Расширитель для одновременного бурения и расширения скважин
EXPANDER FOR SIMULTANEOUS DRILLING AND EXPANSION OF WELLS

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.
Известен расширитель скважин (патент РФ №2172385, МПК Е21В 7/28, опубл. 20.08.2001 г., бюл. №23), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные в наклонных 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. Кроме этого, зубки на каждой из шарошек размещены с различным шагом, а тяги поршня выполнены двухзвенными и соединены с опорами лап шарнирно.
Недостатками данного расширителя являются:
- отсутствие стопорного элемента, удерживающего лапы с шарошками в транспортном положении при спуске расширителя в скважину до заданного интервала, и, как следствие, возможность зацепа лап и шарошек за породу, слом тяг, слом зубков, заклинивание расширителя;
- недолговечность инструмента, связанная с низким ресурсом шарошек, ненадежной и многоэлементной конструкцией узлов выдвижения лап с шарошками в рабочее положение, а также отсутствием полноценной промывки в зоне разрушения породы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (патент РФ №2445431, МПК Е21В 7/28, опубл. 20.03.2012 г., бюл. №8), содержащий корпус с наклонными поверхностями и размещенным в нем штоком с образованием камеры, кольцевой поршень с толкателем, размещенный в камере, лапы, выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими наклонными поверхностями корпуса и толкателя поршня и ограниченного радиального перемещения наружу, при этом толкатель поршня выполнен в виде многогранной призмы, размещенной сверху поршня, а лапа снизу снабжена фаской под соответствующую грань призмы поршня, причем корпус оснащен верхним и нижним ограничителями, выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним концами лап для ограничения при их радиальном перемещении наружу.
Недостатками данной конструкции расширителя являются:
- ненадежность стопорного элемента, выполненного в виде Г-образной пружины, удерживающей лапы в транспортном положении при спуске расширителя в скважину до заданного интервала, и, как следствие, возможность зацепа лап с породоразрушающими элементами за породу, слом породоразрушающих элементов, заклинивание расширителя;
- недолговечность породоразрушающих элементов, связанная с их перегревом из-за отсутствия подачи промывочной жидкости непосредственно в зону породоразрушающих элементов при разрушении породы.
Технической задачей предлагаемого устройства является создание надежной и долговечной конструкции расширителя за счет фиксации лап в транспортном положении, а также оснащения лап дополнительными твердосплавными вставками и обеспечения подачи промывочной жидкости непосредственно в зону породоразрушающих элементов при разрушении породы, позволяющей обеспечить ствол скважины строго необходимого диаметра при одновременном бурении и расширении интервала скважины.
Техническая задача решается расширителем для одновременного бурения и расширения скважин, содержащим корпус, оснащенный верхним и нижним ограничителями и размещенным в нем штоком с образованием камеры, кольцевой поршень с толкателем, размещенный в камере, лапы с резцами, снабженные снизу фасками и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими наклонными поверхностями корпуса и толкателя кольцевого поршня и ограниченного радиального перемещения наружу.
Новым является то, что лапы выполнены в виде плашек с наклонными поверхностями на верхнем и нижнем торцах, при этом в верхней части корпуса установлен подпружиненный вниз кольцевой толкатель, имеющий наклонную поверхность, взаимодействующую с наклонными поверхностями, расположенными на верхнем торце плашек, при этом толкатель кольцевого поршня выполнен подвижным и подпружиненным снизу вверх относительно кольцевого поршня и снабжен наклонной поверхностью, взаимодействующей с наклонными поверхностями плашек на нижнем торце и удерживающей плашки в транспортном положении, ниже нижнего ограничителя в промывочных отверстиях корпуса установлены гидромониторные насадки, за рядом резцов плашки снабжены твердосплавными вставками, а верхний ограничитель соединен с корпусом левой резьбой.
На фиг. 1 показан расширитель в транспортном положении, продольный разрез; на фиг. 2 в рабочем положении, продольный разрез.
Расширитель для одновременного бурения и расширения скважин (фиг. 1) содержит корпус 1, оснащенный верхним 2 и нижним 3 ограничителями, размещенный в нем шток 4 с образованием камеры 5, кольцевой поршень 6 с толкателем 7, размещенный в камере 5, лапы с резцами, снабженные снизу фасками 8 и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими наклонными поверхностями 9 и 10 корпуса 1 и толкателя 7 кольцевого поршня 6 и ограниченного радиального перемещения наружу. Лапы выполнены в виде плашек 11 с наклонными поверхностями 12 и 13 на верхнем 14 и нижнем торце 15 соответственно. В верхней части корпуса 1 установлен подпружиненный вниз кольцевой толкатель 16, имеющий наклонную поверхность 17, взаимодействующую с наклонными поверхностями 12, расположенными на верхнем торце 14 плашек 11. При этом толкатель 7 кольцевого поршня 6 выполнен подвижным и подпружиненным снизу вверх относительно кольцевого поршня 6 и снабжен наклонной поверхностью 18, взаимодействующей с наклонными поверхностями 13 плашек 11 на нижнем торце 15 и удерживающей плашки 11 в транспортном положении. Ниже нижнего ограничителя 3 в промывочных отверстиях 19 корпуса 1 установлены гидромониторные насадки 20. За рядом резцов 21 на плашках 11 расположены твердосплавные вставки 22. Верхний ограничитель 2 соединен с корпусом 1 левой резьбой.
В верхней и нижней частях корпуса 1 расширителя имеются присоединительные резьбы 23 и 24 для соединения с колонной бурильных труб (на фиг. не показаны) и долота 25 соответственно.
Расширитель для одновременного бурения и расширения скважин работает следующим образом.
С помощью резьбы 23 (фиг. 1), расположенной в верхней части корпуса 1, расширитель присоединяют к колонне бурильных труб, а на резьбу 24 наворачивают долото 25 и спускают в скважину. При этом плашки 11 находятся в транспортном положении, а от непроизвольного выхода в рабочее положение и зацепа о породу, зафиксированы при помощи подпружиненного вниз кольцевого толкателя 16 и толкателя 7, размещенного в камере 5 корпуса 1. Наклонная поверхность 12, расположенная в верхнем торце 14 плашек 11, при этом удерживается наклонной поверхностью 17 кольцевого толкателя 16, подпружиненного вниз. А наклонная поверхность 13, расположенная в нижнем торце 15 плашки 11, удерживается наклонной поверхностью 18 толкателя 7, подпружиненного снизу вверх.
На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора). За счет насадок на долоте 25 (на фиг. не показано), которое соединено с расширителем с помощью резьбы 24 корпуса 1, в камере 5, образованной штоком 4 корпуса 1, создается перепад гидравлического давления. При этом кольцевой поршень 6 (фиг. 2), расположенный в камере 5 с толкателем 7, начинает перемещаться вверх относительно штока 4. Наклонная поверхность 10 кольцевого поршня 6 скользит по фаскам 8 плашек 11, и происходит их одновременное радиальное выдвижение и перемещение вверх. Фаска 8, расположенная в верхней части плашек 11, контактирует при этом с наклонной поверхностью 9 корпуса 1. Перемещение плашек 11 происходит до контакта с верхним 2 и нижним 3 ограничителями корпуса 1. Таким образом плашки 11 выходят из транспортного положения в рабочее. При перемещении кольцевого поршня 6 в крайнее верхнее положение происходит сообщение камеры 5 с промывочными отверстиями 19 и установленными в них гидромониторными насадками 20. Далее начинают одновременное бурение и расширение скважины. Твердосплавные вставки 22, расположенные на плашках 11 за рядом резцов 21, начинают скалывать горную породу, а резцы 21 срезают и подчищают ее. Гидромониторные насадки 20 расположены таким образом, чтобы струя промывочной жидкости была направлена на резцы 21 и вставки 22 плашек 11 для их очищения и охлаждения в процессе работы. Для исключения самопроизвольного отворота ограничителя 2 в процессе работы он соединяется с корпусом 1 посредством левой резьбы.
После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и расширитель извлекают. При этом плашки 11 под действием подпружиненного кольцевого толкателя 16 перемещаются вниз и одновременно радиально внутрь корпуса 1. Кольцевой поршень 6 с толкателем 7 также перемещаются вниз, пока плашки 11 не займут транспортное положение.
Предлагаемая конструкция устройства является надежной и долговечной за счет фиксации плашек в транспортном положении, а также оснащения плашек дополнительными твердосплавными вставками и обеспечения подачи промывочной жидкости непосредственно в зону породоразрушающих элементов при разрушении породы, позволяющей обеспечить ствол скважины строго необходимого диаметра при одновременном бурении и расширении интервала скважины.