Устройство для расширения скважин

Изобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале. Технический результат - повышение работоспособности, надежности, удобства в эксплуатации расширителя. Устройство для расширения скважин, содержащее корпус с распорной поверхностью и центральным каналом, установленные с возможностью взаимодействия с распорной поверхностью корпуса шарошки с зубками, шток с поршнем и пружину. На корпусе с возможностью ограниченного перемещения размещена подпружиненная относительно верхней части корпуса обойма с радиальными вырезами под шарошки в виде роликов, зубки которых выполнены в виде наружных выступов. Шарошки расположены в плоскости, перпендикулярной оси устройства, и установлены на осях, размещенных в отверстиях шарошек, диаметр которых превышает диаметр осей на величину радиального перемещения шарошек. Шток связан с нижней частью корпуса, распорная поверхность которого выполнена двухступенчатой и состоит из верхней цилиндрической рабочей распорной поверхности большего диаметра с радиальными выборками под зубки шарошек и нижней цилиндрической транспортной распорной поверхности, причем шток с поршнем размещены в цилиндре, сообщенном с центральным каналом и выполненном с возможностью ограниченного перемещения вверх и взаимодействия с обоймой. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале, и может использоваться в горизонтальных и наклонных скважинах.

Известен расширитель скважин (а.с. СССР № 582373, МПК Е21В 7/28, опубл. бюл. № 44 от 30 ноября 1977 г.), включающий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем подпружиненным через шток поршнем, закрепленные в наклонных пазах корпуса лапы с цапфами, на которых консольно установлены шарошки.

Недостатком известного устройства является отсутствие надежного центрирования его в скважине, поскольку конструкция не позволяет размещать на его корпусе более двух рабочих органов без ущерба прочности. Следствием этого является вибрирование и биение их в процессе расширения скважин. При этом поверхность расширенного участка скважины получается неровной, что не позволяет обеспечить качественную установку перекрывателя при изоляции зон осложнения бурения скважин. Низка также и скорость фрезерования породы.

Наиболее близким к предлагаемому по большинству совпадающих признаков является расширитель скважин (патент РФ № 2172385, МПК Е21В 7/28, опубл. бюл. №23 от 20.08.2001.), содержащий корпус с центральным каналом, распорной поверхностью и штоком с поршнем и установленные над распорной поверхностью шарошки с зубками.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность из-за наличия в его конструкции жестко соединенного со штоком кольцевого поршня и толкателей опор в виде двухзвенных тяг, не выдерживающих больших силовых нагрузок. Кроме того, при заклинивании штока в корпусе, в рабочем положении, лапы удерживаются в выдвинутом положении из-за жесткого соединения поршня со штоком, что вызывает большие трудности при ликвидации аварийной ситуации. Существенным недостатком этого расширителя является отсутствие фиксации лап в рабочем положении, а также вследствие пульсации давления в трубах и реакции лап о стенки скважины возможна потеря рабочего размера расширителя, то есть радиальное перемещение лап по пазу, а также возможное заклинивание шарошки на оси, так как отсутствует охлаждение и смазка трущейся пары при высоких нагрузках. Данная конструкция расширителя не применима в горизонтальных и наклонных скважинах, где невозможно вращение ротором бурильных труб. Конструкция расширителя с жестким соединением поршня со штоком требует выполнения соосности на большой длине проточек под шток и поршень, что ведет к большим затратам времени и необходимости разработки и изготовления специального инструмента и оснастки.

Техническая задача - расширение применения, повышение работоспособности, надежности, удобства в эксплуатации, снижение времени и энергии на изготовление расширителя применением несложных по конструкции, технологичных в изготовлении деталей, а также уменьшение их количества. Улучшение качества и точности расширенного диаметра скважины.

Техническая задача решается расширителем скважины, содержащим корпус с распорной поверхностью и центральным каналом, установленные с возможностью взаимодействия с распорной поверхностью корпуса шарошки с зубками, шток с поршнем и пружину.

Новым является то, что на корпусе с возможностью ограниченного перемещения размещена подпружиненная относительно верхней части корпуса обойма с радиальными вырезами под шарошки в виде роликов, зубки которых выполнены в виде наружных выступов, при этом шарошки расположены в плоскости, перпендикулярной оси устройства, и установлены на осях, размещенных в отверстиях шарошек, диаметр которых превышает диаметр осей на величину радиального перемещения шарошек, шток связан с нижней частью корпуса, распорная поверхность которого выполнена двухступенчатой и состоит из верхней цилиндрической рабочей распорной поверхности большего диаметра с радиальными выборками под зубки шарошек и нижней цилиндрической транспортной распорной поверхности, причем шток с поршнем размещены в цилиндре, сообщенном с центральным каналом и выполненном с возможностью ограниченного перемещения вверх и взаимодействия с обоймой. Новым является и то, что шарошки размещены равномерно по периметру обоймы и друг над другом по длине обоймы с полным перекрытием сечения скважины при этом диаметр шарошек увеличивается снизу вверх.

На фиг.1 показан расширитель скважины в рабочем положении с частичным продольным разрезом; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - расширитель скважины в транспортном положении с частичным продольным разрезом, на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.3.

Устройство содержит обойму 1 (фиг.1) с радиальными вырезами 2 под шарошки 3 (фиг.2), выполненные в виде роликов с зубками 4 (фиг.1), которые выполнены в виде наружных выступов. На осях 5 (фиг.2), жестко закрепленных в обойме 1 (фиг.1) перпендикулярно оси корпуса 6, установлены шарошки 3 (фиг.2) с отверстиями 7 для установки на оси 5, причем диаметр отверстий 7 шарошек 3 больше диаметра оси 5 на величину радиального перемещения шарошек 3. Корпус 6 (фиг.1) с центральным каналом 8 имеет верхнюю цилиндрическую (рабочую) распорную поверхность 9 с радиальными выборками 10, взаимодействующими с наружными выступами 4 шарошек 3 (фиг.2), и нижнюю цилиндрическую (транспортную) распорную поверхность 11 (фиг.1). В верхней части корпуса 6 имеется поверхность 12 для упора пружины 13, опирающейся снизу на обойму 1. В нижней части корпуса 6 расположен шток 14 (фиг.3) с поршнем 15, на котором расположен цилиндр 16 (фиг.3), внутренняя проточка которого снабжена упором 17, при этом поршневая полость 18 поршня 15 сообщена с центральным каналом 8 через отверстие 19.

Расширитель скважин работает следующим образом.

На трубах (не показаны) устройство спускают в зону, откуда необходимо произвести расширение скважины 20. Во время спуска устройства обойма 1 (фиг.3) с шарошками 3 (фиг.4), установленными на осях 5, и цилиндром 16 (фиг.3) под действием пружины 13 находятся в нижней части корпуса 6, при этом шарошки 3 (фиг.4) взаимодействуют с нижней распорной поверхностью 11 (фиг.3), то есть устройство находится в транспортном положении и шарошки 3 (фиг.4) могут не касаться стенок скважины. В транспортном и рабочем положениях устройства ось 5 (фиг.2, 4) и шарошки 3 не соосны. Далее по трубам (не показаны) подается в корпус 6 (фиг.3) под давлением жидкость через центральный канал 8 и отверстие 19 в поршневую полость 18 цилиндра 16. Под действием давления жидкости происходит ограниченное перемещение цилиндра 16 (фиг.1) с обоймой 1 и шарошками 3 (фиг.2) вверх, при этом сжимается пружина 13 и обойма 1 с шарошками 3 (фиг.2) переходит в рабочее положение, то есть радиальные выборки 10 (фиг.1) верхней распорной поверхности 9 корпуса 6 взаимодействуют с наружными выступами 4 шарошки 3 (фиг.2), которые перемещены в радиальном направлении за счет разницы диаметра оси 5 и диаметра отверстия 7 шарошки 3 (фиг.3). При дальнейшем опускании колонны труб (не показаны) с корпусом 6 происходит прокатывание шарошек 3 (фиг.2) по верхней распорной поверхности 9 (фиг.1), расширяя при этом диаметр скважины, с одновременным сжатием пружины 13. Затем сбрасывают давление в центральном канале 8 и производят подъем корпуса 6. При подъеме корпуса 6 обойма 1 вместе с катящимися шарошками 3 (фиг.2) перемещается в нижнюю часть корпуса 6 (фиг.3). Под воздействием пружины 13 обойма 1 с роликами 3 (фиг.4) и поршнем 16 возвращаются в транспортное положение. При необходимости производят спуск устройства до места, где прекратилось расширение скважины 20 (фиг.1), поднимают давление в центральном канале 8, и повторяют все операции несколько раз.

Такая конструкция устройства для расширения скважин обеспечивает упрощение конструкции, повышение надежности работы, уменьшение финансовых затрат на изготовление и обслуживание применением не сложных по конструкции, технологичных в изготовлении деталей, а также уменьшение их количества, отсутствие трения скольжения между осью 5 (фиг.2) и шарошкой 3, обеспечивая при этом заданный расширенный размер диаметра скважины 20 (фиг.1), определяемый жесткими размерами диаметра шарошек 3 (фиг.2) и верхней распорной поверхности 9 (фиг.1) корпуса 6. Постепенное расширение диаметра скважины 20 сверху вниз за счет увеличения снизу вверх диаметра шарошек 3 (фиг.2) позволяет вести разрушение породы не перегружая зубки 4 (фиг.1). Расположение шарошек 3 (фиг.2) с зубками 4 (фиг.1) с полным перекрытием сечения скважины 20 обеспечивает качественное расширение ее диаметра. Такое расширение ствола 20 скважины применимо в горизонтальных и наклонных скважинах 20, где невозможно вращение бурильных труб ротором (на фиг.1, 3 не показаны).

В предлагаемой конструкции производится объемное и одновременно истирающе-режущее разрушение породы катящейся шарошкой за счет веса колонны труб, замыкая усилие разрушения породы в оси симметрии расположения шарошек, что обеспечивает надежность работы устройства и экономию энергии вследствие отсутствия вращения колонны бурильных труб. Отсутствие требований по смазке и охлаждению делает эксплуатацию расширителя надежной и дешевой. Объемное и одновременно истирающе-режущее разрушение породы позволяет использовать этот расширитель в породах различной твердости.

1. Устройство для расширения скважин, содержащее корпус с распорной поверхностью и центральным каналом, установленные с возможностью взаимодействия с распорной поверхностью корпуса шарошки с зубками, шток с поршнем и пружину, отличающееся тем, что на корпусе с возможностью ограниченного перемещения размещена подпружиненная относительно верхней части корпуса обойма с радиальными вырезами под шарошки в виде роликов, зубки которых выполнены в виде наружных выступов, при этом шарошки расположены в плоскости, перпендикулярной оси устройства, и установлены на осях, размещенных в отверстиях шарошек, диаметр которых превышает диаметр осей на величину радиального перемещения шарошек, шток связан с нижней частью корпуса, распорная поверхность которого выполнена двухступенчатой и состоит из верхней цилиндрической рабочей распорной поверхности большего диаметра с радиальными выборками под зубки шарошек и нижней цилиндрической транспортной распорной поверхности, причем шток с поршнем размещены в цилиндре, сообщенном с центральным каналом и выполненном с возможностью ограниченного перемещения вверх и взаимодействия с обоймой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шарошки размещены равномерно по периметру обоймы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шарошки размещены друг над другом по длине обоймы с полным перекрытием сечения скважины.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что диаметр шарошек увеличивается снизу вверх.