Расширитель Советский патент 1984 года по МПК E21B7/28 

сд

со со

И:и)6ретение относится к инструментам, применяемым при бурении скважин для ликвидации желобов, возникающих в результате искривленности скважин.

Известен роторный шарошечный раеН1иритель, СОСТОЯШ.ИЙ из нескольких шароН1ек, смонтированных на вертикальных или наклонных осях с 1хентральным корпусом. Расширитель включается в компановку бурильной колонны, собранной на замках 1

Однако разработка желобов шарошечным расширителем происходит при вращении бурильной колонны, что в стволе большой протяженности (глубокие скважины) занимает много производительного времени, наличие небольших (по диаметру) шароHiCK расширителя вызывает их интенсивный износ.

Наиболее близким к изобретению по гехиической сущности и достигаемому результату яЕ ляется расширитель, содержа1НИЙ цен рральный шпиндель, коаксиально неположенную на нем с возможностью враHicHHM и вертикального перемещения втулку, на части наружной поверхности которой выполнены спиральные армированные ребра левого захода, и элементы соединения втулки и шпинделя, размещенные в нижней части втулки и шпинделя 2.

Недостатками известного расширителя являются низкая прорабатывающая способность и осуществление проработки с затратами производительного времени.

Цель изобретения - повышение эффективности расширителя путем использова11ия спуско-подъемных операций для проработки.

Поставленная цель достигается тем, что в расширителе, содержащем центральный шпиндель, коаксиально расположенную на нем с возможностью вращения и вертикального перемещения втулку, на части наружной поверхности которой выполнены спиральные армированные ребра левого захода, и элементы соединения втулки и шпинделя, размещенные в нижней части втулки и шпинделя, втулка на поверхности, свободной от спиральных армированных ребер, дополнительно имеет продольно расположенные армированные зубками лезвия, причем диаметр втулки по ребрам меньше диаметра по лезвиям на удвоенную величину вылета зубка, а элементы соединения втулки и щпинделя выполнены в виде кулачков с вертикальными гранями и гранями с левым уклоном.

На фиг. 1 показан расширитель, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I; на фиг. З-разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - принципиальная схема работы расширителя в скважине.

Расширитель состоит из центрального шпинделя 1, коронки 2 с выступами 3, связывающими коронку со шпинделем, и элементами соединения в виде кулачков 4 треугольной формы с вертикальной гранью и гранью с левым уклоном, и втулки 5, армированной твердосплавными штырями 6. Наружная поверхность втулки в средней части имеет прямые продольные лезвия 7, а в нижней и верхней частях - спиральные ребра 8 с левым заходом. На нижнем торце втулки расположены кулачки 9. К верхнему торцу втулки примыкают кольцо 10 и переводник 11, над которым установлен замок 12. При этом на схеме (фиг. 4) обозначены скважина 13, желоб 14, расширитель 15 и лезвие 16.

Расширитель включается в компановку собранной на замках бурильной колонны и работает следующим образом.

При спуске втулка 5 расширителя поджимается к кольцу 10 и переводнику 11. Благодаря наличию спиральных ребер и углу их подъема (предпочтительно 70-80°) возникают необходимые окружные усилия, в результате которых втулка совершает вращательное движение и лезвиями 7 производит разрушение желоба.

Для эффективной проработки желоба необходимо, чтобы в процессе проработки постоянно одно из лезвий имело контакт с желобом, в то время как другой край желоба контактирует со спиральным ребром, т. е. чтобы был исключен случай, когда лезвия одновременно могут попасть на края желоба, обуславливающий отрыв привода вращения втулки.

Количество лезвий, их геометрические размеры определяются следующим образом.

Дано: AB - диаметр желоба и замка бурильной колонны, мм;

- диаметр втулки по лезвиям, мм.

Необходимо определить количество лезвий (N) и их ширину (АС 0) из условия контакта лезвия только в одной точке А или В.

Центральный угол желоба равен

(2n + l), (1)

где - центральный угол лезвия или впадин между лезвиями, град; п - количество лезвий, помещаемых в желобе, шт.

я J60 (()

-ггй

N - общее количество лезвий на

где

расширитель, шт.

Решая уравнения (1) и (2) относительно N, получаем ,,

м ЭбО(2п+.1),о

Ширина лезвия (длина дуги) в равна D rq-i 1л

°360

Решая уравнения (1) и (4) относительно б, получаем „

e LdLP

.(5)

( +и

Угол ot, определяющий ширину желоба,

равен

oL 2arcsin

Таким образом получаем расчетные выражения, необходимые для определения количества ребер и их ширину:

ч Эб0(гп 41) .

4 arc sin i2djj

R 2 У4.р {2ГИ-1)

Расположение твердосплавных штырей (армировка) на продольно расположенных лезвиях обеспечивает ударное вдавливание штырей в пdpoдy, что является эффективным при разрушении твердых и абразивных пород.

Разрушение желоба происходит и при подъеме бурильной колонны. Поджатая к коронке 2 втулка вращается по часовой стрелке. Наклоненные влево торцевые поверхности кулачков 4 не препятствуют вращению, кулачки 9 втулки проскальзывают по кулачкам 4.

В случае заклинивания втулки в желобе возможно ее проворачивание посредством

вращения бурильной колонны по часов(й стрелке: кулачки 4 и 9 зацепляются своими вертикальными поверхностями, обеспечивая жесткую связь шпинделя 1 со втулкой 5. Изобретение позволяет вести проработку желобов без затрат производительного времени во время спуско-подъемных операций за счет выполнения элементов соединения втулки и шпинделя в их нижней части в виде кулачков треугольной формы с вертикальной гранью и гранью с левым наклоном. При этом повышается прорабатывающая способность устройства в кристаллических породах за счет ударного воздействия разрушающего органа на породу, так как втулка дополнительно к спиральным ребрам левого захода имеет на поверхности, свободной от спиральных ребер (в данном случае в средней части втулки), продольно расположенные армированные лезвия, нричем диаметр втулки по ребрам меньше диаметра втулки по лезвиям на удвоенную величину вылета зубка. Для спиральных ребер характерен скользящий фрезерующий эффект, а для продольных - именно ударный, что является необходимым условием для разрушения твердых .по,род.

/Z

РАСШИРИТЕЛЬ, содержащий центральный шпиндель, коаксиально расположенную на нем с возможностью вращения и вертикального перемещения втулку, на части наружной поверхности которой выполнены спиральные армированные ребра левого захода, и элементы соединения втулки и шпинделя, размешенные в нижней части втулки и шпинделя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности расширителя путем использования спускоподъемных операций для проработки, втулка на поверхности, свободной от спиральных армированных ребер, дополнительно имеет продольно расположенные армированные зубками лезвия, причем диаметр втулки по ребрам меньше диаметра по лезвиям на удвоенную величину вылета зубка, а элементы соединения втулки и шпинделя выполнены в виде кулачков с вертикальныШ ми гранями и гранями с левым уклоном.