РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН

Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.
Известен «Расширитель скважины» (патент RU №2231612, Е 21 В 07/28, опубл. Бюл. №18 от 27.06.2004 г.), включающий корпус с центральным проходным каналом, закрепленные на корпусе лапы с породоразрушающими элементами и механизм выдвижения лап в рабочее положение, содержащий размещенный в проходном канале кольцевой поршень со штоком, подпружиненный в сторону нижнего конца корпуса и имеющий элементы, взаимодействующие с лапами при переводе их в рабочее и транспортное положения, при этом в лапах выполнены крестообразные пазы, а взаимодействующие с лапами элементы выполнены в виде кронштейнов, закрепленных на наружной стенке его штока и имеющих крестообразные выступы, расположенные в крестообразных пазах лап с возможностью перемещения по ним, причем пружина поршня размещена в полости, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса и сообщенной с внешней средой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважин» (патент RU №2172385, Е 21 В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2001 г.), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные наклонных в пазах корпуса лапы с цапфами, на которых установлены шарошки с зубками, при этом лапы снабжены опорами, соединенными посредством тяг с поршнем и имеющими отверстия, в которых расположены свободные концы цапф лап, а поршень выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, причем зубки на каждой из шарошек размещены с различным шагом.
Недостатками данных конструкций являются невысокая долговечность инструмента, связанная со сложной многоэлементной конструкцией, с нерациональным размещением породоразрушающих элементов с зубками, подвергающихся при работе касательному, в том числе и ударному, относительно крепления воздействию, что приводит к быстрому выходу его из строя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной и долговечной конструкции породоразрушающей рабочей поверхности расширителя, оснащенной зубками, позволяющей качественно производить расширение скважин.
Техническая задача решается расширителем скважин, содержащим корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, взаимодействующий со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные наклонных в пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности.
Новым является то, что рабочая поверхность лап образована расширяющейся от центра устройства с переменной увеличивающейся кривизной к верху, относительно расположения в скважине, и рассеченной вдоль посередине выборкой изогнутой наружной поверхностью, причем зубки на рабочей поверхности расположены продольными рядами, а первый и первый после выборки в сторону вращения ряды зубков зафиксированы под наклоном относительно своих осей в сторону вращения, при этом верхние зубки выполнены в виде наклонных калибрующих пластин, расположенных вдоль рабочей поверхности.
Новым является также то, что, что зубки в рядах выполнены с возможностью взаимодействия со стенками скважины при вращении, не повторяя траекторию предыдущих.
На Фиг.1 изображена конструкция расширителя скважин с частичным осевым разрезом.
На Фиг.2 изображена лапа - вид сбоку.
На Фиг.3 изображена лапа - вид А.
На Фиг.4 изображена лапа - вид сверху.
Расширитель скважин содержит корпус 1 (см. Фиг.1) с наклонными пазами 2 и размещенным в нем штоком 3, взаимодействующий со штоком 3 поршень 4, который выполнен кольцевым и размещен в камере 5, образованной наружной стенкой штока 3 и внутренней стенкой корпуса 1, закрепленные наклонных в пазах 2 корпуса 1 (например при помощи «ласточкиного хвоста» или Т - образного паза) и соединенные посредством тяг 6 с поршнем 4 лапы 7 с зубками 8 (см. Фиг.2) на рабочей поверхности 9. Лапы 7 (см. Фиг.1) соединены с тягами при помощи шарниров 10. Рабочая поверхность 9 (см. Фиг.2) лап 7 образована расширяющейся от центра устройства с переменной увеличивающейся кривизной к верху, относительно расположения в скважине (на Фиг. не показана), и рассеченной вдоль посередине выборкой 11 (см. Фиг.3 и 4) изогнутой наружной поверхностью (см. Фиг.2), причем зубки на рабочей поверхности 9 расположены продольными
рядами 12, (см. Фиг.4) 13, 14 и 15, а первый 12 и первый после выборки 14 в сторону вращения ряды зубков 8 зафиксированы под наклоном l (см. Фиг.3) относительно своих осей в сторону вращения, при этом верхние зубки 16 (см. Фиг.2 и 4) выполнены в виде наклонных калибрующих пластин, расположенных вдоль рабочей поверхности 9 (см. Фиг.2). Зубки 8 (см. Фиг.4) в рядах 12, 13, 14 и 15 могут быть выполнены с возможностью взаимодействия со стенками скважины при вращении, не повторяя траекторию предыдущих, что улучшает качество обработки и более равномерно распределяет нагрузку между зубками 8.
Расширитель работает следующим образом.
Корпус 1 (см. Фиг.1) при помощи верхней 17 и нижней 18 резьб соединяется соответственно с верхним 19 и нижним 20 переводниками скважинного оборудования (на Фиг. не показано). Шток 3 поджимают вниз пружиной 21 относительно верхнего переводника 19, нижний переводник 20 снабжен сужающимся центральным каналом 22. После чего конструкцию в сборе в составе скважинного оборудования спускают в скважину (на Фиг. не показана) в интервал расширения (на Фиг. не показан). Затем скважинному оборудованию придают вращательное и поступательное движение, прокачивая по его внутренней полости (на Фиг. не показана) жидкость. Благодаря сужающемуся центральному каналу 22 в камере 5 снизу поршня 4 создается повышенное давление, которое перемещает вверх поршень 4, а вместе с ним шток 3, сжимая пружину 21, тяги 6 и с лапами 7. Лапы 7, перемещаясь по наклонным пазам 2, расходятся благодаря шарнирному соединению 10 с тягами 6 от центра корпуса 1 до соприкосновения лап 7 со стенками скважины. При этом зубки 8 (см. Фиг.2 и 4) и 19, зафиксированные на рабочей поверхности 9 лап 7, взаимодействуя со стенками скважины, производят ее расширение.
Благодаря тому, что рабочая поверхность 9 (см. Фиг.2) лап 7 образована расширяющейся от центра устройства с переменной увеличивающейся кривизной к верху, относительно расположения в скважине, наружной поверхностью, позволяет постепенно и безударно расширять скважину зубками 8, расположенными на этой поверхности. Наличие же выборки 11 (см. Фиг.3 и 4) на рабочей поверхности улучшает удаление выбуренной породы и охлаждение зубков 8 и позволяет удвоить количество режущих кромок, роль которых играют первые 12 (см. Фиг.4) и первые после выборок 14 ряды зубков 8, участвующих в непосредственном расширении скважины. Следующие ряды 13 и 15 зубков 8, расположенные за рядами 12 и 14, играют роль центраторов и разрушителей породы, оставшейся между зубками 8 рядов 12 и 14. Калибрующие пластины 16 играют роль сглаживания, улучшая качество обрабатываемой поверхности, что особенно важно при последующей за расширением установке скважинных устройств, например, профильных
перекрывателей (на Фиг. не показаны). Удвоение количества режущих кромок 12 и 14 и расположение зубков 8 с возможностью взаимодействия со стенками скважины при вращении, не повторяя траекторию предыдущих, позволяет более равномерно распределить нагрузку при расширении скважин практически без изменения наружного диаметра рабочей поверхности. Расположение оси зубков 8 в рядах 12 и 14 под углом α (см. Фиг.3) в сторону вращения позволяет увеличить усилие необходимое для вырывания зубков 8 из рабочей поверхности 9 лап 7, так как нагрузка при резании распределяется практически вдоль оси этих зубов 8. Все вышесказанное позволяет значительно увеличить качество расширяемой поверхности и увеличить ресурс работы расширителя скважин.
По завершении работы продольную подачу, вращение скважинного оборудования и подачу жидкости через него прекращают. В результате под действием пружины 21 (см. Фиг.1) шток 3 с поршнем 4, тягами 6 и лапами 7 перемещаются вниз (см. Фиг.1). В результате расширитель скважин возвращается в исходное (транспортное) состояние и извлекается из скважины.
Применение предлагаемой конструкции расширителя скважин позволяет улучшить качество расширяемой поверхности скважины со стабильными геометрическими параметрами по всей длине и значительно увеличить ресурс его работы за счет оптимального распределения режущих элементов (зубков) на рабочей поверхности, выполненной сложной геометрической формы.