Долото-расширитель
EXPANDER BIT

Изобретение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины с одновременным бурением.
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.
Недостатками устройства являются:
- при одновременном бурении и расширении во время провалов компоновки высокие ударные нагрузки и вибрация приводят к обрыву шарнирных тяг плашек расширителя;
- невозможность применения для управляемого бурения на обсадной колонне из-за его большой длины, так как большая вероятность слома вала забойного двигателя с углом перекоса, таким образом большая длина расширителя создает изгибающую циклическую нагрузку на вал забойного двигателя;
- сложная многоэлементная конструкция, как следствие, высокие материальные затраты на изготовление.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 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 в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, так как бурильная колонна располагается на стенке скважины, и, 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 для одновременного бурения и расширения на обсадной колонне, так как диапазон раскрытия расширителя не обеспечивает нужного диаметра расширения.
Техническими задачами предлагаемого устройства являются создание надежной конструкции долота-расширителя для управляемого бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, как в компоновке с бурильной колонной, так и в компоновке с забойным двигателем со степенью расширения, позволяющей бурить на обсадной колонне.
Технические задачи решаются долотом-расширителем, включающим долото с основными резцами, корпус с резьбой для соединения с колонной бурильных труб, подвижные лопасти с резцами PDC, выполненные с возможностью перемещения по направляющим в пазах корпуса, расходящимися снизу-вверх от оси корпуса.
Новым является то, что долото с основными резцами выполнено подвижным относительно корпуса и снабжено лопастями, выполненными с возможностью перемещения в пазах корпуса и взаимодействия торцевой частью лопастей долота с торцевой частью подвижных лопастей и выводящими подвижные лопасти в рабочее положение, также долото с основными резцами снабжено штоком с центральным промывочным каналом, установленным в центральном канале корпуса, при этом в верхней части шток жестко соединен с поршнем, установленным в гидрокамере, образуемой внутренней поверхностью корпуса и соединенной радиальным отверстием с центральным промывочным каналом штока, кроме того шток снабжен промывочными отверстиями пазов корпуса.
На фиг. 1 показано долото-расширитель для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне в рабочем положении;
На фиг. 2 показано долото-расширитель для управляемого бурения и расширения на обсадной колонне в транспортном положении.
Долото-расширитель включает долото 1 (фиг. 1, 2) с основными резцами 2, корпус 3 с резьбой 4 для соединения с колонной бурильных труб (на фиг. 1, 2 не показана), подвижные лопасти 5 с резцами PDC 6, выполненные с возможностью перемещения по направляющим 7. Направляющие 7 выполнены в пазах 8 корпуса 3, расходящимися снизу-вверх от оси корпуса 3. Долото 1 с основными резцами 2 выполнено подвижным относительно корпуса 3 и снабжено лопастями 9, выполненными с возможностью перемещения в пазах 8 корпуса 3 и взаимодействия торцевой частью 10 лопастей 9 долота 1 с торцевой частью 11 подвижных лопастей 5 и выводящими подвижные лопасти 5 в рабочее положение (фиг. 2). Долото 1 с основными резцами 2 снабжено штоком 12 с центральным промывочным каналом 13. Шток 12 установлен в центральном канале 14 корпуса 3. В верхней части шток 12 жестко соединен с поршнем 15, установленным в гидрокамере 16, образуемой внутренней поверхностью 17 корпуса 3. Гидрокамера 16 соединена радиальным отверстием 18 с центральным промывочным каналом 13 штока 12. Шток 12 снабжен промывочными отверстиями 19 пазов 8 корпуса 3.
Долото-расширитель работает следующим образом.
Собирают компоновку - долото-расширитель по резьбе 4 свинчивают с винтовым забойным двигателем с углом перекоса для управляемого бурения, далее 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. 1, 2 не показана). Компоновку спускают в скважину (на фиг. 1, 2 не показана), включают буровой насос и создают перепад давления, при этом перепад давления через отверстие 18 из центрального промывочного канала 13 передается в полость 20 под поршнем 15. Поршень 15, жесткосоединенный со штоком 12, тянет шток 12 с долотом 1 вверх - в рабочее положение. Долото 1 с основными резцами 2, снабженное лопастями 9, взаимодействует торцевой частью 10 лопастей 9 долота 1 с торцевой частью 11 подвижных лопастей 5 и выводит подвижные лопасти 5 в рабочее положение. При этом начинает вращаться винтовой забойный двигатель и происходит процесс одновременного бурения и расширения. Благодаря наличию промывочных отверстий 19 штока 12 происходит вымывание шлама из пазов 8 корпуса 3. По достижении проектного забоя производят промывку скважины и буровой насос отключают. При этом долото 1 и подвижные лопасти 5 опускаются в транспортное положение (фиг. 1). Затем на колонне бурильных труб спускают инструмент, фиксирующийся за извлекаемую часть соединительного узла и подъемную компоновку извлекают, а обсадную колонну цементируют любым известным способом. При закисании или шламовании направляющих 7 дополнительным натяжением бурильной колонны возвращают подвижные лопасти 5 в транспортное положение. Благодаря тому, что отсутствуют срезные элементы для перевода лопастей 5 в рабочее или транспортное положение можно применять долото-расширитель в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах. Благодаря тому, что долото 1 ограничивает движение подвижных лопастей 5, отсутствует опасность их выпадения на забой скважины. Благодаря наличию гидрокамеры 16 и поршня 15, соединенного через шток 12 с долотом 1, при создании перепада давления долото-расширитель всегда будет находиться в рабочем положении. Кроме того, возможно применять это долото-расширитель для одновременного бурения и расширения на обсадной колонне, так как диапазон раскрытия расширителя обеспечивает нужный диаметр расширения.
Предлагаемое долото-расширитель является надежной конструкцией для управляемого бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, как в компоновке с бурильной колонной, так и в компоновке с забойным двигателем со степенью расширения, позволяющей применять для бурения на обсадной колонне.