Расширитель скважин Российский патент 2023 года по МПК E21B7/28 

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины с одновременным бурением на обсадной колонне в заданном интервале.

Известно долото-расширитель для бурения на обсадной колонне (патент № 2779682, МПК Е21В 7/28, Е21В 10/26, опубл. 12.09.2022 г., бюл. № 26), включающее корпус, муфту, подвижно установленную на корпусе, породоразрушающие элементы с калибрующей и режущей частями размещены в опорных окнах муфты и боковых пазах корпуса с направляющими. Муфта снизу жестко соединена с пилот-долотом. Верхняя часть корпуса выполнена овальной в сечении, взаимодействующей с овальным отверстием заглушки муфты, образующей с верхней частью корпуса и внутренней частью муфты гидрокамеру, соединенную с центральным каналом корпуса отверстием. Корпус выше боковых пазов с направляющими выполнен в виде поршня и установлен герметично относительно внутренней части муфты, а внутренняя часть муфты в месте опорных окон выполнена конической. Режущая часть породоразрушающих элементов выполнена с изгибом наружной поверхности и оснащена резцами PDC, также корпус сверху оснащен переводником с замковой резьбой для соединения с забойным двигателем, а снизу - съемным штоком, герметично установленным в проходное отверстие муфты. Пилот-долото выполнено в виде бурильной головки, оснащенной резцами PDC.

Недостатками устройства являются:

- большая вероятность среза резьбы заглушки муфты с овальным отверстием, так как расширение скважины сопровождается высоким крутящим моментом с ударными нагрузками, как следствие, создание аварийной ситуации из-за разборки расширителя в скважине;

- шламование гидрокамеры из-за невозможности надежной герметизации овальной верхней части корпуса и заглушки муфты, как следствие, возможно заклинивание расширителя в рабочем положении;

- при одновременном бурении и расширении возможен слом муфты из-за высоких крутящих моментов с ударными нагрузками, так как муфта выполнена полой и сечение ослаблено окнами породоразрушающих элементов;

- большие затраты времени на замену породоразрушающих элементов при их износе в условиях скважины, так как для установки породоразрушающих элементов в пазы корпуса и одновременно в окна муфты необходимо дополнительное время.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является долото раздвижное (патент № 2759140, МПК Е21В 10/32, опубл. 09.11.2021 г., бюл. № 31), содержащее корпус с резьбой, центральным каналом и пазами, в которых установлены подвижные лопасти с породоразрушающими элементами, плунжер, взаимодействующий с лопастями и выводящий их в рабочее положение, наконечник с гидромониторным отверстием. Плунжер в верхней части снабжен резьбой для соединения с колонной бурильных труб и выполнен многогранным соответственно многогранному отверстию корпуса, снабженного обоймами, ограничивающими перемещение подвижных лопастей наружу за счет хвостовиков, выполненных на верхнем и нижнем торцах лопастей, перемещающихся в ответных канавках пазов корпуса. В верхней части долото снабжено втулкой, ограничивающей ход плунжера и образующей с плунжером гидрокамеру, сообщаемую радиальным отверстием плунжера с центральным каналом. Наконечник снабжен лопастями и гидромониторными отверстиями между лопастями количеством не менее количества лопастей. Рабочие части подвижных лопастей и лопастей наконечника выполнены с изгибом наружной поверхности, при этом долото снабжено по меньшей мере тремя подвижными лопастями.

Недостатками устройства являются:

- шламование гидрокамеры из-за невозможности надежной герметизации многогранного отверстия корпуса и плунжера, как следствие, возможно заклинивание расширителя в рабочем положении;

- большие затраты времени на замену подвижных лопастей при их износе в условиях скважины, так как для установки подвижных лопастей в пазы корпуса изнутри необходимо дополнительное время;

- возврат в транспортное положение подвижных лопастей только за счет реакции со стенкой скважины, что может привести к заклиниванию устройства при извлечении из скважины.

Техническими задачами предлагаемого устройства являются создание надежной конструкции расширителя для восприятия высокого крутящего момента при одновременном бурении и расширении скважин за счет передачи крутящего момента выступами плунжера, взаимодействующими с пазами корпуса, исключения шламования гидрокамеры расширителя, гарантированного возврата подвижных лопастей в транспортное положение, а также сокращение времени на замену подвижных лопастей.

Технические задачи решаются расширителем скважин, содержащим корпус с резьбой, центральным каналом и пазами, в которых установлены подвижные лопасти с породоразрушающими элементами, плунжер, взаимодействующий с лопастями и выводящий их в рабочее положение, снабженный резьбой в вверхней части, наконечник с отверстиями, выполненный в виде долота с резцами PDC с муфтовой резьбой, корпус снабжен обоймой, ограничивающей перемещение подвижных лопастей наружу за счет хвостовиков, выполненных на верхнем и нижнем торце лопастей, при этом в верхней части долото снабжено втулкой, ограничивающей ход плунжера и образующей с плунжером гидрокамеру, сообщаемую радиальным отверстием плунжера с центральным каналом.

Новым является то, что плунжер снабжен выступами по количеству лопастей с возможностью перемещения в пазах корпуса, на выступах плунжера выполнены наклонные поверхности, снабженные шипами типа «ласточкин хвост» под пазы на внутренних наклонных поверхностях подвижных лопастей, поршень плунжера, образующий гидрокамеру, выполнен цилиндрическим, пазы корпуса выполнены длиной, позволяющей устанавливать подвижные лопасти в пазы корпуса снаружи сверху, при этом втулка, ограничивающая ход плунжера, выполнена заодно с верхней обоймой, перекрывающей верхнюю часть пазов и выполняющей роль упора подвижных лопастей, а ход плунжера выполнен таким, что в крайнем верхнем положении выступы плунжера вставлены в пазы корпуса, а снизу перемещение подвижных лопастей наружу ограничено фиксаторами, жестко соединенными с корпусом.

На фиг. 1 показан расширитель в рабочем положении.

На фиг. 2 показан расширитель в транспортном положении.

На фиг. 3 показано сечение А-А.

Расширитель скважин содержит корпус с резьбой 1 (фиг. 1), центральный канал 2 и пазы 3 (фиг. 3), в которых установлены подвижные лопасти 4 (фиг. 1, 2) с породоразрушающими элементами. В нижней части установлен с помощью муфтовой резьбы 5 (фиг. 1) наконечник 6 с отверстиями, выполненный в виде долота с резцами PDC. Корпус 1 снабжен обоймой 7, ограничивающей перемещение подвижных лопастей 4 наружу, за счет хвостовиков 8, выполненных на верхнем и нижнем торце лопастей. В верхней части обойма 7 снабжена втулкой 9, ограничивающей ход плунжера 10 и образующей с плунжером 10 гидрокамеру 11 (фиг. 2), сообщаемую радиальным отверстием 12 с центральным каналом 2. Кроме этого плунжер 10 снабжен выступами 13 (фиг. 3) по количеству лопастей 4 с возможностью перемещения в пазах 3 корпуса 1, а на выступах 13 плунжера 10 выполнены наклонные поверхности 14 (фиг. 2), снабженные шипами 15 (фиг. 3) типа «ласточкин хвост» под пазы на внутренних наклонных поверхностях подвижных лопастей 4. Поршень 16 (фиг. 2) плунжера 10, образующий гидрокамеру выполнен цилиндрическим. Пазы 3 корпуса 1 выполнены длиной, позволяющей устанавливать подвижные лопасти 4 в пазы 3 корпуса 1 снаружи сверху. Втулка 9, ограничивающая ход плунжера 10, выполнена заодно с верхней обоймой 7, перекрывает верхнюю часть пазов 3 и выполняет роль упора подвижных лопастей 4. Ход плунжера 10 выполнен таким, что в крайнем верхнем положении выступы плунжера 10 вставлены в пазы 3 корпуса 1. Перемещение подвижных лопастей 4 наружу ограничено фиксаторами 17, жестко соединенными с корпусом 1.

Работает расширитель скважин следующим образом.

Верхнюю часть расширителя соединяют с винтовым забойным двигателем ВЗД (на фиг. 1-3 не показано), а выше ВЗД расположен соединительный узел с колонной обсадных труб. Далее спускают компоновку до текущего забоя (например, ниже направления), запускают насосы буровой установки для активации ВЗД и начинают подачу компоновки вниз.

В это время промывочная жидкость попадает в гидрокамеру 11 (фиг. 2), сообщаемую через радиальное отверстие 12 с центральным каналом 2, и за счет перепада гидравлического давления корпус 1 (фиг. 1) с лопастями 4 и наконечником 6 надвигается на плунжер 10 до упора поршня 16 плунжера 10 во втулку 9 обоймы 7. При этом лопасти 4, которые находятся в зацеплении с шипами 15 (фиг. 3), расположенными на наклонных поверхностях 14 (фиг. 2) плунжера 10, выводятся в радиальном направлении до заданного размера, обеспечивающего необходимый диаметр ствола скважины. Для надежной фиксации лопастей 4 при их выдвижении наружу и в случае нештатной ситуации, они снабжены хвостовиками 8, выполненными на верхнем и нижнем торце лопастей 4. В верхней части ограничение происходит за счет обоймы 7, а в нижней – ограничено фиксаторами 17.

В таком виде компоновку подают вниз до забоя и производят одновременное бурение с расширением. Выступы 13 плунжера 10 позволяют передавать большой крутящий момент при взаимодействии с ответными поверхностями корпуса 1, в результате чего увеличивается скорость проходки и надежность расширителя. В случае нестабильной подачи насосом промывочной жидкости, за счет упора на забой наконечника 6 с корпусом 1, лопасти 4 всегда находятся в рабочем положении и дают стабильный диаметр ствола скважины. Минимальный зазор между лопастями 4 и пазами 3 корпуса 1 исключают попадание шлама в корпус и гидрокамеру 11 расширителя. Благодаря тому, что пазы 3 корпуса 1 выполнены длиной, позволяющей устанавливать подвижные лопасти 4 в пазы 3 корпуса 1 снаружи сверху, значительно упрощается замена подвижных лопастей 4, что значительно сокращает время их замены.

После завершения одновременного бурения и расширения выключают насос и производят подъем компоновки. При этом корпус 1 с наконечником 6 перемещается вниз, и благодаря выступам 13 плунжера 10 на наклонных поверхностях 14 (фиг. 2), снабженных шипами 15 (фиг. 3) типа «ласточкин хвост» под пазы на внутренних наклонных поверхностях подвижных лопастей 4 происходит возврат лопастей 4 в исходное транспортное положение. Кроме того, конструкция расширителя позволяет быстро заменить лопасти 4 даже в полевых условиях.

Таким образом предлагаемое устройство позволяет создать надежную конструкцию расширителя для восприятия высокого крутящего момента при одновременном бурении и расширении скважин за счет передачи крутящего момента выступами плунжера взаимодействующими с пазами корпуса, исключения шламования гидрокамеры расширителя, гарантированного возврата подвижных лопастей в транспортное положение, а так же сокращение времени на замену подвижных лопастей.

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности. Расширитель скважин содержит корпус с резьбой, центральный канал и пазы, в которых установлены подвижные лопасти с породоразрушающими элементами. В нижней части установлен с помощью муфтовой резьбы наконечник с отверстиями, выполненный в виде долота с резцами PDC. Корпус снабжен обоймой, ограничивающей перемещение подвижных лопастей наружу, за счет хвостовиков, выполненных на верхнем и нижнем торце лопастей. В верхней части обойма снабжена втулкой, ограничивающей ход плунжера и образующей с плунжером гидрокамеру, сообщаемую радиальным отверстием с центральным каналом. Плунжер снабжен выступами по количеству лопастей с возможностью перемещения в пазах корпуса, а на выступах плунжера выполнены наклонные поверхности, снабженные шипами типа «ласточкин хвост» под пазы на внутренних наклонных поверхностях подвижных лопастей. Поршень плунжера, образующий гидрокамеру, выполнен цилиндрическим. Пазы корпуса выполнены длиной, позволяющей устанавливать подвижные лопасти в пазы корпуса снаружи сверху. Втулка, ограничивающая ход плунжера, выполнена заодно с верхней обоймой, перекрывает верхнюю часть пазов и выполняет роль упора подвижных лопастей. Ход плунжера выполнен таким, что в крайнем верхнем положении выступы плунжера вставлены в пазы корпуса. Перемещение подвижных лопастей наружу ограничено фиксаторами, жестко соединенными с корпусом. Обеспечивается создание надежной конструкции расширителя для восприятия высокого крутящего момента при одновременном бурении и расширении скважин за счет передачи крутящего момента выступами плунжера, взаимодействующими с пазами корпуса, исключения шламования гидрокамеры расширителя, гарантированного возврата подвижных лопастей в транспортное положение, а также сокращение времени на замену подвижных лопастей. 3 ил.

Расширитель скважин, содержащий корпус с резьбой, центральным каналом и пазами, в которых установлены подвижные лопасти с породоразрушающими элементами, плунжер, взаимодействующий с лопастями и выводящий их в рабочее положение, снабженный резьбой в верхней части, наконечник с отверстиями, выполненный в виде долота с резцами PDC с муфтовой резьбой, корпус снабжен обоймой, ограничивающей перемещение подвижных лопастей наружу за счет хвостовиков, выполненных на верхнем и нижнем торце лопастей, при этом в верхней части долото снабжено втулкой, ограничивающей ход плунжера и образующей с плунжером гидрокамеру, сообщаемую радиальным отверстием плунжера с центральным каналом, отличающийся тем, что плунжер снабжен выступами по количеству лопастей с возможностью перемещения в пазах корпуса, на выступах плунжера выполнены наклонные поверхности, снабженные шипами типа «ласточкин хвост» под пазы на внутренних наклонных поверхностях подвижных лопастей, поршень плунжера, образующий гидрокамеру, выполнен цилиндрическим, пазы корпуса выполнены длиной, позволяющей устанавливать подвижные лопасти в пазы корпуса снаружи сверху, при этом втулка, ограничивающая ход плунжера, выполнена заодно с верхней обоймой, перекрывающей верхнюю часть пазов и выполняющей роль упора подвижных лопастей, а ход плунжера выполнен таким, что в крайнем верхнем положении выступы плунжера вставлены в пазы корпуса, а снизу перемещение подвижных лопастей наружу ограничено фиксаторами, жестко соединенными с корпусом.