РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН

Предложение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале.
Известен расширитель скважины (а.с. СССР №2001228, МПК 5 Е21В 7/28, опубл. Бюл. №37-38 от 15.10.93 г.), включающий полый корпус с центральным каналом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, и механизм выдвижения шарошек в рабочее положение, содержащий связанные между собой размещенный в полости корпуса и имеющий средство для подсоединения к буровой колонне кольцевой поршень с радиальным каналом для сообщения осевой полости поршня с надпоршневой полостью, образованной стенками корпуса и поршня, с седлом и со шлицами, образующими с выполненными на внутренней стенке корпуса шлицами шлицевое соединение, и размещенный в центральном канале корпуса с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек фиксирующий стержень, имеющий выступ для взаимодействия с корпусом и каналы, выполненные с возможностью их частичного перекрытия седлом поршня, причем он снабжен узлом фиксации поршня в корпусе в транспортном положении расширителя, выполненным в виде установленного в корпусе подпружиненного стопорного элемента и ответного стопорному элементу углубления, выполненного на наружной поверхности поршня и сообщенного с радиальным каналом поршня, а шлицевые участки поршня и корпуса выполнены с кольцевыми проточками, причем в зафиксированном положении поршня в корпусе шлицевые выступы поршня и корпуса расположены в одной продольной плоскости расширителя.
Недостатком данного расширителя является его низкая работоспособность, так как при работе на тяжелых буровых растворах с высоким содержанием твердой фазы, вызывающих повышенный износ поверхностей механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, перепад давления, возникающий внутри кольцевого
поршня, может оказаться недостаточным для выхода стопорного элемента из углубления, что может не дать шарошкам выйти в рабочее положение.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (а.с. №2117747, МПК 6 Е21В 7/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.98 г.), включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом корпуса фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя, при этом устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня, и ответных этим сегментам углублений в цилиндре, причем дополнительный кольцевой поршень размещен в гидрокамере ниже бокового отверстия основного поршня, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.
Поскольку в этом расширителе та же схема размещения механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, как и в устройстве, принятом в качестве аналога, то ему присущи все указанные выше недостатки, касающиеся повышенного износа этого механизма при работе на тяжелых буровых растворах.
Технической задачей предлагаемого расширителя скважин является повышение надежности и работоспособности, в том числе и при работе на тяжелых буровых растворах.
Техническая задача решается расширителем скважин, включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с
фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом корпуса фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя.
Новым является то, что кольцевой поршень ниже его бокового отверстия внутри дополнительно снабжен жестко закрепленной гидромониторной насадкой, выполненной в виде полой втулки с верхним обтекаемым торцом, которая изготовлена из износостойкого материала.
На фиг.1 показан расширитель скважин в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - расширитель при расширении скважины.
Расширитель скважин (фиг.1) содержит полый корпус 1 с внутренним кольцевым выступом 2, имеющим проходные каналы 3, и радиальными отверстиями 4 в его стенке, в которых установлены с помощью хвостовиков 5 выдвижные шарошки 6, размещенный в полости 7 корпуса 1 кольцевой поршень 8 с фиксирующими его от проворота в корпусе 1 поверхностями 9 (фиг.2), взаимодействующими с ответными поверхностями 10 корпуса 1, боковым отверстием 11 (фиг.1), верхним 12 и нижним 13 кольцевыми упорами на наружной поверхности и резьбой 14 для подсоединения к бурильной колонне 15, цилиндр 16, имеющий верхний 17 и нижний 18 внутренние кольцевые выступы, жестко соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем 8 гидравлическую камеру 19, сообщенную его боковым отверстием 11 с центральным каналом 20 кольцевого поршня 8.
Кольцевой поршень 8 содержит фиксатор 21 для вывода шарошек в рабочее положение, установленный в нем с помощью гайки 22 и имеющий верхний 23 и нижний 24 кольцевые выступы, взаимодействующий с хвостовиками 5 шарошек 6 и внутренним выступом 2 корпуса 1. В верхнем кольцевом выступе 23 выполнены продольные каналы 25 для сообщения центрального канала 20 кольцевого
поршня 8 с полостью 7 корпуса 1. На наружной поверхности кольцевого поршня 8 размещено устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень в виде самоуплотняющейся манжеты 26 из эластичного материала (например, резины) с опорной шайбой 27, расположенный в гидравлической камере 19 расширителя ниже бокового отверстия 11 кольцевого поршня 8, а также радиально подпружиненные, с помощью пружин 28, кольцевые сегменты 29, установленные в наружных пазах 30 кольцевого поршня 8, и ответные им углубления 31 в цилиндре 16. Между опорной шайбой 27 дополнительного кольцевого поршня и кольцевыми сегментами 29 размещен толкатель 32, выполненный в виде кольца.
Центральный канал 20 кольцевого поршня 8 содержит, с целью создания перепада давления в гидравлической камере 19, гидромониторную насадку, выполненную в виде полой втулки 33 с верхним обтекаемым торцом из износостойкого материала, например, минералокерамики или твердого сплава, жестко и герметично закрепленную ниже бокового отверстия 11 кольцевого поршня 8.
Расширитель скважин работает следующим образом.
С помощью резьбы 14 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб 15 и спускают в скважину. При этом корпус 1 с цилиндром 16 зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 8 благодаря верхнему кольцевому упору 12 и кольцевым сегментам 29 кольцевого поршня 8, взаимодействующими соответственно с верхним внутренним кольцевым выступом 17 и углублениями 31 в цилиндре 16.
На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора), которая через центральный канал 20 кольцевого поршня 8, гидромониторную насадку 33 и далее через продольные каналы 25 в верхнем кольцевом выступе 23 фиксатора 21, кольцевой зазор между гайкой 22 и фиксатором 21, полость 7 корпуса 1 и проходные каналы 3 корпуса 1 поступает в промывочные отверстия долота (не показано).
Под действием перепада давления, возникающего в гидромониторной насадке 33 (фиг.1, 3) и распространяющегося через боковое отверстие 11 кольцевого поршня 8 в гидрокамеру 19, дополнительный кольцевой поршень 26, 27 перемещается
вниз и, воздействуя своей опорной шайбой 27 на толкатель 32, также перемещает его вниз. При этом толкатель 32, воздействуя по касательной на кольцевые сегменты 29, перемещает их вдоль продольной оси расширителя внутрь наружных пазов 30 кольцевого поршня 8, сжимая пружины 28, до полного выхода кольцевых сегментов 29 из углублений 31 цилиндра 16.
Выйдя из зацепления с кольцевым поршнем 8, корпус 1 с цилиндром 16 под действием того же перепада давления перемещается вверх до упора внутреннего кольцевого выступа 18 цилиндра 16 в наружный кольцевой упор 13 кольцевого поршня 8. Одновременно фиксатор 21, воздействуя на хвостовики 5, выводит выдвижные шарошки 6 из отверстий 4 в рабочее положение. При этом нижний кольцевой выступ 24 фиксатора 21 взаимодействует с внутренним кольцевым выступом 2 корпуса 1. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.
После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и расширитель поднимают из нее. При этом шарошки 6, достигнув нерасширенной части 34 скважины, остановят движение вверх корпуса 1 с цилиндром 16, тогда как кольцевой поршень 8 с фиксатором 21 продолжает перемещаться вверх относительно них. Благодаря этому хвостовик 5 с выдвижными шарошками 6, освободившись от воздействия на них фиксатора 21, под действием сил реакции стенок нерасширенной части 34 скважины возвратятся в исходное положение внутрь корпуса 1.
Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря гидромониторной насадке, расположенной ниже бокового отверстия, соединяющего устройство стопорения шарошек в нерабочем положении с полостью кольцевого поршня, внутри кольцевого поршня возникает достаточный перепад давления, необходимый для срабатывания механизма выдвижения шарошек в рабочее положение даже при работе на тяжелых буровых растворах с высоким содержанием твердой фазы, вызывающих повышенный износ внутренних поверхностей расширителя.