Расширитель скважин Российский патент 2023 года по МПК E21B7/28 

Изобретение относится к области бурения, а именно к породоразрушающему инструменту для расширения скважин.

Известен скважинный расширитель раздвижной (патент RU № 203929, МПК Е21В 7/28, опубл. 28.04.2012 г., бюл. № 13), включающий корпус внутри которого расположен толкатель с навернутым на него поршнем, сжимающим пружину, и твердосплавной втулкой, зафиксированной крышкой, на котором навернут верхний центратор, имеется упор для поршня и закреплены лопасти, оснащенные PDC пластинами. Причем на корпус навернут нижний переводник, снабженный фиксатором, закрепленным стопорами для предотвращения самопроизвольного отворота, лопасти крепятся с помощью пальцев в пазах корпуса и выполнены с выборкой во внутренней части, на толкателе установлены выдвигающие элементы, закрепленные винтами. Кроме этого, нижний переводник, толкатель и фиксатор выполнены со сквозными центральными гидравлическими каналами округлой формы диаметром 0,05-0,3 от диаметра корпуса.

Недостатками данного устройства являются:

- невозможность возврата плашек расширителя в транспортное положение в случае слома пружины, как следствие, создание аварийной ситуации из-за заклинивания расширителя в скважине;

- невозможность возврата плашек расширителя в транспортное положение в случае раскрепления выдвигающих элементов, т.к. в процессе работы расширителя возникают вибрации и есть вероятность отворота винтов, крепящих выдвигающие элементы;

- отсутствие промывки полостей, в которых находятся плашки и как следствие вероятность их зашламовывания и заклинивания при возврате в транспортное положение.

Наиболее близким по технической сущности является расширитель для бурения и расширения на обсадной колонне (патент RU № 2774875, МПК E21B 7/20, E21B 7/28, E21B 10/32, опубл. 23.06.2022 г., бюл. № 18), содержащий корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, при этом нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса. Кроме того втулка полого вала выполнена многогранной, таким образом, что выводит лопасти в рабочее положение при взаимодействии конической поверхности втулки полого вала с выступом лопастей на внутренней поверхности образованным радиусной вогнутой внутрь поверхностью и внутренней рабочей поверхностью лопастей, поршень полого вала выполнен заодно с валом, полый вал выполнен таким образом, что в транспортном положении его многогранный участок вставлен в многогранное отверстие корпуса, а нижняя часть полого вала в транспортном положении герметично вставлена в отверстие центрального проходного канала корпуса, верхняя часть лопастей снабжена упором, взаимодействующим с верхней поверхностью пазов корпуса в рабочем положении. Также корпус и полый вал выполнены без фиксации срезными элементами, а корпус в нижней части снабжен сменной бурильной головкой.

Недостатками данного устройства являются:

- плашки расширителя выходят в рабочее положение за счет гидравлики и упора на забой, поэтому при использовании расширителя в ранее пробуренном стволе скважины может быть неравномерное расширение ствола при перепадах давления;

- плашки не фиксируются в транспортном положении (отсутствуем механизм фиксации - пружина или стопорный штифт), поэтому при спуске расширителя в заданный интервал скважины плашки могут самопроизвольно выдвигаться в рабочее положение, препятствуя доведению расширителя до интервала расширения;

- при износе упорной поверхности полого вала, контактирующей с плашками, произойдет потеря диаметра расширения, а изготовление нового вала требует значительных материальных вложений, в силу сложности детали.

Техническими задачами предлагаемого устройства являются создание надежной и долговечной конструкции расширителя, позволяющей спустить его в заданный интервал скважины, созданием давления гарантированно выдвинуть в рабочее положение режущие элементы, произвести расширение скважины до нужного диаметра и гарантированно сложить в транспортное положение для беспрепятственного извлечения.

Технические задачи решаются расширителем скважин, содержащим корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, выполненной многогранной, полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, при этом нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса, снабженного сменной бурильной головкой.

Новым является то, что на нижней части вала между поршнем и торцевой поверхностью корпуса установлена пружина с усилием, позволяющим удерживать вал и плашки расширителя в транспортном положении при его спуске в наклонном стволе скважины до интервала расширения, при этом коническая поверхность и грани втулки, взаимодействующие с лопастями снабжены износостойким покрытием, полый вал сверху снабжен центратором диаметром на 6-9 % больше диаметра расширителя в транспортном положении.

Новым является также то, что внутренняя часть лопастей, взаимодействующая с втулкой полого вала, снабжена износостойким покрытием.

На фиг. 1 изображен расширитель скважин в транспортном положении с частичным разрезом.

На фиг. 2 - в рабочем положении с частичным разрезом.

На фиг. 3 - сечение в месте соединения корпуса и полого вала.

Расширитель скважин состоит из корпуса 1 (фиг. 1) с центральным проходным каналом 2 и пазами 3, лопастей 4, снабженных хвостовиками 5 и породоразрушающими элементами 6. Лопасти 4 закреплены в пазах 3 корпуса 1 с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой 7 полого вала 8, выполненной многогранной (фиг. 3). Полый вал 8 (фиг. 1) снабжен поршнем 9, размещенным в проходном канале 2 корпуса 1, и вверху снабжен резьбой 10 для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием 11 и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса 1, при этом нижняя часть полого вала 8 в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие 12 в центральном проходном канале 2 корпуса 1, снабженного сменной бурильной головкой 13. На нижней части полого вала 8 между поршнем 9 и торцевой поверхностью корпуса 1 установлена пружина 14 с усилием, позволяющим удерживать полый вал 8 и лопасти 4 расширителя в транспортном положении при его спуске в наклонном стволе скважины до интервала расширения. Коническая поверхность 15 и грани 16 втулки 7, взаимодействующие с лопастями 4 снабжены износостойким покрытием. Полый вал 8 сверху снабжен центратором 17 диаметром на 6-9 % больше диаметра расширителя в транспортном положении. Внутренняя часть лопастей 4, взаимодействующая с втулкой 7 полого вала 8, снабжена износостойким покрытием.

Работает расширитель следующим образом.

Скважинный расширитель крепят к бурильным трубам (на фиг. не показаны) посредством замковой резьбы на центраторе 17 (фиг. 1), затем спускают в ранее пробуренную скважину в заданный интервал расширения.

В процессе спуска расширителя в скважину пружина 14 удерживает корпус 1 с лопастями 4 в транспортном положении. А благодаря тому, что диаметр центратора 17 больше диаметра корпуса 1 на 6-9 %, предохраняет породоразрушающие элементы 6 лопастей 4 от зацепа за породу в процессе спуска в скважину.

По достижении заданного интервала скважины во внутреннюю полость полого вала 8 (фиг. 2) по бурильным трубам подают промывочную жидкость. За счет перепада гидравлического давления, создаваемого насадками на бурильной головке 13, промывочная жидкость через боковое отверстие 11 попадает в камеру над поршнем 9 и начинает сжимать пружину 14. Корпус расширителя 1 с лопастями 4 поднимается вверх до упора корпуса 1 в центратор 17. При этом лопасти 4 надвигаются на коническую поверхность 15 втулки 7 и выходят в рабочее положение, врезаясь при этом в стенки скважины. Далее начинают разгружать бурильный инструмент, тем самым создавая осевую нагрузку на расширитель, и одновременно начинают вращать расширитель либо ротором, либо забойным двигателем, который устанавливают над расширителем.

Бурильная головка 13 центрирует и направляет расширитель относительно оси скважины. Центратор 17 минимизирует при этом вибрации, тем самым сохраняя породоразрушающие элементы 6 лопастей 4 от скалывания. Таким образом производится расширение интервала скважины.

При прекращении подачи промывочной жидкости пружина 14 (фиг. 1) возвращается в исходное положение, грани 16 конической поверхности 15 втулки 7 при этом захватывает хвостовики 5 лопастей 4 и возвращает их в транспортное положение. Внутренняя часть лопастей 4 и грани 16 втулки 7 полого вала 8 снабжены износостойким покрытием. Это позволяет значительно увеличить ресурс работы этих узлов.

Таким образом, обеспечивается решение поставленных задач, на выполнение которых направлено заявляемое техническое устройство:

- беспрепятственный спуск расширителя в заданный интервал скважины;

- гарантированное выдвижение в рабочее положение породоразрушающих элементов;

- расширение скважины до нужного диаметра с сохранением диаметра расширения;

- гарантированный возврат расширителя в транспортное положение.

Изобретение относится к области бурения, а именно к породоразрушающему инструменту для расширения скважин. Расширитель скважин содержит корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, выполненной с конической поверхностью и многогранной. Полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса. Нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса, снабженного сменной бурильной головкой. На нижней части полого вала между поршнем и торцевой поверхностью корпуса установлена пружина с усилием, позволяющим удерживать полый вал и плашки расширителя в транспортном положении при его спуске в наклонном стволе скважины до интервала расширения. Коническая поверхность и грани втулки, взаимодействующие с лопастями, снабжены износостойким покрытием, полый вал сверху снабжен центратором диаметром на 6-9% больше диаметра расширителя в транспортном положении. Обеспечивается беспрепятственный спуск расширителя в заданный интервал скважины, гарантированное выдвижение в рабочее положение породоразрушающих элементов, расширение скважины до нужного диаметра с сохранением диаметра расширения, гарантированный возврат расширителя в транспортное положение. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Расширитель скважин, содержащий корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, выполненной с конической поверхностью и многогранной, полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, при этом нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса, снабженного сменной бурильной головкой, отличающийся тем, что на нижней части полого вала между поршнем и торцевой поверхностью корпуса установлена пружина с усилием, позволяющим удерживать полый вал и плашки расширителя в транспортном положении при его спуске в наклонном стволе скважины до интервала расширения, при этом коническая поверхность и грани втулки, взаимодействующие с лопастями, снабжены износостойким покрытием, полый вал сверху снабжен центратором диаметром на 6-9% больше диаметра расширителя в транспортном положении.

2. Расширитель скважин по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя часть лопастей, взаимодействующая с втулкой полого вала, снабжена износостойким покрытием.