расширитель-калибратор раздвижной

Формула изобретения

1. Расширитель-калибратор раздвижной, 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, отличающийся тем, что 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.

2. Расширитель-калибратор раздвижной по п.1, отличающийся тем, что 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.

3. Расширитель-калибратор раздвижной по п.1, отличающийся тем, что диаметр описанной окружности плашек в рабочем положении на 1-2% меньше диаметра описанной окружности лопастей.

4. Расширитель-калибратор раздвижной по п.1, отличающийся тем, что плашек столько же, сколько и лопастей, а расположены они со смещением на величину половины угла относительно лопастей.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.

Известен «Расширитель скважин» (патент RU № 2231612, E21B 7/28, опубл. Бюл. № 18 от 27.06.2004 г.), включающий корпус с центральным проходным каналом, закрепленные на корпусе лапы с породоразрушающими элементами и механизм выдвижения лап в рабочее положение, содержащий размещенный в проходном канале корпуса кольцевой поршень со штоком, подпружиненный в сторону нижнего конца корпуса и имеющий элементы, взаимодействующие с лапами при переводе их в рабочее и транспортное положения, причем в лапах выполнены крестообразные пазы, а взаимодействующие с лапами элементы поршня выполнены в виде кронштейнов, закрепленных на наружной стенке его штока и имеющих крестообразные выступы, расположенные в крестообразных пазах лап с возможностью перемещения по ним, причем пружина поршня размещена в полости, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса и сообщенной с внешней средой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважины раздвижной» (патент RU № 2318975, E21B 7/28, опубл. 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.

Недостатками данных конструкций являются:

- устройства не обеспечивают калиброванный ствол необходимого диаметра и качества, так как центраторы данных устройств не раздвижные, а их форма не оптимальна и, как следствие, при установке профильного перекрывателя не исключена возможность недораскрытия профильной трубы перекрывателя, приводящая к созданию аварийной ситуации и перебуриванию ствола скважины;

- низкий ресурс вооружения (зубков) расширителя из-за вибраций и резонансных явлений, возникающих при работе расширителя без дополнительного опорно-центрирующего инструмента необходимого диаметра;

- невысокая долговечность инструмента, связанная со сложной многоэлементной конструкцией выдвижения породоразрушающих элементов в рабочее положение, ненадежный механизм их фиксации, а также возможность заклинивания при поломке внутренних элементов устройства и подъеме инструмента из скважины.

Технической задачей предлагаемого устройства является создание надежной и долговечной конструкции, обеспечивающей калиброванный ствол скважины строго необходимого диаметра по всей длине расширяемого интервала, не создающей дополнительной нагрузки на бурильные трубы и многократно увеличивающей ресурс вооружения расширителя.

Техническая задача решается расширителем-калибратором раздвижным, содержащим центратор, корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами, 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.

Новым является то, что 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.

Новым является также и то, что 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.

Новым является так же и то, что диаметр описанной окружности плашек в рабочем положении на 1-2% меньше диаметра описанной окружности лопастей.

Новым является также и то, что плашек столько же, сколько и лопастей, а расположены они со смещением на величину половины угла относительно лопастей.

На фиг.1 показан расширитель-калибратор раздвижной в рабочем положении - продольный разрез; на фиг.2 - сечение Б-Б, на фиг.3 - вид А; на фиг.4 - фрагмент устройства, где показан механизм фиксации лопастей в нерабочем положении, на фиг.5 - сечение В-В.

Устройство (фиг.1) содержит центратор 1, корпус 2 с центральным проходным каналом 3 и пазами 4, лопасти 5, снабженные породоразрушающими элементами 6, закрепленные в пазах 4 корпуса 2 с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей 5 в рабочее положение, содержащий полый вал 7 с поршнем 8, размещенный в проходном канале 3 корпуса 2, толкатель 9 (фиг.4), герметично установленный в полости 10, являющейся гидрокамерой, образованной внутренней стенкой 11 корпуса 2 и наружной стенкой 12 полого вала 7, а во внутреннюю полость полого вала вставлена втулка 13 (фиг.1) с насадкой 14. Вверху полый вал 7, а внизу корпус 2 снабжены резьбами 15 для соединения со скважинным оборудованием (на фиг. не показано). Полый вал снабжен боковым отверстием 16 и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, поверхностями 17 и 18 (фиг.2). Лопасти 5 (фиг.1) снабжены хвостовиками 19, взаимодействующими с втулкой 13 полого вала 7 при выдвижении лопастей 5 в рабочее положение. Устройство для стопорения лопастей 5 в нерабочем положении содержит радиально подпружиненные пружинами 20 (фиг.4, 5) кольцевые сегменты 21, взаимодействующие с толкателем 9 и расположенные в проточке 22 вала, и ответную этим сегментам проточку 23 - во внутренней стенке корпуса 2. Плашки 24 (фиг.3) центратора 1 выполнены раздвижными и установлены в дополнительные пазы 25 корпуса 2, а хвостовики 26 плашек 24 снабжены выступами типа «ласточкин хвост», взаимодействующими с ответными пазами 27, выполненными на наклонных поверхностях фиксатора, установленного жестко на валу 7 ниже поршня 8 и выше втулки 13. Рабочая поверхность плашек 24 выполнена в виде выступающих винтовых выступов 28, на которых размещены рядами с перекрытием друг друга калибрующие зубки 29, установленные заподлицо с винтовой поверхностью соответствующих выступов 28.

Устройство работает следующим образом.

С помощью резьбы 15 (фиг.1) полого вала 7 устройство присоединяют к колонне бурильных труб (на фиг. не показано) и спускают в скважину (на фиг. не показана). При этом корпус 2 зафиксирован от продольного перемещения вверх благодаря кольцевым сегментам 21, подпружиненных пружинами 20 (фиг.5), находящихся в проточках 22 (фиг.4) полого вала 7 и проточках 23 корпуса 2. Плашки 24 (фиг.3) центратора 1 и лопасти 5 (фиг.1) при этом находятся в транспортном положении.

На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора), которая под действием перепада давления, возникающего благодаря насадке 14 (фиг.1), которая находится во втулке 13 вставленной во внутреннюю полость полого вала 7, распространяющегося через боковое отверстие 16 (фиг.4), полого вала 7 в полость 10, находящуюся между внутренней стенкой 11 корпуса 2 и наружной стенкой 12 полого вала 7, воздействует на толкатель 9. При этом толкатель 9 воздействует на кольцевые сегменты 21, сжимая пружины 20, тем самым выводя кольцевые сегменты 21 из проточки 23 корпуса 2, который в свою очередь начинает двигаться вверх относительно поршня 8. Хвостовики 19 (фиг.1) лопастей 5 при этом надвигаются на втулку 13 и выходят из пазов 4 корпуса 2 в рабочее положение, а плашки 24 (фиг.3) центратора 1 выступами 26 типа «ласточкин хвост», взаимодействуя с ответными пазами 27, выполненными на наклонных поверхностях фиксатора, установленного жестко на полом валу 7 ниже поршня 8 (фиг.1) и выше втулки 13, выдвигаются из пазов 25 (фиг.3), тем самым тоже выходя в рабочее положение. Полый вал 7, находясь в центральном проходном канале 3 корпуса 2, передает крутящий момент на корпус 2 и соответственно на лопасти 5 и плашки 24 (фиг.3) посредством поверхностей 17 и 18 (фиг.2), которые предотвращают проворот. Породоразрушающие элементы 6 лопастей 5 при этом врезаются в породу и происходит расширение заданного интервала скважины, а выступающие винтовые выступы 28 (фиг.3) плашек 24, на которых размещены рядами с перекрытием друг друга калибрующие зубки 29, одновременно центрируют расширитель в скважине и обеспечивают калиброванный ствол строго необходимого диаметра.

По окончании расширения заданного интервала прекращают подачу промывочной жидкости и начинают подъем инструмента вверх. За счет реакции стенок скважины корпус 2 сдвигается вниз относительно полого корпуса 7, тем самым складывая в транспортное положение плашки 24 и лопасти 5. Пружины 20, воздействуя на кольцевые сегменты 21, отталкивают толкатель 9 и заходят в проточку 23 корпуса 2, фиксируя тем самым расширитель в транспортном положении.

Предлагаемое устройство является надежной и долговечной конструкцией, обеспечивающей калиброванный ствол скважины строго необходимого диаметра по всей длине расширяемого интервала, не создающей дополнительной нагрузки на бурильные трубы и многократно увеличивающей ресурс вооружения расширителя.