АКТИВИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКВАЖИННОГО ИНСТРУМЕНТА, СКВАЖИННЫЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ Российский патент 2012 года по МПК E21B23/04 E21B7/28 E21B10/32 

Настоящее изобретение относится к активирующему устройству для скважинного инструмента и, в частности, к активирующему устройству для управления активацией и деактивацией расширяющего инструмента, приводимого в движение вниз с буровым долотом для расширения ствола скважины через пласт с целью получения доступа к подземному коллектору жидкости и/или газообразного углеводорода.

Примером скважинного расширяющего инструмента, с которым можно использовать активирующее устройство согласно настоящему изобретению, является раздвижной расширитель, хотя активирующее устройство можно использовать и с другими скважинными инструментами, такими как стабилизатор и т.д.

В скважинных расширяющих инструментах обычно используются поршни, работающие под давлением, которые перемещаются наружу из корпуса инструмента для смещения рабочих элементов инструмента в положение выдвигания наружу. Давление, используемое для работы поршней, обусловлено буровым раствором, подаваемым под давлением для работы бурового долота.

В некоторых случаях с помощью существующих систем поршни перемещаются в главный корпус и из него несколько раз в зависимости от циклической работы инструмента. Для стопорения поршней применялись различные средства, включая ласточкины хвосты, предусмотренные на оправках, и колпачки, застопоренные винтами с головкой под ключ или болтами, которые в свою очередь стопорят поршни.

Некоторые системы способствуют передаче крутящего момента при вращении режущих пластин инструмента относительно главного корпуса. Можно предусмотреть пружинное удержание, чтобы вталкивать поршни обратно в главный корпус, когда инструменты находятся в режиме деактивации. Кроме того, известные системы имеют заранее определенную траекторию движения активирующих поршней между предельными положениями внутри и снаружи, а именно деактивированным нерабочим положением отвода внутрь и рабочим положением выдвигания наружу. За счет движения между предельными положениями отсутствует необходимость в средствах регулировки длины перемещения поршней для обеспечения разных диаметров расширения скважины, если это потребуется.

В существующих системах использовались срезаемые пальцы для стопорения поршней в главном корпусе в деактивированном положении отвода внутрь. Срезаемые пальцы выполнены с возможностью разрушения в результате усталости от силы, прикладываемой на протяжении заданного количества циклов инструмента. Однако это может привести к слишком раннему разрушению срезаемых пальцев, результатом чего является нежелательное выдвигание поршней.

Кроме того, в существующих системах крутящий момент, прикладываемый к режущим элементам расширяющего инструмента, подается обратно непосредственно на активирующие поршни, что является недостатком, поскольку это увеличивает трение между поршнями и расточенными каналами, в которых удерживаются поршни, и поэтому увеличивает износ и разрывы, которые могут привести к неправильной работе поршней.

Помимо этого, существующие инструменты обычно сооружают путем установки поршней в их соответствующих каналах и последующего крепления поршней болтами снаружи. Отверстия для болтов обеспечивают пути для утечки.

В связи с вышеизложенным в настоящем изобретении предпринята попытка создания усовершенствованного активирующего устройства для скважинного инструмента, в котором можно изменять расстояние радиального перемещения наружу, если это потребуется, для изменения прохождения наружу режущих элементов расширяющего инструмента и, по меньшей мере, уменьшения фрикционной обратной связи с поршнями во время вращения расширяющего инструмента. В настоящем изобретении также предпринята попытка создания инструмента, имеющего улучшенное уплотнение при меньшем количестве уплотнительных элементов, и усовершенствованного способа стопорения поршней в деактивированном положении отвода внутрь.

В соответствии с настоящим изобретением предложено активирующее устройство для скважинного инструмента, содержащее корпус, имеющий, по меньшей мере, один поршень, установленный с возможностью скольжения в корпусе, для перемещения между деактивированным положением отвода внутрь и активированным положением выдвигания наружу и содержащий выполненное в нем отверстие, активирующее средство для подачи порции текучей среды под давлением для принудительного перемещения, по меньшей мере, одного поршня в активированное положение выдвигания, и по меньшей мере, одну стопорящую деталь, установленную с возможностью снятия на корпус, для прохождения через, по меньшей мере, одно отверстие для стопорения соответствующего поршня в корпусе и сопротивления вращению поршня относительно корпуса.

За счет обеспечения, по меньшей мере, одной стопорящей детали, установленной с возможностью снятия на корпус для прохождения через, по меньшей мере, одно отверстие для стопорения соответствующего поршня в корпусе и сопротивлении вращению поршня относительно корпуса, обеспечивается преимущество, заключающееся в том, что стопорящая деталь определяет пределы движения поршня внутрь и наружу. Кроме того, поскольку стопорящая деталь выполнена с возможностью снятия, в корпусе можно устанавливать стопорящие детали разных размеров для изменения расстояния выступания поршней из корпуса. Упор между стенками отверстия и стопорящей деталью также обеспечивает предотвращение вращения поршня относительно корпуса и способствует уменьшению трения между поршнями и каналами, в которых удерживаются поршни. Кроме того, съемная стопорящая деталь обеспечивает простую сборку и разборку инструмента для чистки, ремонта и повторного использования. Более того, инструмент можно собирать, устанавливая поршень в корпусе и надвигая затем стопорящую деталь посредством скольжения по поршню для стопорения поршня. Это означает, что поршень не нужно прикручивать болтами снаружи, в результате чего уменьшается количество путей утечки и, следовательно, улучшается уплотнение.

В предпочтительном варианте осуществления устройство дополнительно содержит множество стопорящих деталей, устанавливаемых с возможностью снятия в корпусе, причем каждая стопорящая деталь имеет разную высоту и проходит через отверстие в соответствующем поршне, обеспечивая возможность выдвижения каждого поршня наружу из корпуса на разное расстояние.

Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что несколько поршней можно выдвигать наружу на разную высоту, чтобы режущие элементы, установленные на поршни, образовывали профилированную режущую поверхность.

По меньшей мере, одна стопорящая деталь может содержать шпонку, установленную с возможностью скольжения в шпоночной канавке в корпусе.

Шпоночная канавка может иметь, по существу, Т-образное поперечное сечение, а, по меньшей мере, одна шпонка может содержать соответствующий Т-образный профиль.

По меньшей мере, одна стопорящая деталь может содержать, по меньшей мере, одну кулачковую поверхность для контакта с основанием отверстия, по меньшей мере, одного поршня, чтобы стопорить поршень в деактивированном положении отвода внутрь.

Это обеспечивает преимущество относительно простого способа стопорения поршней в деактивированном положении отвода внутрь до тех пор, пока не потребуется их выдвижение. Когда потребуется выдвижение поршней, стопорящую деталь можно перемещать под действием давления для освобождения поршней, давая им возможность переместиться в активированное положение выдвижения наружу. В альтернативном варианте стопорящую деталь можно перемещать под действием веса для перемещения кулачковых поверхностей.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, один винт, соединяющий, по меньшей мере, одну стопорящую деталь с, по меньшей мере, одним поршнем, удерживающий, по меньшей мере, один поршень в деактивированном положении отвода внутрь и выполненный с возможностью разрушения при подаче порции текучей среды под давлением, давая, по меньшей мере, одному поршню возможность переместиться наружу в активированное положение выдвигания наружу.

Это обеспечивает преимущество относительно простого способа стопорения поршней в деактивированном положении отвода внутрь. Винты можно выбрать таким образом, что они будут разрушаться при заданном уровне давления, давая поршням возможность переместиться в активированное положение выдвигания наружу.

По меньшей мере, один поршень может содержать паз, расположенный рядом с отверстием, и при этом в отверстии установлена с возможностью скольжения пластина, способная принимать, по меньшей мере, один винт, вследствие чего становится возможным соединение, по меньшей мере, одной стопорящей детали с, по меньшей мере, одним поршнем.

Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что винт, пластину и шпонку можно легко заменять для осуществления повторного использования инструмента.

В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один винт ориентирован вдоль радиуса инструмента.

Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что винт можно выполнить с возможностью разрушения, когда приложена сила заданного уровня. Предел прочности при растяжении винта известен, так что если этот винт ориентирован в радиальном направлении инструмента, т.е. в направлении, вдоль которого движется поршень, этот поршень можно выполнить с возможностью выдвигания при заданном уровне давления.

Устройство может дополнительно содержать отклоняющее средство для отклонения, по меньшей мере, одного поршня в деактивированное положение отвода внутрь.

Отклоняющее средство может содержать пластинчатую пружину, способную контактировать с основанием отверстия, по меньшей мере, одного поршня для отклонения поршня в деактивированное положение отвода внутрь.

Устройство может содержать множество поршней, установленных с возможностью скольжения в корпусе и расположенных в различных положениях вдоль продольной оси корпуса, так что внутренние концы поршней не перекрываются.

Гарантируя, что внутренние концы поршней не перекрываются в корпусе, можно использовать увеличенные поршни, а это значит, что поршни можно выдвигать наружу на большее расстояние. Обычные скважинные инструменты, имеющие выдвигаемые поршни, в общем случае имеют наборы из трех поршней, расположенных под углами 120 градусов по окружности корпуса, но в одинаковом продольном положении. Это означает, что имеется предел для расстояния внутри корпуса, на которое могут продвинуться поршни. Разнося поршни вдоль оси, можно дальше задвигать поршни в корпус, а это означает, что можно использовать увеличенные поршни.

Устройство может дополнительно содержать, по меньшей мере, одну защитную втулку, расположенную между, по меньшей мере, одним соответствующим поршнем и корпусом.

Это обеспечивает преимущество уменьшения износа и разрывов на поршнях и корпусе, потому что защитная втулка берет износ и разрывы на себя. Уменьшенные износ и разрывы на корпусе снижают стоимость и вероятность наступления неправильной работы.

Один из таких элементов, как втулка и корпус, может содержать буртик, выполненный с возможностью упираться в выемку, сформированную, соответственно, на другом из таких конструктивных элементов, как корпус и втулка, чтобы стопорить втулку в корпусе.

Активирующее средство для подачи порции текучей среды под давлением для принудительного перемещения, по меньшей мере, одного поршня в активированное положение выдвигания может содержать имеющую каналы оправку, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси инструмента в ответ на увеличение давления текучей среды, так что выравнивание, по меньшей мере, одного канала, расположенного в оправке, с поршневой камерой дает текучей среде возможность течь в поршневую камеру и принудительно перемещать, по меньшей мере, один поршень в активированное положение выдвигания наружу.

Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что каналам оправки можно придавать размеры, предотвращающие попадание обломков породы крупнее заданного размера, присутствующих в боровом растворе, в поршневую камеру. Это минимизирует повреждение поршневой камеры, а также предотвращает закупоривание внешних сопел инструмента.

В предпочтительном варианте осуществления оправка дополнительно содержит фланцевую часть, расположенную на конце оправки и способную упираться в стопорный буртик, сформированный на корпусе.

Сформированные в корпусе каналы, в которых установлены с возможностью скольжения поршни, являются местами износа устройства, и если устройство ломается, то вероятно, что поломка происходит в этих местах. Следовательно, наличие фланцевой части, расположенной на конце оправки, причем эта фланцевая часть выполнена с возможностью упираться в стопорный буртик, сформированный на корпусе, обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что оправку можно использовать для удержания частей корпуса вместе, так что оправку можно использовать для извлечения сломавшегося инструмента из ствола скважины.

Фланцевая часть может быть образована, по меньшей мере, одной стопорной гайкой, расположенной на имеющей каналы оправке.

Корпус может содержать основную корпусную часть, верхний переводник и нижний переводник, причем стопорная гайка сформирована на нижнем переводнике.

Ниже, лишь в качестве примера, не имеющего ограничительный смысл, приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет продольное сечение активирующего устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее поршни в деактивированном положении отвода внутрь;

фиг.2 представляет продольное сечение активирующего устройства согласно фиг.1, иллюстрирующее поршни в активированном положении выдвигания наружу;

фиг.3 представляет продольное сечение активирующего устройства, соответствующее фиг.1, иллюстрирующее буровое долото скважинного инструмента, к которому прикреплено активирующее устройство;

фиг.4 представляет продольное сечение, соответствующее фиг.2, иллюстрирующее буровое долото скважинного инструмента, к которому прикреплено активирующее устройство;

фиг.5 представляет поперечное сечение корпуса согласно фиг.1;

фиг.6 представляет сечение, соответствующее фиг.5, на котором показано, что в корпусе установлены шпонки;

фиг.7а представляет поперечное сечение шпонки;

фиг.7b представляет вид сбоку шпонки;

фиг.8а представляет вид, аналогичный фиг.7а, на котором показано, что в шпонке установлена пластина;

фиг.8b представляет вид, аналогичный фиг.7b, на котором показано, что в шпонке установлена пластина;

фиг.9 представляет вид сверху шпонки, в которой установлена пластина;

фиг.10а представляет вид сбоку активирующего поршня;

фиг.10b представляет вид сбоку поршня согласно фиг.10а, показывающий, что в поршне установлена пластина;

фиг.11а представляет сечение, проведенное через поршень;

фиг.11b представляет сечение, соответствующее фиг.11а, показывающее, что в поршне установлена пластина;

фиг.12а представляет вид сбоку пластины;

фиг.12b представляет вид сверху пластины;

фиг.13 представляет поперечное сечение активирующего устройства, включающее в себя часть сечения по линии А-А согласно фиг.1;

фиг.14 представляет поперечное сечение активирующего устройства, включающее в себя часть сечения по линии В-В согласно фиг.2;

фиг.15 представляет продольное сечение активирующего устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее поршни в деактивированном положении отвода внутрь;

фиг.16 представляет продольное сечение активирующего устройства, соответствующее фиг.15, иллюстрирующее поршни в активированном положении выдвигания наружу;

фиг.17 представляет вид, соответствующий фиг.15, иллюстрирующий поршневое активирующее устройство;

фиг.18 представляет вид, соответствующий фиг.17, иллюстрирующий поршни в активированном положении выдвигания наружу;

фиг.19 представляет поперечное сечение инструмента согласно фиг.15;

фиг.20 представляет сечение, соответствующее фиг.19, иллюстрирующее шпонки, установленные в инструменте;

фиг.21 представляет вид сбоку шпонки согласно фиг.15;

фиг.22 представляет вид сверху шпонки согласно фиг.21;

фиг.23 представляет вид с торца втулки, активирующей поршни;

фиг.24 представляет вид сбоку поршня, иллюстрирующий поршень, введенный в контакт со шпонкой в активированном положении выдвигания наружу;

фиг.25 представляет вид сбоку положения, иллюстрирующий кулачковую поверхность шпонки, введенную в контакт с поршнем, чтобы застопорить поршень в деактивированном положении отвода внутрь;

фиг.26 представляет вид, соответствующий фиг.15, иллюстрирующий втулку, активирующую поршни;

фиг.27 представляет вид, соответствующий фиг.16, иллюстрирующий втулку, активирующую поршни;

фиг.28 представляет вид, соответствующий фиг.26 и 27, иллюстрирующий втулку, активирующую поршни, в промежуточном положении;

фиг.29 представляет продольное сечение активирующего устройства согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее поршни, удерживаемые в деактивированном положении отвода внутрь пластинчатой пружиной;

фиг.30 представляет сечение, соответствующее фиг.29, иллюстрирующее поршни в активированном положении выдвигания наружу с пластинчатой пружиной в сжатом состоянии;

фиг.31 представляет продольное сечение активирующего устройства согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее поршни в деактивированном положении отвода внутрь;

фиг.32 представляет сечение, соответствующее фиг.31, иллюстрирующее поршни в активированных положениях выдвигания наружу;

фиг.33а представляет первое продольное сечение корпуса согласно фиг.31 и 32, иллюстрирующее первые два поршня;

фиг.33b представляет второе продольное сечение в том же продольном положении на корпусе, иллюстрирующее второй набор поршней, расположенных на 120 градусов вокруг корпуса дальше, чем поршни согласно фиг.33а;

фиг.33с представляет третье продольное сечение через корпус, соответствующий фиг.33а и 33b, проведенное еще через 120 градусов вокруг корпуса от положения согласно фиг.33b, иллюстрирующее третий набор поршней;

фиг.34 представляет поперечное сечение через корпус, иллюстрирующее один из поршней согласно фиг.1 в деактивированном положении отвода внутрь;

фиг.35 представляет поперечное сечение через корпус, иллюстрирующее три поршня в активированных положениях выдвигания наружу;

фиг.36 представляет изображение размеров инструмента согласно фиг.31-35;

фиг.37 представляет поперечное сечение активирующего устройства согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующее защитную втулку поршня, окружающую поршень в деактивированном положении отвода внутрь;

фиг.38 представляет продольное сечение, соответствующее фиг.37;

фиг.39 представляет продольное сечение активирующего устройства согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения, содержащего имеющую каналы оправку, иллюстрирующее поршни в деактивированном положении отвода внутрь; и

фиг.40 представляет продольное сечение, соответствующее фиг.39, иллюстрирующее поршни в активированных положениях выдвигания наружу.

На фиг.1-4 показано актирующее устройство 2, предназначенное для установки в бурильной колонне, чтобы управлять активацией и деактивацией расширяющего инструмента, используемого для расширения ствола скважины. Например, буровое долото 4 формирует ствол скважины, а активирующее устройство используется для управления выдвиганием режущих элементов 6 с целью расширения ствола скважины.

Примером расширяющего инструмента является раздвижной расширитель, используемый для расширения ствола скважины с целью получения доступа к подземному коллектору жидкости и/или газообразного углеводорода. Режущие элементы 6 установлены на поршнях 8 (фиг.10 и 11), которые выполнены с возможностью перемещения между деактивированным положением отвода внутрь, показанным на фиг.1, 3 и 13, и активированным положением выдвигания наружу, показанным на фиг.2, 4 и 14. Поршни 8 выполнены с возможностью перемещения в активированное положение выдвигания наружу при подаче бурового раствора под давлением на внутренние поверхности 8а поршней 8. Например, для специалистов в данной области техники очевидно, что разность давлений внутри и снаружи инструмента может вызывать выдвигание поршней. В альтернативном варианте можно вызвать выдвигание поршней 8 посредством веса. Поршни 8 установлены с возможностью скольжения в каналах 10, сформированных в корпусе 1. Как показано на фиг.5, 6, 13, 14, в корпусе 1 предусмотрены три канала 10, а значит - и три поршня 8, отстоящие друг от друга на 120°.

Как показано на фиг.1, 2, 5-9, 13, 14, съемная стопорящая деталь, такая, как шпонка 12, имеет Т-образное поперечное сечение и содержит крылышки 14. В корпусе 1 выполнены Т-образные пазы 16, так что шпонки 12 установлены с возможностью скольжения в Т-образных пазах 16. Вследствие этого крылышки 14 предотвращают радиальное движение шпонок 12 в корпусе 1. Кроме того, поскольку шпонки 12 установлены с возможностью скольжения в Т-образных пазах 16, они являются легко извлекаемыми, и их можно заменять меньшими или большими шпонками, чтобы изменять расстояние, на которое поршни 8 могут выступать из корпуса 1.

Как показано на фиг.1, 2, 10, 11, 13, 14, сквозь каждый поршень 8 проходит отверстие 18. Отверстиям 18 придана форма, обеспечивающая прием шпонок 12 в них с возможностью скольжения. Шпонки могут частично или полностью выступать через отверстия 18. Следовательно, шпонки 12 ограничивают отвод внутрь и выдвигание наружу поршней 8 за счет контакта поршней 8 с верхней и нижней стенками 18а и 18b. Например, на фиг.13 показана шпонка 12 в контакте с верхней стенкой 18а отверстия 18. Это определяет деактивированное положение отвода внутрь поршня 8. Как показано на фиг.14, поршень 8 показан в положении, в котором шпонка 12 контактирует с нижней стенкой 18b отверстия 18. Это определяет активированное положение выдвигания наружу. Кроме того, как показано на фиг.1-4, шпонка 12 может иметь разные размеры. Например, увеличенная шпонка 13 дает возможность выдвигать поршень 8 наружу на меньшее расстояние, чтобы режущие элементы 6 могли образовывать профилированную режущую поверхность. Обе шпонки 12 и 13 установлены с возможностью скольжения и взаимозаменяемости в Т-образных пазах 16.

Как показано на фиг.1-4 и 7-14, для стопорения поршней в деактивированном положении отвода внутрь до того, как их потребуется использовать, предусмотрены пластины 22, имеющие резьбовое отверстие 24 для размещения в нем разрушаемого винта 20. Пластина 22 имеет форму, обеспечивающую установку с возможностью скольжения в Т-образных пазах 19, сформированных в поршне 8. Пластины 22 также установлены в выемках 26, сформированных в шпонках 12. Когда инструмент собран, винты 20 ориентированы вдоль радиуса инструмента, т.е. в направлении, перпендикулярном продольной оси инструмента. Это обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что можно выполнить винт с возможностью разрушения, когда прикладывается сила заданной величины. Предел прочности при растяжении винта довольно предсказуем, так что если этот винт ориентирован таким образом, что выровнен с радиальным направлением инструмента, т.е. направлением, вдоль которого движется поршень, этот поршень можно выполнить с возможностью выдвигания при заданном уровне давления.

Далее описана работа активирующего устройства 2 согласно фиг.1-14. Для сборки активирующего устройства поршни 8 устанавливают в каналах 10, а затем шпонки 12, в которых пластины 22 привинчены винтами 20, продвигают посредством скольжения вдоль Т-образных пазов 16 корпуса 1 через отверстия 18 поршней. Затем можно установить верхний переводник 1а корпуса, чтобы застопорить шпонки 12 и 13 на месте. Следовательно, данный способ сборки позволяет избежать потребности в болтовом креплении поршней снаружи инструмента. Это улучшает уплотнение.

Для выдвигания поршней 12 и режущих элементов 6 на внутренние поверхности 8а поршней 8 подают буровой раствор под давлением. Когда достигается заданный уровень давления, прикладывается заданная сила, соответствующая пределу прочности при растяжении винтов 20, что вызывает разрушение винтов 20 и позволяет поршням перемещаться из положения 13 отвода внутрь в положение выдвигания наружу, показанное на фиг.2 и 14. Можно заметить, что шпонки 12 ограничивают движение поршней 8 и внутрь, и наружу. Кроме того, шпонки 12 предотвращают вращение поршней 8 вокруг их продольных осей.

Активирующее устройство согласно второму варианту осуществления изобретения показано на фиг.15-28, при этом детали, общие с вариантом осуществления согласно фиг.1-14, обозначены сходными позициями, но увеличены на 100.

Активирующее устройство 102 содержит корпус 101, имеющий каналы 110, в которых расположены поршни 108. Режущие элементы 106 установлены на концах поршней 108.

Шпонка 112 содержит первую и вторую кулачковые поверхности 130 и 132, и шпонка 112 также содержит крылышки 114. Корпус 101 содержит Т-образные пазы 116, в которых установлены с возможностью скольжения шпонки 112. На фиг.15 и 16 показано, что шпонка 112 выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса 101 из положения согласно фиг.15, в котором кулачковые поверхности 130 и 132 упираются в нижние поверхности 118b отверстий 118, стопоря поршни 108 в деактивированных положениях отвода внутрь. Когда втулку 134, активирующую поршни, приводят в действие, продвигая втулку 134, активирующую поршни, в осевом направлении, шпонка 112 перемещается в положение, показанное на фиг.16, освобождая поршни 108 и давая возможность выдвинуть эти поршни наружу.

Втулка 134, активирующая поршни, может быть выполнена с возможностью перемещения под тем же давлением порции бурового раствора, которое вызывает выдвигание поршней 108. Предусмотрен защелочный элемент 136, так что втулка, активирующая поршни, не будет продвигаться до тех пор, пока не будет достигнута заданная разность давлений изнутри и снаружи инструмента. В альтернативном варианте как очевидно специалистам в данной области техники, защелочный элемент 136 можно перемещать, запуская шарик (не показан). В альтернативном варианте перемещение втулки, активирующей поршни, можно осуществлять за счет веса. Для отклонения защелочного элемента 136 в замкнутое состояние с тем, чтобы предотвратить выдвигание поршней до тех пор, пока это не потребуется, предусмотрена цилиндрическая пружина 137 (фиг.16-28).

Активирующее устройство согласно третьему варианту осуществления изобретения показано на фиг.29 и 30, при этом детали, общие с вариантом осуществления согласно фиг.1-14, обозначены сходными позициями, но увеличены на 200.

Активирующее устройство 202 содержит корпус 201, в котором установлены с возможностью скольжения поршни 208. Через отверстия 218 поршней 208 выступают пластинчатые пружины 240. Пластинчатые пружины 240 упираются в нижние стенки 218b отверстий 218. Как показано на фиг.29, пластинчатые пружины отклоняют поршни 208 в деактивированное положение. При подаче бурового раствора под давлением к основаниям 208а поршней 208 поршни 208 выдвигаются наружу, а пластинчатые пружины 240 подвергаются сжатию. Возвратные пружины 242 сжатия могут отклонять пластинчатые пружины 240 для удержания поршней 208 в деактивированном положении.

Активирующее устройство согласно четвертому варианту осуществления изобретения показано на фиг.31-36, при этом детали, общие с вариантом осуществления согласно фиг.1-14, обозначены сходными позициями, но увеличены на 300.

Активирующее устройство 302 содержит корпус 301, в котором установлены с возможностью скольжения поршни 308. Шпонка 312 содержит кулачковые поверхности 330 для стопорения поршней в деактивированном положении отвода внутрь, как описано выше. На фиг.31 можно заметить, что внутренние концы 308а поршней 308 пересекают центральную продольную ось Х корпуса 301. Внутренние концы поршней в первых трех вариантах осуществления не пересекают эту ось. В результате того, что внутренние концы 308 могут заходить дальше в корпус, чем поршни согласно первым трем вариантам осуществления, поршни можно сделать крупнее, и поэтому они смогут выступать дальше наружу из корпуса.

Как показано на фиг.36, для инструмента, имеющего внешний диаметр OBD корпуса, равный 444,5 мм (17,5 дюйма), диаметр OPD инструмента, при котором поршни находятся на своем наибольшем расстоянии от корпуса, можно увеличить до 608,6 мм (24 дюймов), если концы 308а поршней могут пересекать ось Х.

Как показано на фиг.33а-33с, для корпуса, имеющего шесть поршней, если каждый поршень смещен от другого вдоль продольной оси Х корпуса 301, можно достичь вышеуказанного результата - наличия внутренних концов 308а поршней 308, пересекающих ось Х в деактивированном положении отвода внутрь. На фиг.33а-33с показаны три сечения через корпус, соответственно смещенные на 120 градусов друг от друга, чтобы показать продольное смещение поршней 308.

Активирующее устройство согласно пятому варианту осуществления изобретения показано на фиг.37 и 38, при этом детали, общие с вариантом осуществления согласно фиг.1-14, обозначены сходными позициями, но увеличены на 400.

Поршень 408 содержит шарошки 406. Поршень 408 застопорен в корпусе 401 шпонкой 412, проходящей через отверстие 418 в поршне. Между поршнем 408 и каналом 410 расположена защитная втулка 450, в которой поршень установлен с возможностью скольжения. Защитная втулки 450 застопорена в корпусе за счет того, что буртик 452 упирается в выемку 454.

Защитная втулка 450 может быть выполнена из более твердого материала, чем поршень и корпус. Например, защитная втулка 450 может быть выполнена из карбида вольфрама или хромистого материала, а корпус и поршень обычно выполнены из стали. Поэтому защитная втулка 450 уменьшает износ и разрывы корпуса благодаря крутящему моменту, передаваемому от поршней 408 во время вращения инструмента.

Активирующее устройство согласно шестому варианту осуществления изобретения показано на фиг.39 и 40, при этом детали, общие с вариантом осуществления согласно фиг.1-14, обозначены сходными позициями, но увеличены на 500.

Активирующее устройство 502 содержит главный корпус 501, верхний переводник 501t и нижний переводник 505b. В каналах 510 установлено множество поршней 508, содержащих шарошки 506 и застопоренных шпонкой 512. Как и в других вариантах осуществления, поршни выдвигают путем увеличения давления бурового раствора в поршневой камере 562. С поршневой камерой 562 сообщаются сопла 560, давая буровому раствору возможность покинуть инструмент. Сопла 560 выполнены с возможностью пропускания бурового раствора поверх шарошек 506 для охлаждения шарошек 506.

Имеющая каналы оправка 564 установлена в корпусе с возможностью скольжения вдоль продольной оси Х между активированным положением (фиг.40) и деактивированным положением (фиг.39). Имеющая каналы оправка может быть выполнена с возможностью перемещения в ответ на воздействие возросшей разности давлений, шарика, запускаемого с поверхности, или веса, как будет очевидно специалисту в данной области техники. Оправка 564 содержит множество каналов 566. В активированном положении каналы 566 выровнены с поршневой камерой 562, давая буровому раствору возможность попадать в камеру 562 и принудительно выдвигать поршни 508 наружу. Для стопорения оправки 564 в деактивированном положении до тех пор, пока не потребуется ее перемещение, предусмотрен защелочный элемент 536.

Каналам 566 приданы размеры, позволяющие отсеивать обломки породы, присутствующие в буровом растворе и, следовательно, предотвращающие попадание обломков породы, таких, как галька, более крупная, чем заданный размер, в поршневую камеру 562. Если обломки породы попадают в поршневую камеру, это может вызвать повреждение поршней 508, принудительное выдвижение поршней 508 наружу и закупоривание сопел 560.

Расстояние, проходимое оправкой при перемещении в активированные, ограничивается упиранием первого буртика 568 оправки в буртик 570 верхнего переводника. Фланцевая часть оправки, образуемая стопорной гайкой 572, используется в качестве защитного механизма, если инструмент 502 ломается при эксплуатации. Каналы 510 образуют места износа, и если инструмент 502 ломается, то вероятно, что поломка происходит в этих местах. Поэтому стопорная гайка 572 выполнена с возможностью упираться в буртик 574 нижнего переводника, обеспечивая возможность использовать оправку для того, чтобы вытащить детали корпуса из ствола скважины.

Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что вышеуказанные варианты осуществления были описаны лишь в качестве примера и не имеют ограничительного смысла, и что в рамках объема притязаний изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения, возможны различные изменения и модификации. В частности, признаки одного или более описанных вариантов осуществления можно использовать в сочетании с любым из других вариантов осуществления.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для управления активацией и деактивацией расширяющего инструмента, используемого для расширения ствола скважины. Для сборки активирующего устройства поршни (8) устанавливают в каналах (10), а затем шпонки (12), в которых пластины (22) привинчены винтами (20), продвигают посредством скольжения вдоль Т-образных пазов (16) корпуса (1) через отверстия (18) поршней. Для выдвигания поршней (12) и режущих элементов (6) на внутренние поверхности (8а) поршней (8) подают буровой раствор под давлением. При достижении заданного уровня давления винты (20) разрушаются, а поршни перемещаются из положения отвода внутрь в положение выдвигания наружу. Скважинный инструмент содержит буровое долото, активирующее устройство и режущий элемент, установленный на единственном или каждом поршне активирующего устройства. Способ расширения ствола скважины использует описанный скважинный инструмент. Технический результат заключается в уменьшении фрикционной обратной связи с поршнями во время вращения расширяющего инструмента и повышении надежности стопорения поршней. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 47 ил.

1. Активирующее устройство для скважинного инструмента, содержащее корпус, имеющий, по меньшей мере, один поршень, установленный с возможностью скольжения в корпусе, для перемещения между деактивированным положением отвода внутрь и активированным положением выдвигания наружу, и имеющий выполненное в нем отверстие, активирующее средство для подачи порции текучей среды под давлением для принудительного перемещения, по меньшей мере, одного поршня в активированное положение выдвигания и, по меньшей мере, одну стопорящую деталь, установленную с возможностью снятия на корпус для прохождения через отверстие, как в деактивированном положении отвода внутрь, так и в активированном положении выдвигания наружу, для стопорения соответствующего поршня в корпусе и сопротивления вращению поршня относительно корпуса.

2. Устройство по п.1, содержащее множество стопорящих деталей, устанавливаемых с возможностью снятия в корпусе, причем каждая стопорящая деталь имеет разную высоту и проходит через отверстие в соответствующем поршне, обеспечивая возможность выдвигания каждого поршня наружу из корпуса на разное расстояние.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, одна стопорящая деталь содержит шпонку, установленную с возможностью скольжения в шпоночной канавке в корпусе.

4. Устройство по п.3, в котором шпоночная канавка имеет, по существу, Т-образное поперечное сечение, а, по меньшей мере, одна шпонка содержит соответствующий Т-образный профиль.

5. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одна стопорящая деталь содержит, по меньшей мере, одну кулачковую поверхность для введения в контакт с основанием отверстия, по меньшей мере, одного поршня для стопорения поршня в деактивированном положении отвода внутрь и выполнена с возможностью скольжения относительно корпуса в положение, в котором, по меньшей мере, одна кулачковая поверхность не контактирует с основанием отверстия, обеспечивая возможность перемещения, по меньшей мере, одного поршня в активированное положение выдвигания наружу.

6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один винт, соединяющий, по меньшей мере, одну стопорящую деталь с, по меньшей мере, одним поршнем, удерживающий, по меньшей мере, один поршень в деактивированном положении отвода внутрь и выполненный с возможностью разрушения при подаче порции текучей среды под давлением, обеспечивая возможность перемещения, по меньшей мере, одного поршня в активированное положение выдвигания наружу.

7. Устройство по п.6, в котором, по меньшей мере, один поршень содержит паз, расположенный рядом с отверстием, при этом в отверстии установлена с возможностью скольжения пластина, способная принимать, по меньшей мере, один винт, обеспечивая возможность соединения, по меньшей мере, одной стопорящей детали с, по меньшей мере, одним поршнем.

8. Устройство по п.6, в котором, по меньшей мере, один винт ориентирован вдоль радиуса инструмента.

9. Устройство по п.1, дополнительно содержащее отклоняющее средство для отклонения, по меньшей мере, одного поршня в деактивированное положение отвода внутрь.

10. Устройство по п.9, в котором отклоняющее средство содержит пластинчатую пружину, способную контактировать с основанием отверстия, по меньшей мере, одного поршня для отклонения поршня в деактивированное положение отвода внутрь.

11. Устройство по п.1, содержащее множество поршней, установленных с возможностью скольжения в корпусе и расположенных в различных положениях вдоль продольной оси корпуса, так что внутренние концы поршней не перекрываются.

12. Устройство по п.1, дополнительно содержащее, по меньшей мере, одну защитную втулку, расположенную между, по меньшей мере, одним соответствующим поршнем и корпусом.

13. Устройство по п.12, в котором один из таких элементов, как втулка и корпус, содержит буртик, способный упираться в выемку, сформированную, соответственно, на другом из таких элементов, как корпус и втулка, для стопорения втулки в корпусе.

14. Устройство по п.1, в котором активирующее средство для подачи порции текучей среды под давлением для принудительного перемещения, по меньшей мере, одного поршня в активированное положение выдвигания содержит имеющую каналы оправку, выполненную с возможностью перемещения вдоль продольной оси инструмента в ответ на увеличение давления текучей среды, так что выравнивание, по меньшей мере, одного канала, расположенного в оправке, с поршневой камерой обеспечивает течение текучей среды в поршневую камеру и принудительное перемещение, по меньшей мере, одного поршня в активированное положение выдвигания наружу.

15. Устройство по п.14, в котором оправка дополнительно содержит фланцевую часть, расположенную на конце оправки и способную упираться в стопорный буртик, сформированный на корпусе.

16. Устройство по п.15, в котором фланцевая часть образована, по меньшей мере, одной стопорной гайкой, расположенной на имеющей каналы оправке.

17. Устройство по п.16, в котором корпус содержит основную корпусную часть, верхний переводник и нижний переводник, причем стопорная гайка сформирована на нижнем переводнике.

18. Скважинный инструмент, содержащий буровое долото, активирующее устройство по п.1 и режущий элемент, установленный на единственном или каждом поршне активирующего устройства.

19. Способ расширения ствола скважины с использованием скважинного инструмента по п.18.