Расширитель для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне
REAMER FOR GUIDED DRILLING AND CASING EXPANSION

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины с одновременным бурением на обсадной колонне в заданном интервале.
Известен расширитель для одновременного бурения и расширения на обсадной колонне (патент № 2719880, МПК Е21В 7/28, Е21В 7/20, Е21В 10/32, опубл. 23.04.2020 г., бюл. № 12), состоящий из корпуса со сквозными пазами, в которых на осях размещены лопасти, армированные твердым сплавом, подпружиненного поршня с центральным штоком и разжимным конусом на конце, входящим во взаимодействие с лопастями, выполненными с выступом и установленными с возможностью его контакта с поверхностью разжимного конуса. Корпус выполнен заодно с муфтовой нижней резьбой и снабжен промывочными отверстиями, в которые установлены насадки, направленные на твердосплавные резцы лопастей в рабочем положении. Поршень выполнен заодно с разжимным конусом и установлен так, что под действием перепада давления движется вниз относительно корпуса. На наружной поверхности поршня установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с внутренней канавкой корпуса в рабочем положении. Лопасти имеют режущий профиль, позволяющий равномерно распределить нагрузку на резцы, и в верхней внутренней части снабжены хвостовиками, взаимодействующими с верхней торцевой поверхностью разжимного конуса и удерживающими лопасти в транспортном положении.
Недостатками устройства являются:
- невозможность применять расширитель для управляемого бурения на обсадной колонне из-за его большой длины, так как большая вероятность слома вала забойного двигателя с углом перекоса, таким образом большая длина расширителя создает изгибающую циклическую нагрузку на вал забойного двигателя;
- возможность шламования надпоршневой полости и закисание поршня, из-за этого невозможность возврата поршня с конусом в транспортное положение после отключения насоса (как правило, пружина создает усилие до 150 кг), как следствие создание аварийной ситуации из-за невозможности извлечения расширителя и вместе с ним всей компоновки;
- при одновременном бурении и расширении из-за изменения расхода промывочной жидкости насоса не гарантировано раздвижение расширителя в рабочее положение и, как следствие, невозможность осуществлять процесс спуска обсадной колонны при одновременном бурении и расширении.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель калибратор раздвижной (патент № 2425944, МПК Е21В 7/28, опубл. 10.08.2011 г., бюл. № 22), содержащий центратор, корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные породоразрушающими элементами и выступами в форме зубьев, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения, и механизм выдвижения лопастей в рабочее положение, содержащий полый вал с поршнем, толкатель. Полый вал установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса. Расширитель-калибратор имеет устройство для стопорения лопастей в нерабочем положении, содержащее радиально подпружиненные кольцевые сегменты, взаимодействующие с толкателем и расположенные в проточке вала, и ответную этим сегментам проточку - во внутренней стенке корпуса. Плашки центратора выполнены раздвижными и установлены в дополнительные пазы корпуса. Хвостовики плашек снабжены выступами типа «ласточкин хвост», взаимодействующими с ответными пазами, выполненными на наклонных поверхностях фиксатора, установленного жестко на валу ниже поршня и выше втулки.
Недостатками устройства являются:
- невозможность применять этот расширитель для одновременнного бурения и расширения на обсадной колонне, так как диапазон раскрытия расширителя не обеспечивает нужного диаметра расширения;
- невозможно применять этот расширитель для управляемого бурения на обсадной колонне из-за его большой длины, так как большая вероятность слома вала забойного двигателя с углом перекоса, таким образом большая длина расширителя создает изгибающую циклическую нагрузку на вал забойного двигателя.
Техническими задачами предлагаемого устройства являются создание надежной конструкции расширителя для управляемого бурения в компоновке с забойным двигателем с углом перекоса и последующего извлечения расширителя и всей компоновки (долото, забойный двигатель, телесистема) за счет степени расширения, составляющей 40 – 60 % от транспортного диаметра, создания конструкции максимальной длиной 2 - 2,5 диаметра в рабочем положении, а так же применения конструкции расширителя, зафиксированного в рабочем положении при осуществлении процесса одновременного бурения и расширения.
Технические задачи решаются расширителем для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне, содержащим корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса.
Новым является то, что  лопасти расширителя при спуске в скважину зафиксированы в рабочем положении срезными элементами, соединяющими корпус и полый вал с возможностью их разъединения после разрушения срезных элементов при натяжении полого вала относительно лопастей, при этом торцевая поверхность конической втулки полого вала, взаимодействуя с хвостовиками лопастей, переводит лопасти в транспортное положение, нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса, присоединительная резьба полого вала выполнена замковой для соединения с забойным двигателем, при этом ниже замковой резьбы выполнены пазы для свинчивания расширителя с забойным двигателем, диаметр описанной окружности расширителя в рабочем положении на 40 - 60 % больше диаметра его описанной окружности в транспортном положении, при этом длина расширителя до присоединительной резьбы 2 -  2,5 диаметра расширителя в рабочем положении.
На фиг. 1 показан расширитель для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне в рабочем положении.
На фиг. 2 показан расширитель для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне в транспортном положении.
Расширитель для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне содержит корпус 1 (фиг. 1) с центральным проходным каналом 2 и пазами 3, лопасти 4, снабженные хвостовиками 5 и породоразрушающими элементами 6, закрепленные в пазах 3 корпуса 1 с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой 7 полого вала 8. Полый вал 8 снабжен поршнем 9 (например, зафиксированным сваркой относительно полого вала 8), размещенным в проходном канале 2                            корпуса 1, и вверху снабжен резьбой 10 для соединения со скважинным оборудованием. Полый вал 8 снабжен боковым отверстием 11 и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса 1 поверхностью 12 полого вала 8 и                                      поверхностью 13 корпуса 1. Лопасти 4 расширителя при спуске в скважину (на фиг. не показана) зафиксированы в рабочем положении срезными элементами 14, соединяющими корпус 1 и полый вал 8 с возможностью их разъединения после разрушения срезных элементов 14 при натяжении полого вала 8 относительно лопастей 4. При этом торцевая поверхность 15 конической втулки 7 полого вала 8, взаимодействуя с хвостовиками 5 лопастей 4, переводит лопасти 4 в транспортное положение. Нижняя часть 16 полого вала 8 в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном канале корпуса 2. Присоединительная резьба 10 полого вала 8 выполнена замковой для соединения с забойным двигателем (на фигуре не показан). Ниже замковой резьбы 10 выполнены пазы 17 для свинчивания расширителя с забойным двигателем. Диаметр описанной окружности расширителя в рабочем положении D на 40 – 60 % больше диаметра его описанной окружности в транспортном положении d. Длина расширителя L до присоединительной резьбы составляет 2 - 2,5 диаметра расширителя в рабочем положении.
Расширитель для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне работает следующим образом.
Собирают компоновку – долото (на фиг. не показано), расширитель, винтовой забойный двигатель с углом перекоса для управляемого бурения, телесистема, затем соединительный узел бурового инструмента (например, патент № 2663856, МПК Е21В 7/20, Е21В 7/28, опубл. 10.08.2018 г., бюл. № 22), который в свою очередь уже соединяется с обсадной колонной (на фиг. не показаны). Благодаря тому, что присоединительная резьба 10 выполнена такой же как на применяемом забойном двигателе исключаются дополнительные переводники, удлиняющие компоновку ниже забойного двигателя. Благодаря тому, что ниже замковой резьбы 10 выполнены пазы 17 для свинчивания расширителя с забойным двигателем удалось значительно сократить длину расширителя за счет исключения цилиндрической части для заворота расширителя. Компоновку спускают в скважину, включают буровой насос и создают перепад давления, при этом начинает вращаться винтовой забойный двигатель и начинается процесс одновременного бурения и расширения. Благодаря тому, что расширитель зафиксирован в рабочем положении срезными элементами 14, он обеспечивает необходимый внутренний диаметр скважины для прохождения обсадной колонны в процессе одновременного бурения и расширения. Благодаря тому, что длина расширителя L до присоединительной резьбы 10       2 - 2,5 диаметра расширителя в рабочем положении D возможно применять расширитель с забойным двигателем с углом перекоса и для стабилизации траектории при бурении осуществлять вращение устьевым ротором одновременно с забойным двигателем (необходимое действие для управления траекторией бурения) без опасности слома вала забойного двигателя.
По достижении проектного забоя производят промывку скважины и буровой насос отключают. Затем на колонне бурильных труб спускают инструмент, фиксирующийся за извлекаемую часть соединительного узла. Подъёмную компоновку приподнимают до лопастей расширителя, которые упираются в торец обсадной колонны. Натяжением бурильных труб разрушают срезные элементы 14 (фиг. 2), при этом лопасти принимают транспортное положение. При закисании или шламовании полого вала 8 относительно корпуса 1 дополнительным натяжением бурильной колонны возвращают лопасти 4 в транспортное положение. Благодаря тому, что торцевая поверхность 15 конической втулки 7 полого вала 8, взаимодействуя с хвостовиками 5 лопастей 4, переводит лопасти 4 в транспортное положение, расширитель извлекают на устье скважины, а обсадную колонну цементируют любым известным способом. Благодаря тому, что диаметр описанной окружности расширителя в рабочем положении D на 40 – 60 % больше диаметра его описанной окружности в транспортном положении d, возможно его свободное извлечение через обсадную колонну.
Предлагаемый расширитель является надежной конструкцией для управляемого бурения в компоновке с забойным двигателем с углом перекоса и последующего извлечения расширителя и всей компоновки (долото, забойный двигатель, телесистема) за счет степени расширения, составляющей 40 – 60 % от транспортного диаметра, конструкции максимальной длиной 2 - 2,5 диаметра в рабочем положении, а также применения конструкции расширителя, предварительно зафиксированного в рабочем положении при осуществлении процесса одновременного бурения и расширения.