Устройство для расширения скважины

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для местного расширения скважин, в том числе при наличии в ней обсадной колонны. Изобретение решает задачу обеспечения независимого от опоры забоя плавного и надежного отклонения забойного двигателя с долотом (фрезером) на расчетную величину при существенном снижении нагрузки на радиальные подшипники забойного двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для расширения скважины до диаметра, большего чем диаметр долота (фрезера), включающем корпус с размещенным внутри с возможностью ограниченного вертикального и углового перемещения забойным двигателем, присоединенным к корпусу через телескопический переходник с плунжером, шарнир, муфту и отклоняющий элемент, в корпусе напротив забойного двигателя и долота выполнено окно, муфта снабжена цапфами и установлена с возможностью вращения между валом забойного двигателя и долотом, отклоняющий элемент закреплен в корпусе и снабжен наклонными пазами, взаимодействующими с цапфами муфты, а полости под плунжером гидравлически сообщены с внутренней полостью устройства над забойным двигателем и со скважиной соответственно, причем сообщение выполнено через регулятор расхода жидкости и обратный клапан, установленные параллельно. 2 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам, предназначенным для местного расширения скважины, в том числе при наличии в ней обсадной колонны.

Известен раздвижной расширитель, например фирмы Бейкер, включающий корпус, полый шпиндель, кольцевую гидравлическую камеру, запирающий кулачковый механизм и рабочие элементы, шарнирно подвешенные в корпусе. Рабочие элементы могут быть шарошечными, и фрезерными для расширения открытого ствола, и фрезерными металлорежущими для расширения скважины при наличии в ней обсадной колонны. Раздвижной расширитель имеет транспортное положение, при котором рабочие элементы не выступают за габариты корпуса, и рабочее положение, при котором рабочие элементы раздвинуты за счет повышения давления в гидравлической камере и зафиксированы кулачковым механизмом [1] Недостатком раздвижного расширителя является малая надежность из-за низкой механической прочности шарнирно подвешенных рабочих элементов и низкие скорости расширения из-за ограничений режима бурения: вращение ротором ограничивает частоту вращения расширителя, а низкая механическая прочность - осевую нагрузку на его рабочие элементы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для местного расширения скважины до большего диаметра, чем диаметр долота или долота-фрезера, включающее корпус, подсоединенный к нему через телескопический переходник в виде гидравлического цилиндра и плунжера, и шарнирное соединение забойный двигатель и отклоняющий механизм, состоящий из эксцентричной муфты, установленной на нижней части корпуса, забойного двигателя, в продольном пазу которой размещен отклоняющий элемент. Отклонение от забойного двигателя с долотом от скважины осуществляется за счет реакции забоя при создании забоя при создании осевой нагрузки на долото. При бурении (расширении) скважины устройство вращается ротором, а забойный двигатель вращает долото. Расширение происходит за счет планетарного движения вокруг оси скважины вращающегося долота [2] Это устройство позволяет использовать при работе надежные серийные шарошечные и зарубежные долота и долота-фрезеры, а дополнительное вращение их забойным двигателем обеспечивает высокие скорости расширения скважины.

Недостатками известного устройства являются снижение долговечности забойного двигателя из-за нерасчетного режима его работы, заключающегося в передаче усилия от отклоняющего элемента к долоту через радиальные подшипники забойного двигателя, а также зависимость отклоняющей силы от осевой нагрузки на долото. При неблагоприятном сочетании разрушающей способности долота (фрезера) в осевом и радиальном направлениях расчетное отклонение инструмента невозможно. Невозможно отклонение инструмента без опоры на забой. Если скорость бурения (расширения) выше, чем скорость подачи инструмента, то будет наблюдаться переход устройства в транспортное положение, т.е. устройство не будет расширять скважину или будет образовывать ступенчатый ствол.

Изобретение решает задачу обеспечения не зависимого от опоры на забой плавного, надежного отклонения забойного двигателя с долотом (фрезером) на расчетную величину при осуществлении снижения нагрузки на радиальные подшипники забойного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для расширения скважины до диаметра, большего чем диаметр долота (фрезера), включающем корпус с размещенными внутри с возможностью ограниченного вертикального и углового перемещения забойным двигателем, присоединенным к корпусу через телескопический переходник с плунжером, шарнир, муфту и отклоняющий элемент, согласно изобретению в корпусе напротив забойного двигателя и долота (фрезера) выполнено окно, муфта снабжена цапфами и установлена с возможностью вращения между валом забойного двигателя и долотом, отклоняющий элемент закреплен в корпусе и снабжен наклонными пазами, взаимодействующими с цапфами муфты, а полости под плунжером и над плунжером гидравлически сообщены с внутренней полостью устройства над забойным двигателем и со скважиной соответственно, причем сообщение выполнено через регулятор расхода жидкости и обратный клапан, установленные параллельно.

На фиг. 1 представлено устройство для расширения скважины в транспортном положении. На фиг. 2 в рабочем положении.

Устройство для расширения скважины содержит корпус 1, присоединенный через верхний центратор 2 к бурильному инструменту. В корпусе закреплен телескопический переходник 3, в кольцевой камере которого размещен плунжер 4. Нижний конец плунжера присоединен к шарниру 5, к которому эксцентрично присоединен забойный двигатель 6, шпонка 7 для предупреждения вращения корпуса забойного двигателя относительно корпуса устройства. Между валом 8 забойного двигателя и долотом (фрезером) 9 установлена с возможностью вращения муфта 10 с цапфами 11. В интервале установки забойного двигателя и долота в корпусе устройства профрезеровано окно, обеспечивающее отклонение последних. Нижний конец устройства имеет направляющее центрирующее приспособление 12. В корпусе 1 напротив муфты 10 закреплен отклоняющий элемент 13 с двумя наклонными параллельными пазами, в радиальных сверлениях телескопического переходника 3 установлены регулятор 14 расхода жидкости и обратный клапан 15.

Устройство работает следующим образом. Устройство, находящееся в транспортном состоянии (фиг. 1) опускается в скважину на заданную глубину, включается вращение ротора, а затем буровой насос. При подаче промывочной жидкости в скважину начинает вращаться забойный двигатель в холостом режиме. За счет перепада давления на забойном двигателе и долоте (фрезере) в полости под плунжером 4 создается избыточное давление, которое обеспечивает движение плунжера 4, шарнира 5, забойного двигателя 6 и долота 9 вверх относительно корпуса устройства. Благодаря регулятору расхода 14 названные элементы движутся плавно с заданной скоростью. При этом может быть использован известный регулятор, расход жидкости через который несущественно зависит от перепада давления [3] При этом цапфы 11 муфты 10 скользят по направляющим наклонным пазам отклоняющего элемента 13 и отклоняют долото и забойный двигатель, как показано на фиг. 2. При касании долотом (фрезером) 9 обсадной колонны начинается ее резание. Для плавного врезания целесообразно подавать устройство вниз со скоростью вдвое большей, чем скорость движения плунжера 4 вверх. Это обеспечивает коническую поверхность верхнего уступа прорезаемых колонны, цемента и стенки скважины, как показано на фиг. 2. При достижении плунжером 4 верхнего крайнего положения цапфы 11 входят в верхние продольные участки паза и фиксируют положение забойного двигателя 6 и долота (фрезера) 9 относительно корпуса 1 устройства. Далее, при подаче инструмента благодаря вращению долота 9 забойным двигателем 6 и устройства ротором, образуется цилиндрический расширенный участок скважины. Устойчивость устройства в скважине обеспечивается центрирующими приспособлениями 2 и 12. В случае, если расширяемый интервал больше чем длина устройства, между устройством и верхним центратором 2 следует установить утяжеленные бурильные трубы необходимой длины. Величину отклонения долота (фрезера) 9 можно регулировать путем установки переводчиков расчетной длины между муфтой 10 и долотом (фрезером) 9. После окончания расширения скважины долото 9 приподнимается и отключается вращение ротора и промывка. При этом за счет собственного веса забойного двигателя 6 шарнира 5 и долота 9 плунжер 4 перемещается вниз. Обратный клапан 15 обеспечивает свободное заполнение полости цилиндра над плунжером. Если скорость перемещения мала, то следует поднять устройство до касания долотом 9 верхнего уступа в скважине и провести расхаживание, что обеспечит перевод устройства в транспортное положение.

Предлагаемая установка отклоняющего элемента в корпусе устройства и муфты с цапфами на валу забойного двигателя позволяет существенно приблизить линию действия отклоняющей силы к долоту (фрезеру) и уменьшить радиальные силы в подшипниках забойного двигателя, так как отклоняющая сила воздействует не на корпус двигателя, а непосредственно на его вал над долотом (фрезером). Гидравлическое сообщение полости цилиндра над плунжером со скважиной обеспечивает отклоняющую силу при циркуляции промывочной жидкости независимо от того, опирается ли устройство на забой. Использование регулятора расхода жидкости из цилиндра в скважину позволяет обеспечить расчетное плавное отклонение забойного двигателя и долота из условий устойчивости работы забойного двигателя и предупреждение поломок вооружения долота (фрезера). Наличие обратного клапана обеспечивает заполнение цилиндра жидкостью при спуске инструмента и создание необходимого противодавления для предупреждения отклонения инструмента, а при окончании бурения приведение устройства в транспортное положение.

Применение предлагаемого устройства позволит повысить производительность труда при расширении как обсаженного, так и необсаженного стволов скважины в любом интервале бурения. Использование серийных забойных двигателей, долот и фрезеров позволяет существенно снизить стоимость выполняемых операций.

Формула изобретения

Устройство для расширения скважины до диаметра большего, чем диаметр долота, включающее корпус с размещенным внутри с возможностью ограниченного вертикального и углового перемещения забойным двигателем, присоединенным к корпусу через телескопический переходник с плунжером, шарнир, муфту и отклоняющий элемент, отличающееся тем, что в корпусе напротив забойного двигателя и долота выполнено окно, муфта снабжена цапфами и установлена с возможностью вращения между валом забойного двигателя и долотом, отклоняющий элемент закреплен в корпусе и снабжен наклонными пазами, взаимодействующими с цапфами муфты, а полости под плунжером и над плунжером гидравлически сообщены с внутренней полостью устройства над забойным двигателем и со скважиной соответственно, причем сообщение выполнено через регулятор расхода жидкости и обратный клапан, установленные параллельно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2