Долото-расширитель для бурения на обсадной колонне
CASING REAMER BIT

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 скважинный расширитель (патент №189648, МПК Е21В 7/28, Е21В 10/26, опубл. 29.05.2019 г., бюл. №16), включающий долото с основными резцами, корпус, соединенный с колонной буровых труб, породоразрушающие органы - подвижные резцы, зафиксированные в нижнем - транспортном состоянии срезными элементами и выполненные с возможностью перемещения по направляющим, которые выполнены расходящимися снизу-вверх от оси расширителя. Корпус жестко соединен с долотом, а направляющие размещены между основными резцами. Диаметр описанной окружности и нижние режущие кромки подвижных резцов в транспортном положении соответственно меньше диаметра описанной окружности и ниже режущих кромок основных резцов.
Недостатками устройства являются:
- невозможность применения расширителя в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, так как бурильная колонна располагается на стенке скважины, как следствие, осевое усилие не доходит для среза срезных элементов;
- ненадежная конструкция расширителя, так как существует возможность выпадения подвижных резцов из-за разрушения крепежных элементов, удерживающих подвижные резцы;
- при расширении в кавернозных участках не обеспечивается необходимый диаметр, так как подвижные резцы занимают рабочее положение только при контакте с забоем скважины;
- невозможность применения расширителя для одновременнного бурения и расширения на обсадной колонне, так как диапазон раскрытия расширителя не обеспечивает нужного диаметра расширения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является скважинный расширитель (патент №2315849, МПК Е21В 7/28, Е21В 10/26, опубл. 27.01.2008 г., бюл. № 3), включающий пилот-долото, корпус, подвижно установленную на корпусе соединительную муфту, размещенные в опорных окнах соединительной муфты и боковых пазах корпуса с направляющими породоразрушающие органы. Корпус выполнен в качестве ведущего хвостовика, а соединительная муфта соединена жестко с пилот-долотом и подвешена посредством переводника к корпусу, боковые пазы корпуса с направляющими зацеплены с породоразрушающими органами нижней частью в транспортном положении расширителя. Корпус и соединительная муфта выполнены с посадочными участками для сопряжения в рабочем положении расширителя. Породоразрушающие органы выполнены с калибрующей и конической режущей частями, угол конусности равен углу наклона боковых пазов корпуса с направляющими.
Недостатками устройства являются:
- низкий ресурс устройства из-за разрушения боковых пазов корпуса с направляющими и направляющих породоразрушающих элементов при приложении нагрузок, возникающих в процессе бурения, так как корпус имеет возможность вращаться относительно соединительной муфты;
- деформация опорных окон соединительной муфты, при приложении нагрузок, возникающих в процессе бурения и расширения скважины, так как она выполнена в виде трубы с малой контактной поверхностью с породоразрушающими органами;
- при бурении и расширении в кавернозных участках не обеспечивается необходимый диаметр, так как подвижные резцы занимают рабочее положение только при контакте с забоем скважины;
- коническая рабочая часть лопастей приводит к высокому крутящему моменту, подклинкам и вибрациям при работе;
- из-за того, что корпус и соединительная муфта выполнены с посадочными участками для сопряжения только в рабочем положении расширителя, в транспортном положении и при спускоподъемных операциях не герметизируется внутренняя часть пазов, происходит их зашламовывание;
- шарошечное пилот-долото значительно снижает механическую скорость при одновременном бурении и расширении скважины.
Техническими задачами предлагаемого устройства являются создание надежной, долговечной конструкции долота-расширителя для бурения на обсадной колонне с необходимым ресурсом при нагрузках, возникающих во время одновременного бурения и расширения скважины с необходимой механической скоростью, обеспечение калиброванного диаметра ствола скважины, а также исключение подклинок и шламования внутренней полости устройства.
Технические задачи решаются долотом-расширителем для бурения на обсадной колонне, включающим корпус, муфту, подвижно установленную на корпусе, породоразрушающие элементы с калибрующей и режущей частями размещены в опорных окнах муфты и боковых пазах корпуса с направляющими, муфта снизу жестко соединена с пилот-долотом.
Новым является то, что верхняя часть корпуса выполнена овальной в сечении, взаимодействующей с овальным отверстием заглушки муфты, образующей с верхней частью корпуса и внутренней частью муфты гидрокамеру, соединенную с центральным каналом корпуса отверстием, при этом корпус выше боковых пазов с направляющими выполнен в виде поршня и установлен герметично относительно внутренней части муфты, а внутренняя часть муфты в месте опорных окон выполнена конической, режущая часть породоразрушающих элементов выполнена с изгибом наружной поверхности и оснащена резцами PDC, также корпус сверху оснащен переводником с замковой резьбой для соединения с забойным двигателем, а снизу - съемным штоком герметично установленным в проходное отверстие муфты, а пилот-долото выполнено в виде бурильной головки, оснащенной резцами PDC.
На фиг. 1 показано долото-расширитель для бурения на обсадной колонне в рабочем положении.
На фиг. 2 показано долото-расширитель для бурения на обсадной колонне в транспортном положении.
На фиг. 3 - сечение А-А.
На фиг. 4 - сечение Б-Б.
Долото-расширитель для бурения на обсадной колонне включает корпус 1 (фиг. 1, 2, 4), муфту 2 подвижно установленную на корпусе 1. Породоразрушающие элементы 3 с калибрующей 4 и режущей частями 5 размещены в опорных окнах 6 муфты 2 и боковых пазах 7 с направляющими 8 корпуса 1. Муфта 2 снизу жестко соединена с пилот-долотом 9. Верхняя часть 10 корпуса 1 выполнена овальной в сечении (фиг. 3), взаимодействующей с овальным отверстием 11 заглушки муфты 12, образующей с верхней частью 10 корпуса 1 и внутренней частью 13 муфты 2 гидрокамеру 14, соединенную с центральным каналом 15 корпуса 1 отверстием 16. Корпус 1 выше боковых пазов 7 с направляющими 8 выполнен в виде поршня 17 и установлен герметично относительно внутренней части 13 муфты 2. Внутренняя часть 18 муфты 7 в месте опорных окон 6 выполнена конической. Режущая часть 5 породоразрушающих элементов 3 выполнена с изгибом наружной поверхности и оснащена резцами PDC 19. Корпус 1 сверху оснащен переводником 20 с замковой резьбой 21 для соединения с забойным двигателем (на фиг. не показан), а снизу оснащен съемным штоком 22 герметично установленным в проходное отверстие 23 муфты 2. Пилот-долото 9 выполнено в виде бурильной головки 24, оснащенной резцами PDC 25.
Долото-расширитель для бурения на обсадной колонне работает следующим образом.
Собирают компоновку долото-расширитель, винтовой забойный двигатель с углом перекоса для управляемого бурения, телесистема, затем соединительный узел бурового инструмента (например, пат. RU № 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 корпус 1 сверху оснащен переводником 20 с замковой резьбой 21 для соединения с забойным двигателем исключаются дополнительные переводники, удлиняющие компоновку ниже забойного двигателя, что позволяет управлять траекторией при бурении. Компоновку спускают в скважину, включают буровой насос и создают перепад давления, при этом, начинает вращаться винтовой забойный двигатель и начинают процесс одновременного бурения и расширения. Благодаря наличию гидрокамеры 14, отверстию 16 и корпусу 1 выполненному в виде поршня 17 при бурении создается перепад давления за счет промывочной жидкости и долото-расширитель постоянно находится в рабочем положении, что обеспечивает необходимый диаметр при бурении и расширении в том числе и в кавернозных участках. Благодаря тому, что верхняя часть 10 корпуса 1 выполнена овальной в сечении, взаимодействующей с овальным отверстием 11 заглушки муфты 12 крутящий момент не воздействует и не разрушает боковые пазы 7 с направляющими 8 корпуса 1. При этом, боковую нагрузку, возникающую в процессе бурения и расширения, воспринимают опорные окна 6 муфты 2 выполненные усиленными благодаря тому, что внутренняя часть 18 муфты 2 в месте опорных окон 6 выполнена конической. Благодаря тому, что режущая часть 5 породоразрушающих элементов 3 выполнена с изгибом наружной поверхности и оснащена резцами PDC 19, а пилот-долото 9 выполнено в виде бурильной головки 24, оснащенной резцами PDC 25 значительно возрастает механическая скорость при бурении и расширении. Благодаря тому, что корпус 1 снизу оснащен съемным штоком 22 герметично установленным в проходное отверстие 23 муфты 2 не происходит шламования внутренней полости устройства. По достижении проектного забоя производят промывку скважины и буровой насос отключают. Затем на колонне бурильных труб спускают инструмент, фиксирующийся за извлекаемую часть соединительного узла. Подъемную компоновку извлекают, при этом, долото-расширитель принимает транспортное положение, а обсадную колонну цементируют известным способом.
Предлагаемое долото-расширитель для бурения на обсадной колонне является надежной, долговечной конструкцией с необходимым ресурсом, позволяющим бурить и расширять с нагрузками, возникающими во время одновременного бурения и расширения скважины с необходимой механической скоростью, обеспечить калиброванный диаметр ствола скважины, а также исключить подклинки и шламование внутренней полости устройства.