Результат интеллектуальной деятельности: РАСШИРИТЕЛЬ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

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

Известен расширитель скважин (патент РФ №2445431, МПК Е21В 7/28, опубл. в Бюл. №8 от 20.03.2012 г.), содержащий корпус с наклонными поверхностями и размещенным в нем штоком с образованием камеры, кольцевой поршень с толкателем, размещенный в камере, лапы, выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими наклонными поверхностями корпуса и толкателя поршня и ограниченного радиального перемещения наружу, при этом толкатель поршня выполнен в виде многогранной призмы, размещенной сверху поршня, а лапа снизу снабжена фаской под соответствующую грань призмы поршня, причем корпус оснащен верхним и нижним ограничителями, выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним концами лап для ограничения при их радиальном перемещении наружу.

Недостатком данного расширителя является высокая вероятность аварийной ситуации при спуске в скважину из-за недостаточной фиксации лап в транспортном положении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель-калибратор раздвижной (патент РФ №2425944, МПК Е21В 7/28, опубл. в Бюл. №22 от 10.08.2011 г.), содержащий центратор, корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, содержащий полый вал с поршнем, размещенный в проходном канале корпуса, толкатель, установленный в полости, образованной внутренней стенкой корпуса и наружной стенкой полого вала, а во внутреннюю полость полого вала вставлена втулка, при этом полый вал вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, лопасти снабжены хвостовиками, взаимодействующими с втулкой полого вала при выдвижении лопастей в рабочее положение, и устройство для стопорения лопастей в нерабочем положении, содержащее радиально подпружиненные кольцевые сегменты, взаимодействующие с толкателем и расположенные в проточке вала, и ответную этим сегментам проточку во внутренней стенке корпуса, причем плашки центратора выполнены раздвижными и установлены в дополнительные пазы корпуса, а хвостовики плашек снабжены выступами типа «ласточкин хвост», взаимодействующими с ответными пазами, выполненными на наклонных поверхностях фиксатора, установленного жестко на валу ниже поршня и выше втулки, причем рабочая поверхность плашек выполнена в виде выступающих винтовых выступов, на которых размещены рядами с перекрытием друг друга калибрующие зубки, установленные заподлицо с винтовой поверхностью соответствующих выступов, к тому же диаметр описанной окружности плашек в рабочем положении на 1-2% меньше диаметра описанной окружности лопастей, кроме того, плашек столько же, сколько и лопастей, а расположены они со смещением на величину половины угла относительно лопастей.

Недостатками данной конструкции расширителя-калибратора являются:

- одновременное врезание плашек и подъем корпуса за счет гидравлики, так как плашки, врезаясь в стенку скважины, затрудняют подъем корпуса, препятствуют полному раскрытию расширителя в рабочее положение и, как следствие, происходит расширение ствола скважины на величину меньше проектной;

- низкая надежность, так-как шарнирные соединения плашек и корпуса имеют малую прочность, кроме того, при изготовлении расширителя малого диаметра данный элемент имеет малый размер и небольшую устойчивость к нагрузкам.

Технической задачей предлагаемого расширителя скважин является создание надежной и долговечной конструкции за счет упрощения конструкции и гарантированного надежного врезания плашек в породу до нужного диаметра расширения.

Техническая задача решается расширителем ствола скважины, содержащим центратор, корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, полый вал с верхней резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и нижней втулкой, размещенный в проходном канале корпуса с фиксацией от проворота относительно корпуса, причем лопасти снабжены хвостовиками, взаимодействующими с втулкой полого вала при выдвижении лопастей в рабочее положение, и устройство для стопорения лопастей в нерабочем положении, содержащее радиально подпружиненные кольцевые сегменты.

Новым является то, что хвостовики выполнены в виде радиальных поршней, вставленных в корпус с возможностью ограниченного радиального перемещения под действием внутреннего избыточного давления благодаря установленным изнутри кольцевым сегментам и установленным снаружи лопастям, причем хвостовики выполнены с возможностью взаимодействия с полой втулкой вала через кольцевые сегменты, а кольцевые сегменты выполнены в виде продольных пластин.

На фиг. 1 показан расширитель скважин в транспортном положении, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1 в рабочем положении.

Расширитель ствола скважины (фиг. 1) содержит центратор 1, корпус 2 с центральным проходным каналом 3 и пазами 4. Центральный проходной канал 3 имеет сужение 5, необходимое для создания перепада давления, лопасти 6, снабженные породоразрушающими элементами 7 и выступами в форме зубьев 8, закрепленными в пазах 4 корпуса 2 с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей 6 в рабочее положение, полый вал 9 с верхней резьбой 10 для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием 11 и нижней втулкой 12, размещенным в проходном канале 3 корпуса 2 с фиксацией от проворота относительно центратора 1 (фиг. 2) и корпуса 2, причем лопасти снабжены хвостовиками 13 (фиг. 3 и 4), выполненными в виде радиальных поршней, взаимодействующими с втулкой 12 (фиг. 1) полого вала 9 при выдвижении лопастей 6 в рабочее положение, и устройство для стопорения лопастей в нерабочем положении, содержащее радиально подпружиненные кольцевые сегменты 14, выполненные в виде продольных пластин. Фиксация от проворота вала 9 (фиг. 2) относительно центратора 1 происходит за счет многогранников (см. фиг. 2), вставленных друг в друга с возможностью продольного перемещения, или продольной выборки на валу 9 или в центраторе 1, взаимодействующей со шпонкой (на фиг. 2 не показана) центратора 1 или вала 9 соответственно, или любого другого технологического решения (на фиг. 2 не показано).

Технологические соединения и элементы устройства, не влияющие на работоспособность, на чертежах не показаны.

Расширитель работает следующим образом.

Расширитель с помощью резьбы 10 соединяют с винтовым забойным двигателем (на фиг. 1 не показан) и спускают в скважину (не показана), при этом полый вал 9 нижней втулкой упирается в кольцевые сегменты 14, тем самым фиксируют полый вал 9 от продольного перемещения относительно центратора 1 и корпуса 2. Кольцевые сегменты 14 подпружинены, тем самым фиксируя лопасти 6 от продольных перемещений в пазах 4.

На заданной глубине подают промывочную жидкость (буровой раствор), в результате чего винтовой забойный двигатель (не показан) начинает вращать расширитель. Промывочная жидкость (буровой раствор) через центральный проходной канал 3 поступает в промывочные отверстия долота (не показано). Под действием перепада давления жидкости над сужением 5 кольцевые сегменты 14 через хвостовики 13 выводят лопасти 6 в рабочее положение. Породоразрушающие элементы 7 начинают врезаться в стенки.

Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале. При этом полый вал 9 (фиг. 4) опускается вниз, а нижняя втулка 12 фиксирует подпружиненные кольцевые сегменты 14 от продольного перемещения, тем самым сохраняя постоянным рабочий диаметр расширителя независимо от изменений давления жидкости.

После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и расширитель поднимают. При этом под действием собственного веса центратор 1 с корпусом 2 перемещается вниз до упора, остатки промывочной жидкости выходят через боковое отверстие 11, а нижняя втулка 12 освобождает подпружиненные кольцевые сегменты 14. Благодаря этому кольцевые сегменты 14 с хвостовиками 8 и лопастями 6 возвращаются в исходное положение внутрь корпуса 2.

Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря надежной фиксации плашек в транспортном положении зубки защищены от скалывания при спуске в интервал расширения. Фиксация плашек в рабочем положении позволяет равномерно расширять ствол скважины независимо от перепадов давления и изменений осевых нагрузок на расширитель. Кроме этого, отсутствие вибраций защищает зубки от скалывания, продлевая срок службы лопастей. Предлагаемая конструкция расширителя является надежной и долговечной за счет упрощения конструкции узлов вывода лопастей в рабочее положение и их фиксации в этом положении.