расширитель скважин

Формула изобретения

Расширитель скважин, содержащий корпус с центральным каналом, расширяемые лапы с зубками, установленные на направляющей равномерно по внешнему периметру корпуса, размещенный в центральном канале корпуса подпружиненный в противоположном перемещению направлении шток с кольцевым поршнем и элементы для передачи усилий поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение, выполненные в виде стержней, совершающих возвратно-поступательные перемещения, отличающийся тем, что корпус оснащен радиальными отверстиями и каналами, а также - наружными упорами, между которыми установлена направляющая в виде полого цилиндра с продольными разрезами между лапами, закрепленными жестко на ее поверхности, и внутренними цилиндрическими концевыми утолщениями, герметично взаимодействующими с корпусом, причем одно из концевых утолщений выполнено с возможностью продольного перемещения в сторону другого концевого утолщения, при этом шток выполнен с возможностью ограниченного перемещения вниз, а на его наружной поверхности выполнена конусная поверхность, расширяющаяся снизу вверх, причем стержни вставлены в радиальные каналы, выполненные равномерно по периметру корпуса, с возможностью радиального перемещения и взаимодействия изнутри с конусной поверхностью штока, а снаружи - с направляющей под лапами с зубками, при этом внутри полого цилиндра направляющей, в полости, образованной между корпусом и цилиндром направляющей и сообщенной радиальными отверстиями с центральным каналом, размещен эластичный рукав с антизатекателями напротив разрезов, зафиксированный герметично на концевых утолщениях и оснащенный технологическими отверстиями под стержни.

Описание изобретения к патенту

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

Известен расширитель скважин, включающий корпус с центральным каналом и наклонными пазами, в которых установлены лапы с зубками, размещенный в центральном канале корпуса подпружиненный шток с кольцевым поршнем и элементы для передачи усилий поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение, выполненные в виде двухзвенных тяг, жестко соединенных с кольцевым поршнем и шарнирно - с лапами (патент РФ № 2172385, МПК Е21В 7/28, опубл. 20.08.2001 г. в бюлл. № 23).

Недостатком этого расширителя является низкая работоспособность из-за частых поломок элементов передачи усилий поршня лапам (двухзвенных тяг) при выводе их и удерживании в рабочем положении вследствие наличия механических связей их с поршнем (жесткой) и лапами (шарнирной).

Известен также расширитель скважин (патент RU № 2299968, МПК Е21В 7/28, опубл. в Бюл. № 15 от 27.05.2007 г.), содержащий корпус с центральным каналом, расширяемые лапы с зубками, установленные на направляющей равномерно по внешнему периметру корпуса, размещенный в центральном канале корпуса подпружиненный в противоположном перемещению направлении шток с кольцевым поршнем и элементы для передачи усилий поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение, выполненный в виде стержня, совершающего возвратно-поступательные перемещения.

Недостатком этого расширителя скважин является низкая работоспособность, обусловленная сложностью конструкции и ослаблением корпуса в нагруженном сечении наклонными пазами для лап с зубками, размещением в центральном канале кольцевого поршня с элементами передачи усилия от него лапам с зубками.

Технической задачей изобретения является повышение работоспособности расширителя.

Поставленная техническая задача решается описываемым расширителем скважин, содержащим корпус с центральным каналом, расширяемые лапы с зубками, установленные на направляющей равномерно по внешнему периметру корпуса, размещенный в центральном канале корпуса подпружиненный в противоположном перемещению направлении шток с кольцевым поршнем и элементы для передачи усилий поршня лапам при выдвижении их в рабочее положение, выполненный в виде стержня, совершающего возвратно-поступательные перемещения.

Новым является то, что корпус оснащен радиальными отверстиями и каналами, а также - наружными упорами, между которыми установлена направляющая в виде полого цилиндра с продольными разрезами между лапами, закрепленными жестко на ее поверхности, и внутренними цилиндрическими концевыми утолщениями, герметично взаимодействующими с корпусом, причем одно из концевых утолщений выполнено с возможностью продольного перемещения в сторону другого концевого утолщения, при этом шток выполнен с возможностью ограниченного перемещения вниз, а на его наружной поверхности выполнена конусная поверхность, расширяющаяся снизу вверх, причем стержни вставлены в радиальные каналы, выполненные равномерно по периметру корпуса, с возможностью радиального перемещения и взаимодействия изнутри с конусной поверхностью штока, а снаружи - с направляющей под лапами с зубками, при этом внутри полого цилиндра направляющей, в полости, образованной между корпусом и цилиндром направляющей и сообщенной радиальными отверстиями с центральным каналом, размещен эластичный рукав с антизатекателями напротив разрезов, зафиксированный герметично на концевых утолщениях и оснащенный технологическими отверстиями под стержни.

Это позволяет повысить работоспособность расширителя за счет увеличения количества лап и их оптимальной вооруженности твердосплавными зубками, упрощения конструкции и усиления его корпуса в нагруженном сечении, исключения механических связей элементов, передающих усилия штока лапам (стержней), в результате чего предотвращаются поломки этих элементов в условиях работы при больших механических нагрузках.

На фиг.1 показан расширитель в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 - размещение антизатекателя, выноска Б из сечения А - А по фиг.2; на фиг.4 - расширитель при расширении скважины, продольный разрез.

Расширитель скважин (расширитель) (фиг.1) содержит корпус 1 с центральным каналом 2, радиальными отверстиями 3 и каналами 4. Между наружными упорами 5 корпуса 1 и 6, образованная наворачиванием на резьбу корпуса 1 переводника 7, установлена направляющая 8 в виде полого цилиндра с продольными разрезами 9 между лапами 10, закрепленными жестко на ее поверхности. Направляющая 8 имеет внутренние цилиндрические утолщения 11 и 12, которые взаимодействуют с корпусом 1 через, например, шлицевые соединения 13 и 14 и загерметизированы уплотнителями 15, причем шлицевое соединение 14 закреплено на корпусе 1 жестко, а шлицевое соединение 13 - с возможностью ограниченного продольного перемещения. Ограничителем перемещения могут являться, например, штифты 16, установленные в пазах 17 направляющей 8. В центральном канале 2 корпуса 1 расширителя размещен шток 18 с кольцевым поршнем 19, снизу подпружиненный пружиной 20, а на наружной его поверхности выполнена конусная поверхность 21, расширяющаяся снизу вверх. В радиальные каналы 4 корпуса 1 вставлены стержни 22, выполненные равномерно по его периметру (фиг.2) и взаимодействующие изнутри с конусной поверхностью 21 штока 18, а снаружи - с направляющими пазами 23 под лапами 10. Внутри направляющей 8 размещен эластичный рукав 24 с антизатекателями 25 (фиг.3) напротив разрезов 9 и пазов 23, зафиксированный герметично на концевых утолщениях 11 и 12, например, расширяемыми втулками 26. В рукаве 24 (фиг.1 и 2) выполнены технологические отверстия 27 для стержней 22. Расширитель снабжен резьбами 28 (фиг.1) для соединения со скважинным оборудованием.

Направляющую 8 и антизатекатели 25 изготавливают из упругодеформируемого материала. Радиальные каналы 4 на корпусе 1 можно изготавливать в разных сечениях, а стержни 22 - как круглого, так и продольно-прямоугольного сечения. Лапы 10 вооружают твердосплавными зубками (не показаны). Шток 18 и кольцевой поршень 19 можно изготавливать раздельно. Рукав 24 изготавливают из прорезиненного материала, способного работать в скважинной среде.

Расширитель работает следующим образом.

С помощью резьбы 28 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб 29 (фиг.1) и спускают в скважину. На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной закачкой в нее промывочной жидкости, часть которой через центральный канал 2 (фиг.4) корпуса 1 и радиальные отверстия 3 поступает во внутреннюю полость рукава 24 и через него воздействует на лапы 10 с твердосплавными зубками направляющей 8, увеличивая ее диаметр, а другая часть промывочной жидкости проходит через кольцевой поршень 19 штока 18 и, воздействуя на него, перемещает вниз, сжимая пружину 20. Антизатекатели 25 препятствуют затеканию материала рукава 24 в разрезы 9 и пазы 23. При этом стержни 22 взаимодействуют с конусной поверхностью 21 штока 18 и перемещаются в радиальном направлении, подталкивая лапы 10. Возникающий при вращении расширителя крутящий момент передается лапам 10 направляющей 8 через шлицевые соединения 13, 14 и стержни 22. При продольном взаимодействии штифтов 16 в пазах 17 с направляющей 8 и расчетном радиальном перемещении стержней 22 в каналах 4 обеспечивается необходимый диаметр расширения скважины. При этом стержни 22 обеспечивают жесткую (упорную) связь между лапами 10 и штоком 18, и такие лапы 10 являются калибрующими рабочими органами. При изготовлении каналов 4 в разных сечениях корпуса 1 можно обеспечить все лапы 10 стержнями 22. Подачей расширителя вниз расширяют скважину в заданном интервале. Основными радиальными нагрузками, прижимающими лапы 10 с зубками к породе, являются нагрузки, возникающие от действия давления промывочной жидкости через внутреннюю поверхность рукава 24 на площади лап. Изменением давления жидкости можно регулировать степень прижатия лап с зубками к стенкам скважины. Вследствие того, что лапы 10 соединены по концам цилиндрическими утолщениями 11 и 12 направляющей 8, они работают синхронно. Этим достигается центрация расширителя в скважине. Кроме того, жидкость внутри рукава 24 при работе является амортизатором лап 10 и уменьшает биение и вредные вибрации расширителя.

После окончания расширения скважины закачку жидкости прекращают. Под действиями реакций от стенок скважины, упругих сил материала направляющей 8 и пружины 20 лапы 10 возвращаются в транспортное положение (фиг.1).

Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что он прост по конструкции, имеет большее количество лап со значительными поверхностями, которые можно вооружить оптимальным количеством твердосплавных зубков, при работе самоцентруется и работает без биений и вибраций.