Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОРОТА И РАЗРУШЕНИЯ БАШМАКА РАСШИРЯЕМЫХ КОЛОНН

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

Известно «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.), включающее 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, 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:

- невозможность разрушения башмака, изготовленного из полиамида или текстолита, так как эти материалы имеют низкий коэффициент скольжения, и при этом производится одновременное развальцовывание 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн» (патент RU №2465433, МПК E21B 29/00, опубл. в Бюл. №30 от 27.10.2012 г.), 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. При этом 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. Недостатками данного устройства являются:

- высокие осевые нагрузки и длительное время работы при разрушении башмака, связанные с неоптимальным расположением и углом установки режущих элементов, что может привести к аварийной ситуации в горизонтальных скважинах;

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

Техническими задачами предложения являются значительное уменьшение осевой нагрузки, крутящего момента и сокращение времени за счет повышения эффективности работы устройства для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн в наклонно направленных и горизонтальных участках скважин.

Технические задачи решаются устройством для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн, содержащим корпус с промывочным каналом, установленную жестко на нем режущую оправку с сообщенными с промывочным каналом центральным и технологическими отверстиями, оснащенную снизу режущими элементами, размещенными радиально и равномерно относительно оси вращения, и каналами для удаления стружки, выполненными в виде радиальных расширяющихся к периферии торцевых каналов, размещенных у режущих элементов и сообщенных с промывочным каналом технологическими отверстиями, располагаемыми ближе к центру вращения оправки, и с продольными выборками-пазами на цилиндрической поверхности оправки, при этом 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 диаметр расширения корпуса и угол фаски подобраны с возможностью ввода оправки внутрь расширяемой колонны при скольжении устройства по стенке скважины.

Новым является то, что угол между режущими элементами в диапазоне 110°-140° и задний угол режущих элементов в диапазоне 8°-20° выбираются в зависимости от материала башмака, при этом соответственно описанная снизу поверхность оправки образует обращенный вершиной вниз конус с углом при вершине 110°-140°, а отверстия оправки оснащены гидромониторными насадками, при этом расширение с фаской корпуса изготовлено из материала более твердого, чем материал расширяемой колонны, а вставки на фаске корпуса изготовлены из твердого сплава, при этом радиальные каналы, размещенные у режущих элементов, выполнены расширяющимися под углом, равным углу между рядами режущих элементов, а в глубину радиальные каналы выполнены расширяющимися от центра к периферии.

На фигуре изображено устройство для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн.

Устройство включает корпус 1 с промывочным каналом 2, установленную жестко на нем режущую оправку 3 с сообщенными с промывочным каналом 2 центральным и технологическими отверстиями 4, оснащенную снизу режущими элементами 5, размещенными радиально и равномерно относительно оси вращения. Каналы 6 для удаления стружки, размещенные у режущих элементов 5 и сообщенные с промывочным каналом технологическими отверстиями 4, располагаемыми ближе к центру вращения оправки, и с продольными выборками-пазами 7 на цилиндрической поверхности оправки 3. Корпус 1 снабжен кольцевым расширением 8 с фаской 9 со стороны оправки 3 и продольными выборками 10, каждая из которых выполнена в виде соединенных радиальной и тангенциальной плоскостей, причем радиальная обращена в сторону вращения, а диаметр расширения 8 корпуса 1 и угол фаски 9 подобраны с возможностью ввода оправки 3 внутрь расширяемой колонны при скольжении устройства по стенке скважины.

Угол между режущими элементами 5 в диапазоне 110°-140° и задний угол режущих элементов 5 в диапазоне 8°-20° выбираются в зависимости от материала башмака, например, для полиамида - 110°, чугуна - 140°. Описанная снизу поверхность оправки 3 выполнена конусной и образует обращенный вершиной вниз конус с углом при вершине 110°-140°, что соответствует и углу между режущими элементами. Отверстия 4 оправки 3 оснащены гидромониторными насадками 11 для разрушения и удаления выбуренного шлама. Для увеличения ресурса устройства расширение 8 с фаской 9 корпуса 1 изготовлено из материала более твердого, чем материал расширяемой колонны. Вставки 12 на фаске 9 корпуса 1 изготовлены из твердого сплава для разбуривания более твердых материалов. Радиальные каналы 6, размещенные у режущих элементов 5, выполнены расширяющимися под углом α, равным углу между рядами режущих элементов α₁. В глубину радиальные каналы выполнены расширяющимися от центра к периферии.

Устройство работает следующим образом.

В скважину в интервал установки на колонне бурильных труб (на фигуре 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 (на фигуре не показано) 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.

По достижении башмака расширяемой колонны происходит внедрение режущих элементов 5 оправки 3 устройства в поверхность башмака и его разрушение. Благодаря тому, что угол установки и задний угол режущих элементов 5 соответствуют оптимальному углу для разбуривания выбранного материала башмака, скорость разбуривания башмака значительно возрастает. Кроме того, не происходят поломки режущих элементов 5. По мере разрушения башмака образующаяся стружка благодаря промывочной жидкости, поступающей в зону резания по колонне бурильных труб, и далее через внутренний промывочный канал 2, технологические отверстия 4, гидромониторные насадки 11, по радиальным каналам 6 для удаления стружки, пазам 7 на цилиндрической поверхности оправки 3 и продольным выборкам 10 корпуса 1 удаляется из скважины, не препятствуя работе устройства. Благодаря гидромониторным насадкам 11 происходит разрушение стружки на мелкие фрагменты. Благодаря тому, что радиальные каналы 6, размещенные у режущих элементов 5, выполнены расширяющимися под максимально возможным углом и в глубину выполнены расширяющимися от центра к периферии, происходит быстрое удаление выбуренной стружки и шлама, что в свою очередь не препятствует дальнейшему бурению, исключает аварийную ситуацию в виде прихвата инструмента. По мере работы устройства в работу начинают вступать расширение 8 с фаской 9 корпуса 1, разбуривая (или вывинчивая по резьбе) остатки башмака с помощью вставок 12. Благодаря тому, что расширение 8 с фаской 9 корпуса 1 изготовлено из материала более твердого, чем материал расширяемой колонны, а вставки 12 выполнены из твердого, износостойкого материала, значительно увеличивается ресурс работы устройства без износа.

После прохождения устройства через башмак расширяемой колонны ее расширяют 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 эффективности работы устройства для отворота и разрушения башмака расширяемых колонн за счет значительного уменьшения времени на разбуривание башмака и значительное уменьшение осевой нагрузки, крутящего момента, исключающих заклинивание устройства, в том числе в наклонно направленных и горизонтальных участках скважин.