Эксцентричный расширитель

 

Изобретение относится к бурению и предназначено для формирования скважины больше диаметра обсадной колонны или пробуренного ствола, через который спускается инструмент на забой. Технический результат - предотвращение отклонения долота от центра и обеспечение расчетного диаметра скважины. Расширитель состоит из корпуса, расширяющих элементов, выходящих за габариты долота. Новым является то, что ось верхней присоединительной резьбы корпуса смещена относительно его оси так, чтобы выполнялось условие равенства моментов, возникающих нагрузок на долоте и расширителе относительно оси смещения присоединительной резьбы. 3 ил.

Изобретение относится к бурению и предназначено для формирования ствола скважины больше диаметра обсадной колонны или пробуренного ствола, через который спускается инструмент на забой.

Известен гидравлический расширитель, у которого на стержнях, установленных на плунжере-шпинделе, расположены лапы шарошек, подпружиненные в направлении их перемещения, а расширитель снабжен ограничительной втулкой. Шарошками обеспечивается расширение ствола скважины [1].

Недостатком такого расширителя является образование уменьшенного диаметра скважины в прочных пропластках из-за невыхода разрушающих элементов на расчетный диаметр и поломки стержней при малых размерах расширителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважины, состоящий из корпуса с расположенными односторонне тремя расширяющими износостойкими лопастями так, что в транспортном положении при спуске в скважину внешний диаметр по долоту и расширителю равен или меньше внутреннего диаметра обсадной колонны или пробуренного ствола скважины [2].

Недостатком известного расширителя является то, что при бурении возникающий момент изгиба от силы бокового разрушения (расширения) дополнительно не компенсируется, что приводит к отклонению долота от оси скважины, уширению опережающего ствола и в результате этого - к уменьшению конечного диаметра скважины.

Целью настоящего изобретения является предотвращение отклонения долота от центра и обеспечение формирования расчетного диаметра скважины.

Поставленная цель достигается тем, что ось верхней присоединительной резьбы корпуса смещена относительно его оси так, чтобы выполнялось условие равенства моментов возникающих нагрузок на долоте и расширителе относительно оси смещения присоединительной резьбы.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого расширителя с продольным разрезом, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - схема осевых сил на долоте и расширителе.

Расширитель состоит из корпуса 1 с замковыми присоединительными резьбами верхней 2 и нижней 3 и центральным каналом (не показано). На корпусе 1 расположен центратор 4 и расширяющие элементы 5, кроме этого корпус 1 снабжен насадкой 6. Корпус 1 расширителя посредством верхней резьбы 2 соединяется с бурильной колонной 7. Через нижнюю резьбу 3 к корпусу 1 присоединяется долото 8. Расширяющие элементы 5 выходят за габариты долота 8.

Ось верхней присоединительной резьбы 2 смещена относительно оси корпуса 1 на величину "m", то есть плеча действия нагрузок на долото (фиг. 3).

Осевая нагрузка (фиг.3), создаваемая бурильной колонной 7 на забой, определяется суммой: Р = Р_д+ P_р.

Величина "m" (фиг.3) должна обеспечивать равенство моментов относительно точки A - оси смещения присоединительной резьбы.

Р_д·m = B·P_p где Р_д - нагрузка на долото, кг/см², Р_р - нагрузка на расширитель, кг/см², В - плечо действия усилия на расширитель, см.

Эксцентричный расширитель работает следующим образом: посредством верхней присоединительной резьбы 2 расширитель соединяется с бурильной колонной 7, а нижней резьбой 3 - с долотом 8. Включается промывка, сообщается вращение и создается нагрузка. При вращении долото 8 формирует опережающий ствол, а расширяющие элементы 5 расширяют ствол скважины до заданного диаметра.

Поток промывочной жидкости проходит на забой через долото 8 и дополнительно через насадку 6 расширителя в зону расширения, что обеспечивает очистку забоя.

Так как ось верхней резьбы 2 на корпусе 1 смещена на величину "m" относительно оси корпуса 1, то при вращении смещенной массы низа бурильной колонны труб относительно оси скважины, кроме уравновешенности моментов, возникает центробежное усилие, которое создает в свою очередь боковую нагрузку на расширяющие элементы 5, что способствует расширению скважины до заданного диаметра.

Пример. При усилии на долото в 14 т, на расширитель - 2 т, приложенном к расширителю на расширение до радиуса 0,1079 м, для обеспечения условия равенства моментов величина смещения "m" должна быть равна: 14·m = (0,1079-m)·2, тогда m = 0,1079:8 = 0, 0135 м Использование предлагаемого изобретения позволит предотвратить отклонение долота от центра и обеспечить расчетный диаметр скважины.

Источники информации 1. Патент РФ N 2070956, 7 E 21 B, 7/28, 27.12.1996.

2. Патент СССР N 1666678, 7 E 21 B, 7/28, 30.07.1991.

Формула изобретения

Эксцентричный расширитель, состоящий из корпуса, расширяющих элементов, выходящих за габариты долота, отличающийся тем, что ось верхней присоединительной резьбы корпуса смещена относительно его оси так, чтобы выполнялось условие равенства моментов возникающих нагрузок на долоте и расширителе относительно оси смещения присоединительной резьбе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3