РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН
WELL EXPANDER

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале.
Известен расширитель скважин (патент РФ №64255, МПК E21B 7/20, опубл. в Бюл. №18 от 27.06.2007 г.), включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные режущие элементы с твердосплавными зубками на режущей поверхности и с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, ниже которого внутри установлена насадка, сужающая его проходное сечение, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, фиксатор, жестко соединенный с низом кольцевого поршня и выполненный в виде конической призмы, сужающейся вниз с выступами на плоскостях типа «ласточкин хвост», которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими пазами режущих элементов, закрепленных на хвостовиках, изготовленных в виде лап с возможностью ограниченного перемещения относительно плоскостей фиксатора, который выполнен с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, при этом устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня и ответных этим сегментам углублений в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя, при этом хвостовик на наружной поверхности снабжен плоскостью, наклоненной снизу вверх к оси корпуса, с перпендикулярной осью, а режущие элементы выполнены в виде шарошек, выполненных в виде фигуры вращения, с центральным отверстием, взаимодействующим с осью хвостовика с возможностью вращения.
Недостатками данной конструкции являются:
- одновременное врезание плашек и подъем корпуса за счет гидравлики, так как плашки, врезаясь в стенку скважины, затрудняют подъем корпуса, препятствуют полному раскрытию расширителя в рабочее положение и, как следствие, происходит расширение ствола скважины на величину меньше проектной;
- гидравлический принцип действия не дает возможности проводить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска инструмента;
- наличие насадки, уменьшающей площадь проходного сечения внутри расширителя, является причиной недостаточной промывки на долоте, что ведет к накоплению шлама на забое, прихвату и заклиниванию инструмента;
- сужение внутри расширителя ведет к увеличению скорости движения промывочной жидкости и износу деталей расширителя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (патент РФ №83533, МПК E21B 7/28, опубл. в Бюл. №16 от 10.06.2009 г.), включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные режущие элементы с твердосплавными зубками на режущей поверхности и с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с фиксатором, взаимодействующим в рабочем положении с хвостовиками, боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, радиально подпружиненные кольцевые сегменты, расположенные в наружных пазах кольцевого поршня и ответные этим сегментам углубления в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с корпусом расширителя, при этом режущие элементы подпружинены внутрь и соединены с корпусом шарнирно с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и режущих элементов, а фиксатор выполнен полым с конусной поверхностью внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками, и жестко соединенным с кольцевым поршнем, при этом внутренняя полость кольцевого поршня или фиксатора ниже бокового отверстия выполнена сужающейся.
Недостатками данной конструкции являются:
- возможность разрушения твердосплавных зубков режущих элементов при спуске и подъеме расширителя, так как отсутствует надежная фиксация плашек в транспортном положении;
- износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью, за счет сужений для увеличения перепадов давления;
- гидравлический принцип действия не дает возможности проводить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска и подъема инструмента и не гарантирует полное раскрытие расширителя в рабочее положение из-за перепадов давления промывочной жидкости.
Технической задачей предлагаемого расширителя скважин является создание конструкции расширителя, позволяющей надежно фиксировать плашки в транспортном состоянии, исключить износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью (буровым раствором), производить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска и подъема инструмента, а также гарантированное полное раскрытие расширителя в рабочее положение.
Техническая задача решается расширителем скважин, включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарнирные режущие элементы с внутренними хвостовиками и твердосплавными зубками на рабочей поверхности, размещенный в полости корпуса полый толкатель со средством присоединения к бурильной колонне и конусным фиксатором, выполненным с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов для выдвижения их наружу при перемещении толкателя вниз, и устройство стопорения режущих элементов в нерабочем положении.
Новым является то, что толкатель выше выступа оснащен на наружной поверхности ходовой упорной непроходной резьбой, а корпус - подпружиненным внутрь элементом, взаимодействующим с впадинами ходовой резьбы, при этом устройство стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде взаимодействующих при верхнем положении толкателя внутренних выступов хвостовиков режущих элементов с наружным кольцевым зацепом фиксатора, выполненным с возможностью выхода из взаимодействия с выступами хвостовика при перемещении толкателя вниз.
На фиг. 1 показан расширитель скважин в транспортном положении.
На фиг. 2 показан расширитель скважин в рабочем положении.
Расширитель скважин (фиг. 1, 2) содержит корпус 1 с внутренним выступом 2 и радиальными отверстиями 3, в которых при помощи шарниров 4 установлены выдвижные режущие элементы 5 с внутренними хвостовиками 6 и твердосплавными зубками 7. В полости корпуса 1 размещен полый толкатель 8, имеющий резьбу 9 для соединения со скважинным оборудованием и выступ 10. В нижней части полый толкатель 8 оборудован конусным фиксатором 11, который взаимодействует с хвостовиками 6 режущих элементов 5 для выдвижения их наружу при перемещении толкателя 8 вниз, а также устройством стопорения 12 режущих элементов 5 в нерабочем положении, выполненным в виде взаимодействующих при верхнем положении толкателя 8 внутренних выступов 13 хвостовиков 6 режущих элементов 5 с наружным кольцевым зацепом 14 фиксатора 11, и с возможностью выхода из взаимодействия с выступами 13 хвостовиков 6 при перемещении толкателя вниз. Кроме этого, толкатель 8 выше выступа 10 оснащен на наружной поверхности ходовой упорной непроходной резьбой 15, а корпус - подпружиненным внутрь элементом 16, взаимодействующим с впадинами 17 ходовой резьбы 15.
Расширитель работает следующим образом.
Расширитель (фиг. 1) в транспортном положении с помощью резьбы 9 соединяют с винтовым забойным двигателем (на фиг. не показан) и на колонне бурильных труб (на фиг. не показана) спускают в скважину (на фиг. не показана) в заданный интервал. После этого подают промывочную жидкость (буровой раствор), в результате чего винтовой забойный двигатель начинает вращать расширитель, одновременно придавая поступательное движение вниз, при этом за счет взаимодействия корпуса 1 расширителя и режущих элементов 5 с твердосплавными зубками 7 со стенками скважины он остается на месте, а толкатель 8 (фиг. 2) по ходовой резьбе 15 двигается вниз до упора выступом 10 во внутренний выступ 2 корпуса 1. При этом наружный кольцевой зацеп 14 выходит из взаимодействия с выступами 13 хвостовиков 6, а конусный фиксатор 11, взаимодействуя с хвостовиками 6 режущих элементов 5 на шарнирах 4, выдвигает их из радиальных отверстий 3 корпуса 1 наружу до рабочего положения. После этого производят расширение ствола скважины. Причем механический принцип действия расширителя исключает необходимость создания перепадов давления для вывода режущих элементов 5 в рабочее положение, что в свою очередь исключает износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью (буровым раствором). После окончания расширения заданного интервала ствола скважины прекращают подачу промывочной жидкости (бурового раствора) и поступательное движение инструмента вниз. При подъеме расширителя из-за контакта режущих элементов 5 (фиг. 1) со стенками скважины он остается на месте, а толкатель 8 за счет наклонной поверхности 18 ходовой резьбы 15 отжимает подпружиненный элемент 16 корпуса 1 и поднимается вверх. При этом конусный фиксатор 11 толкателя 8 выходит из взаимодействия с хвостовиками 6 и устройство стопорения 12 наружным кольцевым зацепом 14, взаимодействуя с внутренними выступами 13 хвостовиков 6, фиксирует их в транспортном положении, что позволяет свободно извлечь расширитель на поверхность.
Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря надежной фиксации плашек в транспортном положении зубки защищены от скалывания при спуске в интервал расширения и подъеме после расширения. Механический принцип действия расширителя позволяет исключить износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью (буровым раствором), производить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска и подъема инструмента, а также гарантированное полное раскрытие расширителя в рабочее положение.