Расширитель Советский патент 1992 года по МПК E21B7/28 

Изобретение относится к буровой технике, а конкретно к устройствам для расширения ствола скважины в любом интервале, позволяющее совмещать расширение с бурением, вести бурение без расширения, вести расширение как по схеме сверху-вниз, так и по схеме снизу-вверх, без подъема расширителя на поверхность.

Известно устройство для образования уширения в скважине, включающее корпус, уширитель в виде плит, шарнирно подвешенных к корпусу на осях и поджимаемых упором. В корпусе выполнены бурты, а упор изготовлен в виде свободно сидящей на корпусе шайбы, при этом плиты уширителя имеют выступы, расположенные с возможностью их упора в рабочем положении в бурты, причем диаметр отверстия в плите, через которое пропущена ось больше, чем диаметр оси.

Недостатком устройства является то. что расширение можно выполнить только в одном - нисходящем направлении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к предлагаемому является расширитель с полым корпусом, связанный через верхний переводник с колонной бурильных труб, содержащий силовой поршень с полым штоком, на внешней стороне которого имеются зубчатые рейки, входящие в зацепление с зубчатыми секторами резцов, установленных на осях в пазах корпуса.

Недостатками данного расширителя являются невозможность вести бурение с расширителем (при подаче очистки агента расширитель постоянно включен; ограниченная область применения (расширитель работает только по схеме- сверху-вниз); накопление шлама на забое скважины в процессе расширения интервалов размещенных выше забоя, так как очистной агент до забоя не доходит: относительно сложный контроль угла раскрытия лопастей по перепаду давления в нагнетательной лисл С

2

СП 00

сл

00

ним (необходима регистрирующая аппаратура).

Наиболее близким по функциональному назначению является расширитель содержащий полый корпус, эластичную надувную камеру с клапаном, пружиной и фиксатором. Расширитель относится к числу неизвлекаемых, многоразового использования.

Наиболее существенными недостатками данного расширителя являются: расширитель не обеспечивает расширение ствола скважины по жесткой схеме, диаметр расширения зависит от целого ряда параметров:давлениявкамере, физико-механических свойств горных пород, скорость расширения и др.; невозможность бурения с расширением, так как при работе расширителя центральный канал закрыт; возможность накопления твердых фракций в камере между поршнем и эластичной камерой и, как следствие, заклинивание поршня; сложность, с учетом условий работы узла управления клапаном, перекрывающим центральный канал.

Цель изобретения - повышение универсальности расширителя (расширение в любом заданном интервале сверху-вниз или снизу-вверх, бурение без расширения или с одновременным расширением) и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что расширитель, содержащий полый корпус с продольными пазами, в которых шарнирно установлены резцы с зубчатыми секторами, входящими в зацепление с зубчатыми рейками, размещенными на внешней стороне полого штока, жестко соединенного с подпружиненным поршнем с размещенной в нем дроссельной шайбой с обводным каналом, соединен с бурильной колонной шли- цевым соединением с заданным осевым перемещением, с бурильной колонной (валом шлицевым) соединен дроссель, взаимодействующий с дроссельной- шайбой, при этом площадь нормального сечения проходного канала между шайбой и дросселем максимальна при открытых (расширение) и . закрытых лопастях.

Зависимость площади обводного канала f от заданного перепада давления АН и расхода очистки агента Q приведена в таблице.

Расчеты сделаны по формуле

Q Y тч|2д лн1;

где Y 0,8 - коэффициент расхода; f - площадь обводного канала;

g - ускорение земного тяготения; Д Н - перепад давления в м вод. ст.

f

Q

J V 2 7Ш

На фиг. 1-2 изображен расширитель на забое скважины в процессе бурения без расширения; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.

1; на фиг. 4- Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5-разрез В-В на фиг. 2.

Расщиритель состоит из корпуса 1, в котором размещены рабочие лопасти 2 и 3, соединенные с корпусом 1 посредством

осей 4, часть лопасти, размещенная в корпусе, выполнена в виде зубчатого сектора, входящего в зацепление с полым штоком 5, на диаметральных сторонах которого нарезаны зубья, входящие в зацепление с зубьями

лопастей 2 и 3. Полый шток 5 соединен верхней расширенной частью с поршнем 6. Между корпусом 1 и поршнем 6 размещена пружина 7, предварительная деформация которой исключает раскрытие лопастей от

действия центробежных сил в процессе бурения скважины. В поршне 6 размещена втулка дросселя 8 с боковым каналом, площадь которого рассчитана на заданный.перепад давления. Поршень 6 перемещается

в цилиндре 9, размещенном в корпусе цилиндра 10, С верхней частью корпуса цилиндра 10 соединена шлицевая муфта 11, в которой перемещается шлицевой вал 12 соединенный с дросселем 13. Верхняя и нижняя части шлицевого вала 12, перемещаются в зоне уплотнений и имеют равновеликое сечение, т.е. осевые перемещения вала не изменяют объем между уплотнениями. С шлицевым валом 12,

посредством переводников 14, 15 соединена бурильная колонна 16.

Расширитель работает следующим образом. При бурении скважины без расширения

(фиг. 1) нагрузка на забой передается от бурильной колонны через переводник 14 на шлицевую муфту 11, корпус цилиндра 10. корпус 1 и далее на породоразрушающий инструмент. Шлицевой вал 12 (дроссель 13)

занимает крайнее нижнее положение, очистной агент идет через дроссельную втулку 8, смывает дроссель 13, в расширенной части штока 5 и далее по внутреннему каналу штока на забой скважины. Утечку исключают уплотнения, размещенные в нижней части корпуса 1.

При необходимости расширения (фиг. 2) приподнимают бурильную колонну 16, следовательно шлицевой вал 12 на величину

свободного хода h, при этом дроссель 13

перемещается в зону втулки дросселя 8 и очистной агент идет на забой по обводному каналу (фиг. 4). рассчитанному на заданный перепад давления. Под действием избыточного давления поршень 6 перемещается вниз, сжимая пружину 7. Величина переме- щения определяется высотой дросселя 13 по максимальному диаметру и высотой втулки дросселя 8 по минимальному диаметру. Величина осевого перемещения поршня 6 (Эштока 5) соответствует полному раскрытию лопастей 2 и 3. далее втулка 8 перемещается в зону нижней конусной части дросселя 13, отверстие для прохода очистного агента увеличивается, давление пада- ет, что информирует о раскрытии лопастей 2 и 3. Процесс раскрытия лопастей производится при вращении колонны. Далее бурение ведется либо вниз с одновременным расширением, либо ведется расширение снизу-вверх, при этом нагрузку от давления лопастей на грунт воспринимает поршень 6. При нарушении режима расширения снизу-вверх, например, ускоренная подача, вызывающая частичное складывание лопа- стей 2 и 3 в нагнетательной линии повысится давление, так как через зубчатые секторы лопасти поднимут шток 5 (поршень 6 и втулку дросселя 8), дроссель 13 переместится в область суженной части втулки дросселя 8 и обусловит повышение давления.

Для прекращения расширения достаточно временно отключить промывку, под действием потенциальной энергии пружины 7 поршень 6 с штоком 5 переместятся вверх, лопасти войдут в продольные пазы корпуса 1 и займут исходное положение. Устройство можно ставить на забой - для продолжения бурения или перемещать в любой заданный интервал и, при необходи-

мости, производить его расширение по описанной схеме.

Радиальное смещение расширителя исключает корпус 1 (при разбурке снизу- вверх) и корпус и шарошечное долото при бурении с расширением.

Преимущества предложенного расширителя заключаются в следующем: расширитель можно многократно использовать для расширения любого интервала скважины по схемам снизу-вверх и сверху-вниз ; вести бурение без расширения; вести бурение с одновременным расширением

Перечисленные факторы повышают технологические и экономические показатели при практическом использовании.

Формула изобретения

Расширитель, включающий полый корпус, полый подпружиненный поршень со штоком, размещенный в корпусе, лопасти, шарнирно соединенные с корпусом и кинематически соединенные со штоком с возможностью поворота в вертикальной плоскости при осевом перемещении штока, механизм контроля поворота лопастей и переходник буровой колонны, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, переходник буровой колонны соединен с корпусом с возможностью ограниченного осевого перемещения, а механизм контроля выполнен из дросселя, скрепленного с переходником буровой колонны, и шайбы с боковым каналом на внутренней поверхности, размещенной внутри поршня, при этом площадь поперечного сечения пространства между шайбой и дросселем максимальна при открытых и закрытых лопастях.

4У

®uz1

8

/s/ ss/

Фиг.2

13

Использование: для расширения скважин в любом интервале. Сущность изобретения: расширитель содержит лопасти, кинематически соединенные со штоком поршня,установленного в корпусе. При расширении буровой раствор проходит между дросселем скрепленным с буровой колонной, и шайбой, установленный в поршне. Перепад давления на расширителе зависит от положения лопастей. Это позволяет контролировать процесс расширения, 5 ил.