Расширитель ствола скважины

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, в частности к строительству нефтяных и газовых скважин и может найти применение для увеличения диаметра ствола скважины в заданном интервале.

Известен расширитель скважины (см. патент RU №2117747, МПК Е21В 7/28, опубл. 20.08.1998 г., бюл. №23), включающий 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 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. При>том 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, а дополнительный кольцевой поршень выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты из эластичного материала, имеющей опорную шайбу в виде кольцевых сегментов, прикрепленных к ее торцевой поверхности.

Также известен расширитель скважины (см. патент RU №2172385, МПК Е21В 7/28, опубл. 20.08.2001 г., бюл. №23), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные в наклонных пазах корпуса лапы с цапфами, на которых установлены шарошки с зубками, размещенными с различным шагом. Лапы снабжены опорами, соединенными посредством тяг с поршнем и имеющими отверстия, в которых расположены свободные концы цапф лап, а поршень выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, при этом тяги поршня выполнены двухзвенными и соединены с опорами лап шарнирно.

Общим недостатком выше указанных расширителей является сложность конструкции, что снижает надежность их в работе. Как показала практика, при использовании их в промысловых условиях были случаи заклинивание и поломки элементов связи расширителя, следовательно они нуждаются в совершенствовании конструкции.

Известен расширитель скважины (см. патент на п/м №63840, МПК Е21В 7/28, опубл. 10.06.2007 г., бюл. №16), включающий корпус с центральным каналом и присоединительной резьбой на нижнем конце, гидрокамеру с установленным внутри кольцевым поршнем, плашки с режущими элементами, установленные в наклонных пазах, средство от проворота поршня относительно корпуса, ограничительные уступы, выполненные в корпусе и поршне, для хода поршня вверх в заданном интервале, боковые отверстия для подвода рабочей жидкости в гидрокамеру, и штуцирующая насадка для создания перепада давления в гидрокамере.

Данный расширитель по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.

Недостатком известного расширителя является сложность конструкции и не технологичность изготовления. Кроме того в нем не предусмотрен механизм принудительного возврата плашек в транспортное положение, что снижает надежность работы расширителя, в нем также отсутствует возможность регулирования выхода плашек в рабочее положение в зависимости от диаметра скважины, что усложняет настройку его на определенный размер, вызывающий необходимость дополнительной механической обработки. Наклонные пазы в виде ласточкиного хвоста поршня и плашки не защищены от действия агрессивной среды - тяжелого бурового раствора, поскольку они сообщены с каналом подачи бурового раствора.

Технической задачей изобретения является устранение выше отмеченных недостатков прототипа.

Поставленная техническая задача решается описываемым расширителем ствола скважины, включающим корпус с центральным каналом и присоединительной резьбой на нижнем конце, гидрокамеру с установленным внутри кольцевым поршнем, плашки с режущими элементами, установленными в наклонных пазах, средство от проворота поршня относительно корпуса, боковые отверстия для подвода рабочей жидкости в гидрокамеру и штудирующую насадку для создания перепада давления в гидрокамере.

Новым является то, что нижний конец корпуса снабжен наконечником с дополнительной штудирующей насадкой, установленной в боковом канале, выполненном под углом вверх, при этом хвостовая часть наконечника выполнена в виде цилиндра с внутренней кольцевой ступенчато выполненной расточкой, образующей гидравлическую камеру с наружной стенкой корпуса, сообщенную с центральным каналом, для фиксирования положения плашек относительно корпуса, концентрично ему установлена трубчатая направляющая с продольно выполненными окнами с установленными в них плашками с возможностью их свободного прохода, нижним концом направляющая на резьбе соединена с поршнем и зафиксирована шпонкой, закрепляемой к поршню винтами, установленной в одном из шлицеообразно выполненных пазах, выполненных по всему ее периметру, при этом направляющая снабжена ступенчато выполненными упорами, закрепленными винтами, и предотвращающими проворот направляющей и связанного с ней поршня относительно корпуса, при этом верхние торцы упоров одновременно являются опорной поверхностью для плашек, а поршень снабжен возвратной пружиной, установленной между направляющей и ступенчато выполненной расточкой корпуса.

Анализ известных технических решений в данной области техники, проведенных по патентному фонду института ТатНИПИнефть с целью определения технического уровня ретроспективностью 20 лет показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование, в заявляемой совокупности существенных признаков, позволяет получить новый технический результат, заключающийся в повышении надежности работы расширителя и в увеличении его долговечности, в упрощении его конструкции и технологии изготовления. Следовательно, можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и, по нашему мнению, критерию «изобретательский уровень».

Представленные рисунки поясняют суть изобретения, где на фиг. 1 изображен предлагаемый расширитель ствола скважины, где видны корпус, плашки, направляющая с окнами, упор для плашек, шпонка, наконечник, гидрокамера с поршнем, а также пружина для возврата поршня в исходное положение, в частичном продольном разрезе.

На фиг. 2 то же, что на фиг. 1, когда расширитель и рабочем положении, при котором поршень занял крайнее верхнее положение, а вылет плашек из окон направляющей максимальный, в частичном продольном разрезе.

На фиг. 3 - сечение по А-А по фиг. 1, когда плашки находятся в исходном положении, при этом они расположены в пределах оконных проемов направляющей.

На фиг. 4 - сечение по Б-Б по фиг. 2, когда плашки находятся в рабочем положении, при котором они максимально выдвинуты наружу из оконных проемов направляющей.

На фиг. 5 - сечение по В-В по фиг. 2, где видны корпус, шпонка, закрепленная к поршню.

Расширитель ствола скважины содержит корпус 1 (см. на фиг. 1 и 2) центральным и боковым каналами 2 и 3 соответственно, кольцевым выступом 4, и присоединительными резьбами 5 и 6 на концах, верхняя резьба 5 из которых выполнена замкового типа для присоединения к колонне труб для спуска расширителя в скважину в интервал расширения ее ствола, а к нижней резьбе 6 присоединен наконечника 7 с внутренней кольцевой расточкой в хвостовой части 8, со штуцером 9 в выходном отверстии и дополнительными штуцирующими насадками 10, установленными под углом выполненных боковых каналах 11, предназначенных для быстрой эвакуации бурового раствора вверх со шламами после промывания рабочих поверхностей с породоразрушающими зубками плашек 12 (зубки на фиг. не изображены) в процессе расширения ствола скважины. Плашки установлены в наклонно расположенных пазах 13, выполненных в виде ласточкиного хвоста 14 (см. фиг. 3), в верхней части корпуса 1. Для фиксирования положения плашек в продольном направлении концентрично корпусу установлена трубчатая направляющая 15 с продольно выполненными окнами 16 с установленными и с возможностью свободного прохода плашек 12. Направляющая нижним концом на резьбе соединена с поршнем 17 и зафиксирована, закрепляемой к поршню винтами 18, шпонкой 19, установленной в одном из шлицеообразно выполненных пазах 20, выполненных по всему ее периметру. Поршень установлен в гидравлической камере 21, образованной внутренней ступенчато выполненной кольцевой расточкой в хвостовой части 8 наконечника 7 и наружной стенкой корпуса 1 и сообщена с боковым каналом 3 в нижней части. Верхний конец поршня подпружинен возвратной пружиной 22, упирающейся на кольцевой выступ 4 корпуса. Направляющая 15 снабжена, закрепленными винтами 23, ступенчато выполненными упорами 24, предотвращающими проворот направляющей и связанного с ней поршня 17, верхние торцы которых одновременно являющимися опорной поверхностью для плашек (см. на фиг. 1 и 2).

Расширитель работает следующим образом.

Его опускают в скважину в собранном виде (см. фиг. 1) на заданную глубину, на колонне бурильных труб, присоединив с помощью замковой резьбы 4 муфтовой части корпуса 1. При достижении расширителя необходимой глубины колонну бурильных труб ротором буровой установки начинают вращать с одновременной подачей бурового раствора (далее - жидкость) насосным агрегатом под избыточным давлением (ротор и насосный агрегат на фиг. не изображены). При этом часть жидкости через штуцирующие насадки 9 и 10 попадает в скважину, а часть через боковое отверстие 3 корпуса 1 попадает в гидравлическую камеру 21 - в подпоршневую полость. Благодаря наличию штуцирующих насадок внутри колонны, следовательно, и в гидравлической камере давление повышается, в результате чего поршень 17 с направляющей 15 начинают перемещаться вверх, сжимая возвратную пружину 22. При этом платки 12 под действием направляющей и ее упора 24 одновременно начинают перемещаться вверх по наклонным пазам 13 корпуса 1, постепенно выдвигаясь наружу из окон 16 направляющей 15, достигают стенки скважины. Далее продолжают прорабатывать стенку скважины без подачи инструмента вниз до полного выхода плашек из окон направляющей. При этом поршень, достигая верхней расчетной точки своим уступом А упирается на выступ Б корпуса, дальнейшее его движение прекращается, прекращается и сжатие пружины 22, а плашки в это время рабочей частью, полностью выходя из окон 16 направляющей 15 занимают рабочее положение (см. фиг. 2). Затем подачей бурильной колонны вниз продолжают операцию расширения ствола скважины до завершения расчетного интервала, после чего нагнетание жидкости прекращают. При этом возвратная пружина 22 возвращает поршень в исходное положение, опуская его вниз до упора об уступ Г наконечника 7, а направляющая 15 одновременно приводит плашки в транспортное положение, как это изображено на фиг. 1. Расширитель готов к подъему на поверхность.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем. Расширитель прост по конструкции, в изготовлении и эксплуатации, что даст возможность успешно устанавливать профильные перекрыватели в осложненных участках скважин и продолжать бурение без потери ее диаметра. Он может работать в среде любого бурового раствора, в том числе и тяжелых буровых растворов, чего не позволяют известные расширители. Расположение плашек в окнах направляющей предотвращает попадание в наклонно расположенные пазы агрессивной жидкости, защищая их от коррозии, что обеспечивает увеличение срок службы расширителя. Кроме того расширены технические возможности, например, настройка величины выступающей рабочей части плашек за пределы окон, что дает возможность регулировать в сторону увеличения или уменьшения диаметра ствола скважины. Для чего необходимо снять шпонку, предварительно отвинтив стопорные винты, и вращением поршня относительно направляющей добиться получения необходимого размера выхода плашек из окон, после чего полученное положение фиксируют шпонкой. На дату подачи заявки опытный образец находится в стадии изготовления.