РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН

Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.
Известен «Расширитель скважин» (патент RU №2234584, Е21В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2004 г.), содержащий корпус с наклонными пазами и центральным проходным каналом, в котором размещен шток, подпружиненный в сторону нижнего конца корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса лапы с цапфами, на которых установлены шарошки, и опоры, в которых расположены свободные концы цапф лап, установленные с возможностью взаимодействия со штоком с помощью толкателей, при этом толкатели опор выполнены в виде размещенных в наклонных сверлениях корпуса и уплотненных относительно его проходного канала и внешней среды цилиндрических поршней, одни концы которых соединены с опорами, а другие зафиксированы на штоке с возможностью радиальных перемещений относительно его стенок, причем центральный проходной канал корпуса сообщен с внешней средой отверстиями, выполненными в стенках корпуса и штока, перекрываемыми при выдвижении лап с шарошками в рабочее положение.
Недостатками данной конструкции являются:
- алгоритм работы, затрудняющий врезание лап с шарошками в стенки скважины, связанный с возрастанием перепада давления (при постоянной подаче промывочной жидкости), необходимого для выдвижения лап под действием поршней после перекрытия отверстий штока, сообщенных с внешней средой, что увеличивает усилие выдвижения только после врезания лап с шарошками в стенки скважины, то есть тогда, когда дополнительного усилия не надо;
- необходимо большое время врезания в стенки скважины (не менее 20 минут), так как перепад давления, необходимого для выдвижения лап под действием штока, образуется только за счет поршней, вставленных в сверления корпуса, которые подвержены вибрации и агрессивному воздействию промывочной жидкости с продуктами разбуривания при работе, что в совокупности практически исключает подвижное герметичное соединение;
- сложная и дорогостоящая конструкция корпуса, связанная с наличием большого количества наклонных поверхностей и сверлений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважин» (патент на полезную модель RU №57792, Е21В 07/28, опубл. Бюл. №30 от 27.10.2006 г.), содержащий 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, при этом 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, 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.
Недостатками данных конструкций являются:
- алгоритм работы, затрудняющий врезание лап с шарошками в стенки скважины, связанный с возрастанием перепада давления (при постоянной подаче промывочной жидкости), необходимого для выдвижения лап под действием поршней, что оставляет постоянным усилие выдвижения как с момент врезания (когда необходимо максимальное усилие) лап с зубками в стенки скважины, так и в момент продольного расширения;
- невозможность контроля за величиной врезания, что может привести к недостаточному увеличению диаметра скважины, необходимого для дальнейших технологических операций в скважине после работы расширителя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной и эффективной конструкции расширителя за счет увеличенного усилия выдвижения лап с зубцами при врезании и возможности контроля за величиной врезания их в стенки скважины при помощи изменения перепада давлений, фиксируемых на поверхности скважины и уменьшения при продольном расширении скважины перепада давления в расширителе.
Техническая задача решается расширителем скважин, содержащим 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 наклонных в 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.
Новым является то, что 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.
На чертеже изображена конструкция расширителя скважин в рабочем положении с осевым продольным разрезом.
Расширитель скважин содержит корпус 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 в наклонных пазах 2 корпуса 1 (например при помощи Т - образного паза) и соединенные посредством тяг 6 с поршнем 4 лапы 7 с зубками 8 на рабочей поверхности 9. Лапы 7 (см. Фиг.1) соединены с тягами при помощи шарниров 10. Снизу к корпусу 1 присоединен нижний переводник 11 с внутренним сужающимся каналом 12. Поршень 4 снизу оборудован полой втулкой 13 с боковыми каналами 14. Ниже боковых каналов 14 внутри полой втулки 13 выполнено сужение 15 и цилиндрическая наружная поверхность 16, которая выполнена с возможностью скользящего взаимодействия с сужающимся каналом 12 нижнего переводника 11 и с возможностью выхода из этого сужающегося канала 12 при перемещении поршня 4 вверх относительно корпуса 1.
Расширитель работает следующим образом.
Корпус 1 при помощи верхней 17 и нижней 18 резьб соединяется соответственно с верхним 19 и нижним 11 переводниками скважинного оборудования (на черт. не показано). Шток 3 поджимают вниз пружиной 20 относительно верхнего переводника 19. После чего конструкцию в сборе в составе скважинного оборудования спускают в скважину (на черт. не показана) в интервал расширения (на чертеже не показан). Затем скважинному оборудованию придают вращательное движение, прокачивая по его внутренней полости жидкость. Благодаря сужению 15 полой втулки 13 через боковые каналы 14 в камере 5 снизу поршня 4 создается повышенное давление, которое перемещает вверх поршень 4, а вместе с ним шток 3, сжимая пружину 20, тяги бис 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 (которые могут быть выполнены в виде шарошек, прямых или наклонных пластин или в их сочетании),
зафиксированные на рабочей поверхности 9 лап 7, врезаясь в стенки скважины, производят ее расширение. При достижении максимального вылета лап 7 в радиальном от корпуса 1 направлении, наружная поверхность 16 полой втулки 13 выйдет из взаимодействия с сужающимся каналом 12 нижнего переводника 11 (см. чертеж). В результате при том же расходе жидкости давление внутри камеры 5 и на поверхности скважины (регистрируемое манометром - на черт. не показан) снизится, так как перепад давлений в расширителе определяется не за счет разностей внутренних диаметров штока 3 и сужения 15 полой втулки 13, а за счет разностей внутренних диаметров штока 3 и сужающегося канала 12 нижнего переводника 11 (так как жидкость дополнительно проходит через боковые каналы 14 полой втулки 13). После падения давления (определяемого манометром) скважинному оборудованию придают дополнительное продольное перемещение вниз. При этом зубки 8, зафиксированные на рабочей поверхности 9 лап 7, производят расширение скважины на всем необходимом интервале. Так как продольная нагрузка действует на лапы 7 вверх относительно корпуса 1, то внутри камеры 5 необходимо поддерживать небольшое давление, достаточное для удержания лап 7 в верхнем положении при необходимости расхаживания верх вниз расширителя в скважине, что обеспечивается сужающимся каналом 12 переводника 11 (либо насадками на скважинном оборудовании, которое может быть навернуто на переводник 11, на чертеже не показано). Так как перепад давлений фиксируется манометром на поверхности, то величина врезания зубков 8 лап 7 в стенку скважины легко контролируется, а уменьшение сопротивления потоку жидкости внутри расширителя при продольном расширении скважины позволяет эффективно, не затрачивая дополнительной энергии, использовать насосное оборудование (на черт. не показано), используемое для перекачки жидкости. Для улучшения герметичности взаимодействия наружной поверхности 16 полой втулки 13 и сужающегося канала 12 на наружной поверхности 16 могут быть выполнены кольцевые проточки 21, используя «лабиринтное уплотнение».
По завершении работы продольную подачу, вращение скважинного оборудования и подачу жидкости через него прекращают. В результате под действием пружины 20 шток 3 с поршнем 4, тягами 6 и лапами 7 перемещаются вниз. В результате расширитель скважин возвращается в исходное (транспортное) состояние и извлекается из скважины.
Предлагаемая конструкция расширителя скважин надежна и эффективна в работе, так как позволяет контролировать на поверхности величину максимального врезания зубков в стенки скважины за счет изменения давления на поверхности скважины и уменьшения сопротивления (перепада давлений) в расширителе при продольном расширении скважин.