 8 образующийся шлам и не допуская заклинивания устройства.

Далее начинает работать расширение 6 с фаской 7 корпуса 1, разбуривая (или вывинчивая по резьбе) остатки башмака с помощью вставок 14, твердость которых выше твердости башмака.

После прохождения устройства через башмак расширяемой колонны ее дораздают скважинным оборудованием (развальцевателем) до плотного прижатия к стенкам скважины. Затем всю компоновку поднимают на поверхность. Остатки башмака, упавшие на забой скважины, не препятствуют дальнейшему бурению.

Техническими преимуществами предлагаемого устройства являются повышение его надежности и работоспособности, особенно при работе в наклонно направленных и горизонтальных участках скважин, за счет надежной, благодаря ступенчатой конструкции устройства и переходной фаске на корпусе, центрации, позволяющей устройству свободно скользить по стенкам скважины и беспрепятственно входить внутрь расширяемой колонны, а также снизить нагрузки при разрушении башмака, проходя его последовательно обеими ступенями, а наличие промывочных каналов и выборок по всему телу устройства исключает вероятность заклинивания устройства и поломки режущих элементов.