Результат интеллектуальной деятельности: Калибратор-центратор раздвижной

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.

Известен расширитель скважины раздвижной (патент RU №2318975, МПК Е21В 7/28, опубл. в бюл. №7 от 10.03.2008), содержащий корпус с промывочными отверстиями и центральным проходным каналом и пазами, нижний центратор, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, содержащий подпружиненный полый вал с поршнем, размещенный в проходном канале корпуса, имеющий на нижнем конце элементы зубчатого зацепления, причем в полости, образованной внутренней стенкой корпуса и наружной поверхностью полого вала, установлена втулка, упирающаяся в уступ корпуса, с крышкой, выполненной с отверстиями для промывочной жидкости, в центре крышки закреплена игла, а во внутреннюю полость полого вала вставлена втулка вала из твердосплавного материала, центральное отверстие которой перекрывает игла, причем в верхней части расширителя установлен верхний центратор, а промывочные отверстия корпуса снабжены сменными гидромониторными твердосплавными насадками.

Недостатки устройства:

- устройство не обеспечивает калиброванный ствол необходимого диаметра, так как центраторы нераздвижные;

- низкий ресурс породоразрушающего вооружения, так как отсутствует центрация устройства в стволе скважины при работе;

- не долговечность устройства, связанная со сложной многоэлементной конструкцией выдвижения лопастей в рабочее положение, ненадежный механизм их фиксации, а также возможность заклинивания при попадании твердой породы в зубчатое зацепление вала и лопастей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель-калибратор раздвижной (патент RU №2425944, МПК Е21В 7/28, опубл. в бюл. №22 от 10.08.2011), 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, 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, при этом рабочая поверхность плашек может быть выполнена в виде выступающих винтовых выступов, на которых размещены рядами с перекрытием друг друга калибрующие зубки, установленные заподлицо с винтовой поверхностью соответствующих выступов, также диаметр описанной окружности плашек в рабочем положении на 1-2% меньше диаметра описанной окружности лопастей, при этом количество плашек может быть столько же, сколько лопастей, а расположены они со смещением на величину половины угла относительно лопастей.

Недостатки устройства:

- сложная конструкция механизма выдвижения и устройства в целом, что, во-первых, приводит к возможности зашламования гидрокамеры фиксатора, а также к заклиниванию устройства в скважине, во-вторых, к высоким материальным затратам при изготовлении;

- отсутствие промывки пазов калибрующих плашек приводит к зашламованию карманов, невозможности возврата плашек в транспортное положение, как следствие, к аварийной ситуации в скважине;

- конструкция штока, выдвигающего плашки расширителя, подвержена высоким радиальным нагрузкам, особенно при расширении пластов с перемежающимися породами разной твердости, что приведет к изгибу или деформации штока в поперечном сечении и, как следствие, невозможности возврата штока в транспортное положение и заклиниванию устройства.

Технической задачей изобретения является создание надежной в работе конструкции калибратора-центратора, исключающей заклинивание в скважине, обеспечивающей получение калиброванного ствола скважины необходимого диаметра как при работе с долотом, так и в компоновке с расширителем, и исключающей аварийную ситуацию в скважине, с минимальными материальными и временными затратами при изготовлении и эксплуатации.

Техническая задача решается калибратором-центратором раздвижным, содержащим корпус с центральным проходным каналом, лопасти, снабженные калибрующими элементами, установленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, содержащий полый вал с поршнем, размещенный в проходном канале корпуса, при этом полый вал имеет отверстия, а лопасти снабжены хвостовиками.

Новым является то, что, корпус в верхней части снабжен соединительной резьбой, хвостовики лопастей выполнены в виде выступов в верхней и нижней частях лопастей, размещенных в верхних и нижних частях пазов корпуса соответственно, и зафиксированы от несанкционированного выдвижения наружу втулками, которые жестко закреплены в верхней и нижней частях пазов корпуса, полый вал в верхней части выполнен в виде поршня, в средней части имеет коническую поверхность, а отверстия полого вала расположены в нижней части радиально, под углом относительно центральной оси и соединяют проходной канал и пазы корпуса, в которых размещены лопасти, при этом полый вал конической поверхностью взаимодействует с лопастями посредством пружинных колец, подпружинен в транспортное положение пружиной и снабжен насадкой для создания перепада давления для перемещения полого вала в рабочее положение.

Новым также является то, что для регулирования описанного диаметра по калибрующим элементам лопастей выше и ниже полого вала установлены шайбы.

Новым также является то, что пазы корпуса под лопасти выполнены таким образом, что верх каждой лопасти смещен по окружности вперед по ходу вращения корпуса относительно низа лопасти.

На фиг. 1 показан калибратор-центратор раздвижной с осевым продольным разрезом. На фиг. 2 - вид А.

Калибратор-центратор раздвижной содержит корпус 1 с центральным проходным каналом 2, лопасти 3, снабженные калибрующими элементами 4 (фиг. 1). Калибрующие элементы 4 установлены в пазах 5 корпуса 1 с возможностью выдвижения. Механизм выдвижения лопастей 3 в рабочее положение содержит полый вал 6, выполненный в верхней части 7 в виде поршня. Полый вал 6 размещен в проходном канале 2 корпуса 1, имеет отверстия 8. Лопасти 3 снабжены хвостовиками 9, 10 (фиг. 1). Корпус 1 в верхней части снабжен соединительной резьбой 11. Хвостовики 9, 10 лопастей 3 выполнены в виде выступов 12, 13 в верхней и нижней частях лопастей 3, размещенных в верхних частях 14 пазов 5 корпуса 1 и нижних частях 15 пазов 5 корпуса 1 соответственно и зафиксированы от несанкционированного выдвижения наружу втулками 16 и 17, которые жестко закреплены в верхней 14 и нижней 15 частях пазов 5 корпуса 1. Полый вал 6 в средней части имеет коническую поверхность 18. Отверстия 8 расположены радиально в нижней части 19 полого вала 6 под углом относительно центральной оси и соединяют проходной канал 20 и пазы 5 корпуса 1, в которых размещены лопасти 3. Полый вал 6 конической поверхностью 18 взаимодействует с лопастями 3 посредством пружинных колец 21, 22, подпружинен в транспортное положение пружиной 23 и снабжен насадкой 24 для создания перепада давления для перемещения полого вала 6 в рабочее положение. Для регулирования описанного диаметра по калибрующим элементам 4 лопастей 3 выше и ниже полого вала 6 установлены шайбы 25, 26. Пазы 5 корпуса 1 под лопасти 3 выполнены таким образом, что верх 27 каждой лопасти 3 смещен по окружности вперед по ходу вращения корпуса 1 относительно низа 28 лопасти 3 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

С помощью резьбы 11 устройство присоединяют к колонне бурильных труб (на фиг. 1, 2 не показана), а с помощью резьбы 29 соединяют с долотом или расширителем (на фиг. 1, 2 не показан) и спускают в скважину (на фиг. 1, 2 не показана). При этом полый вал 6 находится в транспортном положении, подпружиненный пружиной 23. Лопасти 3, снабженные хвостовиками 9, 10, находятся в транспортном положении. По достижении необходимого интервала калибровки колонну труб начинают вращать при одновременном создании осевой нагрузки и промывке полости труб и устройства закачкой жидкости. При этом под действием перепада давления на насадке 24 полый вал 6, выполненный в верхней части в виде поршня 7, воздействуя на нижнюю шайбу 26 и сжимая пружину 23, перемещается вниз до упора, взаимодействуя конической поверхностью 18 через пружинные кольца 21, 22 с внутренней поверхностью 30 лопастей 3, перемещая лопасти 3 в рабочее положение. При этом лопасти 3 зафиксированы от несанкционированного выдвижения наружу втулками 16 и 17, которые жестко закреплены в верхней 14 и нижней 15 части пазов корпуса 1. Благодаря тому, что отверстия 8 полого вала 6 соединяют проходной канал 20 и пазы корпуса 5, в которых размещены лопасти 3, при калибровании с закачкой жидкости происходит вымывание шлама из пазов 5 корпуса 1. Благодаря тому, что полый вал 6 конической поверхностью 18 взаимодействует с лопастями 3 посредством пружинных колец 21, 22, исключается заклинивание устройства в скважине, а также появляется возможность управлять траекторией ствола скважины в компоновке с долотом при бурении. Благодаря тому, что выше и ниже полого вала 6 установлены шайбы 25, 26, есть возможность регулировать положение лопастей в рабочем и транспортном положении, что расширяет функциональные возможности устройства. Благодаря тому, что верх 27 каждой лопасти 3 смещен по окружности вперед по ходу вращения корпуса 1 относительно низа 28 лопасти 3 при работе появляется эффект самозатягивания компоновки, как следствие, уменьшается нагрузка при работе устройства.

Предлагаемая конструкция калибратора-центратора раздвижного является надежной в работе, исключает заклинивание устройства в скважине и обеспечивает получение калиброванного ствола необходимого диаметра как при работе с долотом, так и в компоновке с расширителем, требует минимальных материальных и временных затрат при изготовлении и эксплуатации.