Гидравлический расширитель

 

Использование: в горной промышленности при расширении скважин. Сущность изобретения: расширитель включает корпус, размещенный внутри корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения плунжера-шпинделя со средством подсоединения к бурильной колонне с осевым и радиальными каналами и с дросселирующим штуцером, зафиксированный от проворота относительно корпуса, камеру, образованную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью плунжера-шпинделя, полость которой сообщена с полостью осевого канала, шарнирно установленные в нижней части корпуса и имеющие шарошки лапы с наклонными площадками, выполненными с возможностью взаимодействия с опорными элементами при повороте шарошек в рабочее положение из транспортного. Опорные элементы выполнены в виде установленных на плунжере-шпинделе стержней с возможностью размещения между стержнями и плунжером-шпинделем нижних концов лап шарошек. Лапы шарошек подпружинены в направлении их перемещения в транспортное положение. Расширитель снабжен ограничительной втулкой, закрепленной срезными штифтами на плунжере-шпинделе над корпусом на расстоянии, равном рабочему перемещению последнего. Наружный диаметр втулки не превышает наружного диаметра корпуса. 3 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к устройствам, обеспечивающим расширение ствола скважины.

Известен гидравлический расширитель [1] состоящий из толстостенного цилиндра, корпуса, втулки, направляющего кольца, трубообразного элемента, лап шарошек, осей, шарошек, направляющего приспособления с гильзой и направляющего долота.

Недостатком данного гидравлического расширителя является то, что не исключена возможность заклинивания лап с шарошками в пазах корпуса в случае шламования при возвращении лап в исходное положение.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является интервальный расширитель Каммерера [2] состоящий из плунжера-шпинделя, корпуса, штока, дросселирующего штуцера, лап с шарошками, стопорных колец, кронштейна и скоб.

Недостатком данного расширителя является то, что не исключена возможность заклинивания лап с шарошками в пазах корпуса в случае шламования при возвращении лап в исходное положение.

Цель изобретения повышение надежности работы гидравлического расширителя в скважине.

Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом расширителе, включающем плунжер-шпиндель с осевым и радиальными каналами и дросселирующим штуцером, размещенный внутри корпуса, который имеет возможность ограниченного осевого перемещения и зафиксирован от проворота относительно плунжера-шпинделя, камеру, образованную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью плунжера-шпинделя, полость которой сообщена с полостью осевого канала посредством радиальных каналов, шарнирно установленные в нижней части корпуса лапы с наклонными площадками, выполненными с возможностью взаимодействия с закрепленными на плунжере-шпинделе опорными элементами, согласно изобретению опорные элементы выполнены в виде установленных на плунжере-шпинделе стержней с возможностью размещения между стержнями и плунжером-шпинделем нижних концов лап, при этом лапы подпружинены в направлении их перемещения в транспортное положение, а расширитель снабжен ограничительной втулкой, закрепленной посредством срезных штифтов на плунжере-шпинделе над корпусом на расстоянии, равном рабочему перемещению последнего, причем наружный диаметр втулки не превышает наружного диаметра корпуса.

Сопоставительный анализ предлагаемого гидравлического расширителя с прототипом показывает, что данное устройство отличается тем, что опорные элементы выполнены в виде установленных на плунжере-шпинделе стержней с возможностью размещения между стержнями и плунжером-шпинделем нижних концов лап, при этом лапы подпружинены в направлении их перемещения в транспортное положение, а расширитель снабжен ограничительной втулкой, закрепленной посредством срезных штифтов на плунжере-шпинделе над корпусом на расстоянии, равном рабочему перемещению последнего, причем наружный диаметр втулки не превышает наружного диаметра корпуса.

Из научно-технической и патентной литературы известны признаки: расположение плунжера-шпинделя внутри корпуса, крепление лап к корпусу при помощи осей, применение опорных элементов для разворачивания лап в рабочее положение, установка дросселирующего штуцера в плунжере-шпинделе. Все другие признаки не известны.

Поскольку часть признаков неизвестна, а для достижения поставленной цели необходима совокупность признаков, то на основании изложенного можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Наличие у предложенного гидравлического расширителя ограничительной втулки, расположенной в верхней части плунжера-шпинделя, имеющей ступенчатую форму и закрепленной посредством срезных штифтов на плунжере-шпинделе над корпусом на расстоянии, равном рабочему перемещению последнего, причем наружный диаметр втулки не превышает наружного диаметра корпуса, позволяет: получить сигнал о раскрытии лап по росту давления в колонне за счет перекрытия сигнальных отверстий уплотняющимся резиновым кольцом, установленным в проточке корпуса, при наезде на нижнюю часть ограничительной втулки, а также исключить вероятность заклинивания лап из-за возможного шламования за счет срезания штифтов ограничительной втулкой под действием корпуса во время разгрузки бурильной колонны, при этом лапы съезжают со стержней и под действием пружин их нижние концы размещаются между стержнями и плунжером-шпинделем.

Таким образом, достигается цель изобретения повышение надежности работы гидравлического расширителя в скважине.

Следовательно можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "положительный эффект".

На фиг. 1 изображен гидравлический расширитель в транспортном положении. Он состоит из плунжера-шпинделя 1, в верхней части которого крепится верхний стабилизатор 2, являющийся опорно-центрирующим элементом и одновременно предохраняющий ограничительную втулку 3, имеющую ступенчатую форму и закрепленную посредством срезных штифтов 4 на плунжере-шпинделе над корпусом на расстоянии, равном рабочему перемещению последнего, причем наружный диаметр втулки не превышает наружного диаметра корпуса от преждевременного срезания. В средней части плунжера-шпинделя выполнены каналы, сообщающие внутреннюю полость расширителя с кольцевой камерой 5. Под ограничительной втулкой 3, в теле плунжера-шпинделя 1, выполнены сигнальные отверстия 6, а на плунжере-шпинделе при помощи штифтов 7 крепится корпус 8, в верхней части которого выполнена проточка, в которой расположено резиновое кольцо 9. К внутренней поверхности корпуса 8 при помощи винтов 10 крепятся три тяги 11, соединенные с лапами 12, армированными твердосплавными зубками. Верхний конец каждой лапы имеет проушину, в которую вставлена ось 13, соединяющая лапу с тягой. Возврат лап в транспортное положение осуществляется при помощи пружин 14. Лапы опираются на опорные элементы, выполненные в виде установленных на плунжере-шпинделе стержней 15, с возможностью размещения между стержнями и плунжером-шпинделем нижних концов лап. На наружной поверхности нижней части плунжера-шпинделя крепится нижний стабилизатор 16, а на его внутренней поверхности установлен дросселирующий штуцер 17, поджатый гайкой 18.

Гидравлический расширитель работает следующим образом.

После того, как он будет спущен в скважину на бурильных трубах, закачкой промывочной жидкости поднимают давление внутри гидравлического расширителя, для этого в нижней части плунжера-шпинделя 1 установлен дросселирующий штуцер 17. При возникновении избыточного давления внутри гидравлического расширителя промывочная жидкость проходит через каналы в плунжере-шпинделе и, попадая в кольцевую камеру 5, заставляет раздвинуться ее по высоте. В результате чего срезаются штифты 7 и корпус 8 перемещается вверх вместе с жестко соединенными с ним при помощи винтов 10 тягами 11 и лапами 12. При этом лапы своей внутренней поверхностью скользят по стержням 15, что приводит к выдвижению лап 12 из вырезов плунжера-шпинделя 1.

При движении корпуса 8 вверх резиновым кольцом 9, находящимся в проточке верхней части корпуса, перекрываются сигнальные отверстия 6, возрастает давление в бурильной колонне, что служит сигналом о том, что лапы заняли рабочее положение (фиг. 2).

После окончания работ по расширению ствола скважины и снятия избыточного давления приступают к подъему бурильного инструмента, при этом лапы 12, касаясь своим вооружением выступов ствола скважины, заставляют корпус 8 с тягами 11 спускаться вниз и под действием пружин 14 лапы 12 возвращаются в исходное положение.

В случае возникновения препятствий для возвращения лап 12 в исходное положение (например в результате возможного шламования) разгружают бурильную колонну. При этом лапы упираются своим вооружением в стенки скважины, а втулка 3 вместе с плунжером-шпинделем 11, продолжая двигаться вниз, упирается в корпус 8, при этом срезаются штифты 4. Это способствует тому, что лапы 12 съезжают со стержней 15 и под действием пружин 14 их нижние концы размещаются между стержнями и плунжером-шпинделем. После чего вновь продолжается подъем бурильного инструмента (фиг. 3).

Преимущество предлагаемого гидравлического расширителя состоит в том, что его конструкция повышает надежность работы в скважине за счет исключения вероятности заклинивания лап расширителя в результате его возможного шламования.

Формула изобретения

Гидравлический расширитель, включающий корпус, плунжер-шпиндель со средством подсоединения к бурильной колонне, с осевым и радиальными каналами и с дросселирующим штуцером, размещенный внутри корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения и зафиксированный от проворота относительно корпуса, камеру, образованную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью плунжера-шпинделя, полость которой сообщена с полостью осевого канала посредством радиальных каналов, шарнирно установленные в нижней части корпуса и имеющие шарошки лапы с наклонными площадками, выполненными с возможностью взаимодействия с закрепленными на плунжере-шпинделе опорными элементами при повороте шарошек из транспортного в рабочее положение, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены в виде установленных на плунжере-шпинделе стержней с возможностью размещения между стержнями и плунжером-шпинделем нижних концов лап шарошек, при этом лапы шарошек подпружинены в направлении их перемещения в транспортное положение, а расширитель снабжен ограничительной втулкой, закрепленной посредством срезных штифтов на плунжере-шпинделе над корпусом на расстоянии, равном рабочему перемещению последнего, причем наружный диаметр втулки не превышает наружного диаметра корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3