Расширитель для одновременного бурения и расширения ствола скважины
EXPANDER FOR SIMULTANEOUS DRILLING AND EXPANSION OF WELL SHAFT

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.
Известен расширитель (патент РФ №2491405, МПК Е21В 7/28, опубл. 27.08.2013 г., бюл. №24), содержащий корпус с наклонными пазами снаружи 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 в наклонных пазах корпуса и соединенные шарнирно посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности, и нижний переводник с внутренним сужающимся каналом, соединенный снизу с корпусом, причем поршень снизу оборудован полой втулкой с боковыми каналами, ниже которых внутри полой втулки выполнено сужение и цилиндрическая наружная поверхность, которая выполнена с возможностью скользящего взаимодействия с сужающимся каналом нижнего переводника и с возможностью выхода из этого сужающегося канала при перемещении поршня вверх относительно корпуса. Места соединения тяг с поршнем выполнены герметичными. Поршень снабжен тарированными продольными отверстиями, размещенными между местами соединения тяг с поршнем равномерно по диаметру.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (патент РФ №57792, МПК Е21В 7/28, опубл. 27.10.2006 г., бюл. №32), содержит 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 в наклонных пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности. Лапы соединены с тягами шарнирно, а 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. 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. Верхние зубки выполнены в виде наклонных калибрующих пластин, расположенных вдоль рабочей поверхности. Зубки в рядах могут быть выполнены с возможностью взаимодействия со стенками скважины при вращении, не повторяя траекторию предыдущих.
Недостатками этих устройств являются:
- гидравлический принцип действия не гарантирует раздвижения расширителя в рабочее положение из-за изменения давления промывочной жидкости и отсутствия фиксация плашек в рабочем положении и, как следствие, при установке профильного перекрывателя не исключена возможность недораскрытия профильной трубы перекрывателя, приводящая к созданию аварийной ситуации и перебуриванию ствола скважины;
- при одновременном бурении и расширении во время провалов компоновки высокие ударные нагрузки и вибрация приводят к износу бурового инструмента и забойного двигателя.
Технической задачей предлагаемого устройства является создание надежной и долговечной конструкции, обеспечивающей гарантированное раздвижение расширителя в рабочее положение при одновременном бурении и расширении, и, как следствие, обеспечение расширенного ствола по всей длине расширяемого интервала, а также исключение ударных нагрузок при провалах бурового инструмента.
Техническая задача решается расширителем для одновременного бурения и расширения ствола скважины, содержащим корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, взаимодействующим со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками, расположенными продольными рядами на рабочей поверхности.
Новым является то, что нижняя часть корпуса снабжена оправкой с осевым отверстием в виде внутреннего многогранника, соответствующего наружному многограннику вала, вставленного с зазором во внутренний многогранник оправки с фиксацией от проворота и с возможностью ограниченного осевого перемещения до упора в нижний торец оправки, при этом верхний торец вала упирается в торцевую поверхность поршня в рабочем положении расширителя, в нижней части вал снабжен внутренней резьбой для соединения с долотом, а в верхней части - радиальным отверстием и ограничительной гайкой.
На фиг. 1 показан расширитель для одновременного бурения и расширения ствола скважины.
На фиг. 2 показан разрез А-А.
Расширитель для одновременного бурения и расширения ствола скважины, содержит корпус 1 с наклонными пазами 2 и размещенным в нем штоком 3, взаимодействующий со штоком поршень 4. Поршень 4 выполнен кольцевым и размещен в камере 5, образованной наружной стенкой штока 3 и внутренней стенкой корпуса 1. В наклонных пазах 2 корпуса 1 закреплены и соединены лапы 6 с зубками 7 посредством тяг 8 с поршнем 4. Зубки 7 расположены продольными рядами 9 на рабочей поверхности лап 6.
Нижняя часть 10 корпуса 1 снабжена оправкой 11 с осевым отверстием 12 в виде внутреннего многогранника 13, соответствующего наружному многограннику 14 вала 15. Многогранник 14 вала 15 установлен с зазором во внутренний многогранник 13 оправки 11 с фиксацией от проворота и с возможностью ограниченного осевого перемещения до упора в нижний торец 16 оправки 11. В рабочем положении расширителя верхний торец 17 вала 15 упирается в торцевую поверхность 18 поршня 4. В нижней части вал 15 снабжен внутренней резьбой 19 для соединения с долотом 20. В верхней части вал 15 снабжен радиальным отверстием 21 и ограничительной гайкой 22.
Расширитель для одновременного бурения и расширения ствола скважины работает следующим образом.
Расширитель соединяют с колонной бурильных труб (на фиг. не показана) по внутренней резьбе 23 сверху, а по внутренней резьбе 19 вала 15 соединяют с долотом 20 и спускают на забой скважины. Колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей промывочной жидкости (бурового раствора) с осевой нагрузкой вниз, осуществляя процесс бурения и одновременного расширения. Из-за перепада давления внутри долота 20 в камере 5 снизу поршня 4 создается избыточное давление, которое перемещает поршень 4 со штоком 3, сжимая пружину 24 тяги 8, а также лапы 6 с зубками 7 по наклонным пазам 2 корпуса 1 в рабочее положение. Долото 20, упираясь на забой скважины, поднимает вал 15 до упора его в торец 16 оправки 11. При этом из-за того, что верхний торец 17 вала 15 упирается в нижний торец 18 поршня 4, лапы 6 не имеют возможности опуститься в транспортное положение из-за изменений давления (пульсаций) промывочной жидкости. Благодаря тому, что оправка 11 с осевым отверстием 12 в виде внутреннего многогранника 13 соответствует наружному многограннику 14 вала 15, осуществляется фиксация от проворота и, как следствие, передача крутящего момента от долота 20 расширителю. Из-за того, что перепад давления действует также через радиальное отверстие 21, долото 20 находится все время в поджатом положении к забою, как при использовании демпфера, уменьшая амплитуды колебаний и величину ударных нагрузок. Износ долота 20 уменьшается, межремонтный период забойного двигателя увеличивается. Благодаря тому, что расширитель во время одновременного бурения и расширения все время поджат в рабочем положении за счет контакта долота 20 с забоем, получаем расширенный ствол необходимого диаметра для установки профильного перекрывателя.
Предлагаемый расширитель для одновременного бурения и расширения ствола скважины является надежной и долговечной конструкцией, обеспечивающей гарантированное раздвижение расширителя в рабочее положение при одновременном бурении и расширении, как следствие, обеспечение расширенного ствола необходимого диаметра по всей длине расширяемого интервала, а также уменьшает амплитуды колебаний и величину ударных нагрузок.