Результат интеллектуальной деятельности: РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН

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

Известен расширитель скважин (патент СССР №1554453, МПК Е21В 7/28, опубл. бюл. №26 от 20.09.2000 г.), включающий корпус с радиальными проточками, размещенные в них опоры с хвостовиками и шарошки, закрепленные в опорах на осях, хвостовик каждой опоры выполнен эксцентрично в сторону ее нижней части, а ось шарошки выполнена за одно целое с опорой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (патент RU №2117747, МПК ⁶ Е21В 7/28, опубл. бюл. №23 от 20.08.1998 г.), включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены 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, причем 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.

Недостатками данных конструкций являются:

- небольшая проходка и износ вооружения шарошек вследствие концентрации сил на опоры шарошек при осевой нагрузке, а также из-за радиальной вибрации устройств;

- устройства не обеспечивают получение калиброванного ствола необходимого диаметра и качества, в результате чего возникает потребность в повторной проработке ствола (например, при установке профильного перекрывателя);

- требуют использования дополнительного опорно-центрирующего устройства необходимого диаметра (например, центратора).

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной и долговечной конструкции, обеспечивающей получение калиброванного ствола скважины строго необходимого диаметра и качества по всей длине расширяемого интервала, не создающей дополнительной нагрузки на буровой инструмент и многократно увеличивающей ресурс вооружения 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 нижнем 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, содержащие 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 на кольцевом поршне между средством присоединения к колонне труб и цилиндром установлены соответственно верхний - неподвижный толкатель и нижний - подвижный толкатель с противоположными наружными наклонными поверхностями, сужающимися к кольцевому поршню, причем нижний толкатель выполнен с возможностью взаимодействия с цилиндром и продольного перемещения относительно кольцевого поршня, при этом между толкателями равномерно по периметру кольцевого поршня размещены плашки с наклонными внутренними поверхностями, соответствующими наклонным поверхностям толкателей, с которыми соединены с возможностью перемещения вдоль них с раздвижением плашек в рабочее положение.

На фиг.1 показан расширитель скважин; на фиг.2 - вид А фиг.1; на фиг.3 - фрагмент устройства, где укрупненно показан калибрующий узел в транспортном положении, на фиг.4 - фрагмент устройства, где укрупненно показан калибрующий узел в рабочем положении; фиг.5 - сечение Б-Б фиг.4.

Расширитель скважины (фиг.1) содержит полый корпус 1 с внутренним кольцевым выступом 2, имеющим 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 механизм выдвижения шарошек 6 из радиальных отверстий 4 корпуса 1, содержащий кольцевой поршень 8 с боковым отверстием 9 (фиг.2) и установленный в нем с помощью гайки 10 (фиг.1) фиксатор 11, служащий для фиксирования шарошек 6 в выдвинутом положении. На наружной поверхности кольцевого поршня 8 (фиг.2) выполнены верхний 12 и нижний 13 упоры, а на корпусе 1 (фиг.1) с помощью резьбы 14 установлен цилиндр 15, имеющий верхний 16 (фиг.2) и нижний 17 (фиг.1) внутренние кольцевые выступы, взаимодействующие соответственно с верхним 12 (фиг.2) и нижним 13 упорами кольцевого поршня 8. Причем цилиндр 15 с кольцевым поршнем 8 образует гидравлическую камеру 18, сообщенную с боковым отверстием 9 кольцевого поршня 8 с его центральным каналом 19, в которой размещено устройство для стопорения шарошек 6 (фиг.1) в нерабочем положении. Это устройство выполнено в виде радиально подпружиненных сегментов 20 (фиг.2), расположенных в наружных пазах кольцевого поршня 8, и ответных этим сегментам 20 углублений 21 в цилиндре 15. В гидравлической камере 18, ниже бокового отверстия 9 кольцевого поршня 8, расположен дополнительный поршень 22. Между дополнительным поршнем 22 и сегментами 20 установлен толкатель 23 для вывода сегментов 20 из зацепления с цилиндром 15. Для создания необходимого перепада давления в центральном канале 19 кольцевого поршня 8 установлена гидромониторная насадка 24.

На кольцевом поршне 8 (фиг.1, 3, 4) между средством присоединения к бурильной колонне 25 (фиг.1) и цилиндром 15 установлены верхний неподвижный 26 (фиг.1, 3, 4) и нижний подвижный 27 толкатели. Верхний 26 и нижний 27 толкатели выполнены с противоположными наружными наклонными поверхностями 28 (фиг.3, 4), которые сужаются к кольцевому поршню 8. Верхний толкатель 26 зафиксирован к кольцевому поршню 8 от проворота шпонкой 29, сверху закреплен упорной гайкой 30 и полукольцами 31, которые фиксируют его от продольных перемещений. По периметру кольцевого поршня 8 (фиг.5) между верхним 26 (фиг.1, 3, 4) и нижним 27 толкателями размещены плашки 32 с наклонными внутренними поверхностями 33 (фиг.3, 4), которые соответствуют наружным наклонным поверхностям 28 толкателей.

Расширитель скважин работает следующим образом.

Расширитель соединяют с колонной бурильных труб (не показано) с помощью средства присоединения к бурильной колонне 25 (фиг.1) и спускают в скважину (не показано). При этом корпус 1, соединенный с цилиндром 15 с помощью резьбы 14, зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 8: вниз - его верхним упором 12 (фиг.2), в который упирается верхний внутренний кольцевой выступ 16 цилиндра 15, вверх - радиально подпружиненными сегментами 20. Благодаря этому при возникновении условий, препятствующих свободному спуску расширителя в скважину (искривление ствола, каверны и т.д), приложение усилий для проталкивания инструмента не повлечет преждевременное выдвижение шарошек 6 (фиг.1) из радиальных отверстий 4 корпуса 1, так как стопорное устройство срабатывает только от создания внутреннего гидравлического давления.

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 8, гидромониторную насадку 24 (фиг.2), кольцевой зазор между гайкой 10 (фиг.1) и фиксатором 11, полость 7 корпуса 1 и далее через проходные каналы 3 в корпусе 1 поступает в промывочные отверстия долота (не показано). Гидромониторная насадка 24 (фиг.2), установленная в центральном канале 19 кольцевого поршня 8, создает необходимый перепад давления, распространяющийся через боковое отверстие 9 кольцевого поршня 8 в гидравлическую камеру 18, дополнительный поршень 22 вместе с толкателем 23 перемещаются вниз, при этом толкатель 23 выводит из зацепления сегменты 20 из углублений 21 цилиндра 15. Корпус 1 (фиг.1) с цилиндром 15, под действием того же перепада давления, перемещаются вверх до упора нижнего внутреннего кольцевого выступа 17 в нижний упор 13 (фиг.2) кольцевого поршня 8. Одновременно гайка 10 (фиг.1) упирается во внутренний кольцевой выступ 2, а фиксатор 11, соединенный с гайкой 10, воздействует на хвостовики 5 и выводит шарошки 6 из радиальных отверстий 4 в рабочее положение. Нижний толкатель 27 (фиг.4), взаимодействующий с цилиндром 15, также перемещается вверх относительно кольцевого поршня 8 до упора с верхним неподвижным толкателем 26, при этом наружные наклонные поверхности толкателей 28, взаимодействуя с внутренними наклонными поверхностями 33 плашек, выводят плашки 32 (фиг.4, 5) в рабочее положение. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.

После окончания расширения скважины нагнетание жидкости прекращают и расширитель поднимают из нее. При этом плашки 32 (фиг.4), достигнув нерасширенной части ствола скважины (не показано), остановят движение вверх корпуса 1 (фиг.1) с цилиндром 15, тогда как кольцевой поршень 8 с фиксатором 11 продолжает перемещаться вверх относительно них до кольцевого выступа 16 (фиг.2) цилиндра 15, при этом сегменты 20 фиксируют его и кольцевой поршень 8 от продольного перемещения. Одновременно с кольцевым поршнем 8 (фиг.3) вверх перемешается верхний толкатель 26, который выполнен неподвижным относительно кольцевого поршня 8 и зафиксирован с ним шпонкой 29, а сверху закреплен упорной гайкой 30 с полукольцами 31. Благодаря этому перемещению и реакции стенок скважины плашки 32 возвращаются в исходное транспортное положение, а хвостовики 5 (фиг.1) с шарошками 6, освободившись от воздействия на них фиксатора 11, под действием сил реакции стенок нерасширенной части скважины (не показано) возвратятся в исходное положение внутрь корпуса 1.

Предлагаемое устройство является надежной и долговечной конструкцией, обеспечивающей калиброванный ствол скважины строго необходимого диаметра по всей длине расширяемого интервала, не создающей дополнительной нагрузки на бурильные трубы и многократно увеличивающей ресурс вооружения расширителя.