расширитель скважин

Формула изобретения

Расширитель скважин, 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 с толкателем, расположенный в гидрокамере расширителя, при этом кольцевой поршень снабжен гидромониторной насадкой, выполненной в виде полой втулки с верхним обтекаемым торцом, которая изготовлена из износостойкого материала, отличающийся тем, что гидромониторная насадка вставлена в кольцевой поршень, перекрывая боковое отверстие, с возможностью ограниченного перемещения вниз и открытия бокового отверстия, причем кольцевой поршень оснащен ниже гидромониторной насадки регулятором, фиксированно продольно перемещающимся внутри кольцевого поршня, причем на регулятор сверху установлена пружина сжатия, поджимающая снизу гидромониторную насадку, при этом дополнительный поршень выполнен в виде установленной напротив бокового канала в гидрокамере гофрированной мембраны, загерметизированной по концам, заполненной со стороны корпуса маслом и выполненной с возможностью перемещения толкателя вниз при избыточном давлении со стороны бокового отверстия.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале.

Известен расширитель скважины (патент РФ № 2117747, МПК ⁶ E21B 7/28, опубл. в Бюл. № 23 от 20.08.98 г.), 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 этом 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.

Недостатком данного расширителя является его узкая область применения, так как в качестве промывочной жидкости можно использовать только воду, при работе на тяжелых буровых растворах с высоким содержанием твердой фазы происходят засорение стопорного механизма и повышенный износ поверхностей стопорного механизма и механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, в результате чего происходит его заклинивание. Кроме того, перепад давления, возникающий внутри кольцевого поршня, может оказаться недостаточным для выхода стопорного элемента из углубления, что может не дать шарошкам выйти в рабочее положение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (патент на полезную модель RU № 63839, E21B 7/28, опубл. в Бюл. № 16 от 10.06.2007 г.), 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, причем кольцевой поршень ниже его бокового отверстия, внутри дополнительно снабжен жестко закрепленной гидромониторной насадкой, выполненной в виде полой втулки с верхним обтекаемым торцом, которая изготовлена из износостойкого материала.

Данный расширитель, как и устройство, принятое в качестве аналога, также имеет узкую область применения из-за засорения твердой фазой стопорного механизма при работе на тяжелых буровых растворах и повышенного износа механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, в результате чего происходит его заклинивание. Кроме того, во время промежуточных промывок при малом расходе жидкости гидромониторная насадка создает достаточный перепад давления внутри кольцевого поршня для выхода стопорного элемента из углубления, что приводит к преждевременному срабатыванию стопорного механизма и выходу шарошек в рабочее положение.

Технической задачей предлагаемого расширителя скважин является расширение области применения за счет работы на тяжелых буровых растворах, за счет изоляции стопорного механизма от попадания бурового раствора, а также возможности регулирования расхода жидкости, при котором происходит срабатывание стопорного механизма и выдвижение шарошек в рабочее положение.

Техническая задача решается расширителем скважин, включающим 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 с толкателем, расположенный в гидрокамере расширителя, при этом кольцевой поршень снабжен гидромониторной насадкой, выполненной в виде полой втулки с верхним обтекаемым торцом, которая изготовлена из износостойкого материала.

Новым является то, что гидромониторная насадка вставлена в кольцевой поршень, перекрывая боковое отверстие, с возможностью ограниченного перемещения вниз и открытия бокового отверстия, причем кольцевой поршень оснащен ниже гидромониторной насадки регулятором, фиксированно продольно перемещающимся внутри кольцевого поршня, причем на регулятор сверху установлена пружина сжатия, поджимающая снизу гидромониторную насадку, при этом дополнительный поршень выполнен в виде установленной напротив бокового канала в гидрокамере гофрированной мембраны, загерметизированной по концам, заполненной со стороны корпуса маслом и выполненной с возможностью перемещения толкателя вниз при избыточном давлении со стороны бокового отверстия.

На фиг.1 показан расширитель скважин в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Расширитель скважин (фиг.1) содержит полый корпус 1 с внутренним кольцевым выступом 2, имеющим проходные каналы 3, и радиальными отверстиями 4 в его стенке, в которых установлены с помощью хвостовиков 5 выдвижные шарошки 6. Размещенный в полости 7 корпуса 1 кольцевой поршень 8 с фиксирующими его от проворота в корпусе 1 поверхностями 9 (фиг.3), взаимодействующими с ответными поверхностями 10 корпуса 1, боковым отверстием 11 (фиг.2), перепускными каналами 12 (фиг.1), верхним упором 13 (фиг.2) на наружной поверхности и резьбой 14 (фиг.1) для подсоединения к бурильной колонне 15.

Корпус 1 жестко соединен с цилиндром 16 (фиг.2), который имеет верхний кольцевой выступ 17 и образует с кольцевым поршнем 8 гидравлическую камеру 18, заполненную маслом 19, внутри которой установлена гофрированная мембрана 20, прижатая к кольцевому поршню 8 кольцом 21, которая препятствует попаданию промывочной жидкости (буровому раствору) через центральный канал 22 (фиг.1) и боковое отверстие 11 (фиг.2) кольцевого поршня 8 в гидравлическую камеру 18.

На наружной поверхности кольцевого поршня 8 (фиг.1) размещено устройство 23 для стопорения шарошек 6 в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень 24 (фиг.2), расположенный в гидравлической камере 18 и имеющий возможность взаимодействовать через толкатель 25 на радиально подпружиненные с помощью пружин 26 кольцевые сегменты 27, установленные в наружных пазах 28 кольцевого поршня 8 и ответных им углублениях 29 цилиндра 16.

В углублении 30 кольцевого поршня 8 установлена гидромониторная насадка 31, подпружиненная снизу с помощью пружины 32, которая расположена между гидромониторной насадкой 31 и полым винтом 33.

Кольцевой поршень 8 (фиг.1) содержит фиксатор 34 для вывода шарошек 6 в рабочее положение, установленный в нем с помощью байонетной втулки 35, имеющей перепускные каналы 12 для сообщения центрального канала 22 кольцевого поршня 8 с полостью 7 корпуса 1, и взаимодействующий с хвостовиками 5 шарошек 6. Нижняя часть фиксатора 34 выполнена в виде сужающегося книзу конуса.

Расширитель скважин работает следующим образом.

С помощью резьбы 14 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб 15 и спускают в скважину (не показана). При этом корпус 1 с цилиндром 16 (фиг.2) зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 8 благодаря верхнему кольцевому упору 13 и кольцевым сегментам 27 кольцевого поршня 8, взаимодействующими соответственно с верхним внутренним кольцевым выступом 17 и углублениями 29 в цилиндре 16.

При спуске расширителя на заданную глубину, на которой будет осуществляться расширение ствола скважины, на заданных интервалах проводятся промежуточные промывки при малом расходе жидкости, при котором не происходит срабатывание стопорного механизма 23 (фиг.1). Промывочная жидкость (буровой раствор) через центральный канал 22 кольцевого поршня 8, проходной канал гидромониторной насадки 31 (фиг.2) и далее через перепускные каналы 12 (фиг.1) и 3 поступает в промывочные отверстия долота (не показано).

На заданной глубине расширения скважины колонну бурильных труб 15 начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора). Вращение корпусу 1 (фиг.3) передается от кольцевого поршня 8 за счет взаимодействия взаимнообращенных поверхностей 9 и 10.

Под действием перепада давления жидкости над и под гидромониторной насадкой 31, вызванного увеличением расхода жидкости при закачке, пружина 32 (фиг.2), прижатая полым винтом 33, сжимается и гидромониторная насадка 31 перемещается вниз, открывая боковое отверстие 11 кольцевого поршня 8.

Расход жидкости, достаточный для сжатия пружины 32, открытия бокового отверстия 11 и срабатывания стопорного механизма 23, определяют на стенде при сборке расширителя.

Под действием перепада давления, возникающего в гидромониторной насадке 31 и распространяющегося через боковое отверстие 11 кольцевого поршня 8, промывочная жидкость давит на гофрированную мембрану 20, установленную в гидрокамере 18 и прижатую к кольцевому поршню 8 кольцом 21 (это исключает попадание промывочной жидкости в гидрокамеру 18). Гофрированная мембрана 20 сжимается, масло 19 давит на дополнительный кольцевой поршень 24, перемещая его вниз, и воздействует на толкатель 25, также перемещая его вниз. При этом толкатель 25, воздействуя по касательной на кольцевые сегменты 27, перемещает их вдоль продольной оси расширителя внутрь углублений 29 кольцевого поршня 8, сжимая пружины 26, до полного выхода кольцевых сегментов 27 из пазов 28 цилиндра 16.

Выйдя из зацепления с кольцевым поршнем 8 (фиг.1), корпус 1 с цилиндром 16 под действием того же перепада давления перемещаются вверх до упора в полости 7 внутреннего кольцевого выступа 2 цилиндра 16 в нижний торец 36 байонетной втулки 35 кольцевого поршня 8.

Одновременно фиксатор 34 воздействует на хвостовики 5 с шарошками 6, которые выводятся через радиальные отверстия 4 корпуса 1 в рабочее положение.

Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.

После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают, и расширитель поднимают из нее. При этом под действием собственного веса корпус 1 с цилиндром 16 перемещается вниз до упора своим верхним кольцевым выступом 17 в верхний упор 13 кольцевого поршня 8. Благодаря этому хвостовики 5 с выдвижными шарошками 6, перемещаясь вместе с корпусом 1 вниз, через радиальные отверстия 4 возвращаются в исходное положение внутрь корпуса 1.

Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря прижатой гофрированной мембране стопорный механизм изолирован от попадания фракций бурового раствора, тем самым исключена возможность его заклинивания при работе с тяжелыми буровыми растворами. Кроме того, благодаря подпружиненной гидромониторной насадке появилась возможность проводить промежуточные промывки при малом расходе жидкости и устанавливать величину расхода, при которой будет срабатывать стопорный механизм и шарошки будут выходить в рабочее положение.