Расширитель скважин

 

Использование: в горном деле при бурении скважин. Сущность изобретения: расширитель скважин включает полый корпус с внутренним выступом на верхнем торце и радиальными отверстиями, в которых размещены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень со средством подсоединения к бурильной колонне и сквозным радиальным каналом, стопорное устройство шарошек в нерабочем положении и установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек фиксатор. С целью повышения надежности фиксации шарошек при спуско-подъеме в скважине стопорное устройство шарошек выполнено в виде шарнирно закрепленных на верхнем торце корпуса и размещенных в диаметральной плоскости расширителя двуплечих рычагов. Верхние плечи рычагов подпружинены в направлении продольной оси расширителя, жестко закрепленного на кольцевом поршне упора, и дополнительного кольцевого поршня, размещенного между корпусом и поршнем с возможностью взаимодействия с внутренним выступом корпуса. Дополнительный поршень образует с поршнем и корпусом камеру, сообщенную радиальным каналом поршня с полостью корпуса. Верхние плечи рычагов установлены с возможностью взаимодействия с упором, а нижние - с дополнительным поршнем. 4 ил.

Изобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале.

Известен расширитель скважин, содержащий полый корпус с центральным каналом и радиальными отверстиями в его боковой стенке, в которых установлены выдвижные шарошки, и механизм выдвижения шарошек из радиальных отверстий корпуса, включающий фиксатор шарошек в выдвинутом положении и кольцевой поршень, размещенный в центральном канале корпуса и имеющий радиальные каналы в стенке, сообщающие его центральный канал с кольцевой полостью, образованной стенками поршня и корпуса, причем корпус и поршень имеют элементы зацепления для совместного их вращения, а верхний конец корпуса выполнен с внутренним кольцевым выступом, охватывающим поршень и герметизирующим кольцевую полость [1]. Недостатком известного расширителя является низкая работоспосоность из-за преждевременного самопроизвольного вывода шарошек в рабочее положение при спуске его в наклонные, искривленные и кавернозные скважины, из-за отсутствия в его конструкции узла, фиксирующего шарошки в транспортном положении, что затрудняет спуск расширителя в скважину в указанных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является расширитель, снабженный стопорным устройством, предотвращающим самопроизвольный вывод шарошек из радиальных отверстий в стенке корпуса в рабочее положение, выполненным в виде подпружиненных шариков, установленных в радиальных отверстиях в стенке верхней части кольцевого поршня и взаимодействующих с углублениями в верхней части стенки корпуса, расположенными на разной высоте, нижние из которых сообщены с кольцевой полостью, образованной стенками поршня и корпуса [2]. Недостатком известного устройства является то, что его можно изготавливать только для скважин, имеющих сравнительно большой диаметр, то есть еще не обсаженных колонной обсадных труб. Для скважин малого диаметра (обсаженных, геолого-разведочных) такое конструктивное решение стопорного устройства без снижения его прочностных характеристик практически неосуществимо из-за стесненности диаметральных размеров и толщины стенок поршня и корпуса расширителя, поскольку в этом случае конструктивно невозможно в них разместить стопорный элемент. Кроме того, при спуске такого расширителя в наклонные, искривленные и неровные скважины для проталкивания его по стволу скважины приходится прилагать усилия, достигающие иногда 5-ти т, тогда как шарошки в известном стопорном устройстве срабатывают от усилия в несколько десятков килограммов, что не позволяет использовать его в указанных условиях.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей расширителя.

Достигается это тем, что в расширителе скважин, включающем полый корпус с внутренним выступом на верхнем торце и радиальными отверстиями, в которых размещены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса и зафиксированный от проворачивания (вращения) кольцевой поршень со средством для соединения с бурильной колонной и сквозным радиальным каналом, стопорное устройство шарошек в нерабочем положении расширителя и установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек фиксатор, согласно изобретению, стопорное устройство шарошек выполнено в виде шарнирно закрепленных на верхнем торце корпуса параллельно продольной оси расширителя двуплечих рычагов, верхние плечи которых подпружинены в направлении продольной оси расширителя, упора, жестко закрепленного на кольцевом поршне, и дополнительного кольцевого поршня, размещенного между корпусом и поршнем с возможностью взаимодейстия с внутренним выступом корпуса и образующим с поршнем и корпусом камеру, сообщенную радиальным каналом поршня с полостью корпуса, причем верхние плечи рычагов установлены с возможностью взаимодействия с упором, а нижние - с дополнительным поршнем.

На фиг. 1 показан расширитель в транспортном положении, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, при расширении скважины; на фиг.3 - сечение по А-А на фиг.1; на фиг.4 - сечение по В-В на фиг.1.

Расширитель скважины содержит полый корпус 1 с центральным каналом 2 и радиальными отверстиями 3 в его стенке, в которых установлены выдвижные шарошки 4 с хвостовиками 5. В центральном канале 2 корпуса размещен механизм (не показан) выдвижения шарошек из радиальных отверстий 3 корпуса 1, включающий фиксатор 6, служащий для фиксирования шарошек 4 в выдвинутом положении, имеющий верхний 7 и нижний 8 кольцевые выступы. В верхнем выступе 7 выполнены продольные каналы 9. Внутри корпуса 1 имеется кольцевой выступ 10 с продольными каналами 11, служащий упором для кольцевого выступа 8 фиксатора 6 в рабочем положении расширителя. Верхняя часть корпуса 1 выполнена в виде накидной гайки 12 с внутренним выступом 13 на верхнем ее торце.

Механизм выдвижения шарошек включает в себя также кольцевой поршень 14, размещенный в центральном канале 2 корпуса и имеющий сквозной радиальный канал 15 в стенке, сообщающий центральные каналы 16 поршня 14 и 2 корпуса 1 с кольцевой камерой 17, образованной между стенками поршня 14 и корпуса 1. Корпус 1 и поршень 14 имеют элементы зацепления для совместного их вращения, выполненные в виде сопрягаемых поверхностей 18 и 19 некруглого сечения, например шестигранников.

С целью предотвращения преждевременного самопроизвольного выдвижения шарошек 4 из радиальных отверстий 3 корпуса при спуске расширителя в скважину механизм выдвижения шарошек имеет стопорное устройство для их стопорения в нерабочем положении (не показано), выполненное в виде шарнирно закрепленных в прорезях 20 на верхнем торце корпуса 1 с помощью осей 21 параллельно продольной оси расширителя двуплечих рычагов 22, верхние плечи 23 которых удерживаются в транспортном положении упором 24, жестко закрепленным с помощью резьбы на кольцевом поршне 14, и подпружинены пружинами 25 в направлении продольной оси расширителя, а нижние плечи 26 выступают в кольцевой зазор между корпусом 1 и поршнем 14, в котором размещен ограничивающий камеру 17 сверху дополнительный кольцевой поршень 27 с возможностью взаимодействия при выдвижении шарошек 4 в рабочее положение с нижними плечами 26 двуплечих рычагов 22 и внутренним выступом 13 корпуса 1. На верхнем конце поршня 14 имеется резьба 28 для соединения расширителя с бурильной колонной 29, а на нижнем его конце установлено седло 30, взаимодействующее с кольцевым выступом 7 фиксатора 6.

Расширитель скважины работает следующим образом. С помощью резьбы 28 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб 29 и спускают в скважину. При этом корпус 1 расширителя зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 14 с помощью верхних плеч 23 двуплечих рычагов 22, удерживаемых в пpижатом к поршню 14 положении пружинами 25, а также упором 24, в который упираются концы верхних плеч 23 двуплечих рычагов, и дополнительным кольцевым поршнем 27, контактирующим с нижними плечами 26 двуплечих рычагов 22 и выступом 31 на наружной поверхности поршня 14. Благодаря этому при возникновении условий, препятствующих свободному спуску расширителя в скважину (искривление ствола, каверны и т.д.), приложение усилий для проталкивания инструмента не повлечет преждевременное выдвижение шарошек 4 из радиальных отверстий 3 корпуса, так как стопорное устройство срабатывает только от создания внутреннего гидравлического давления.

На заданной глубине колонну бурильных труб 29 начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости, которая через центральный канал 16 поршня 14, продольные каналы 9 в выступе 7 фиксатора 6, кольцевой зазор между седлом 30 и фиксатором 6, центральный канал 2 корпуса 1 и далее через продольные каналы 11 в корпусе 1 поступает в промывочные отверстия долота (не показано). При этом верхний кольцевой выступ 7 фиксатора 6 упирается в седло 30. Под действием перепада давления, возникающего в центральном канале 16 поршня 14 и распpостраняющегося через сквозные радиальные каналы 15 в кольцевую камеру 17, дополнительный кольцевой поршень 27 перемещается вверх и, воздействуя на нижние плечи 26 двуплечих рычагов 22, перемещает эти плечи в сторону продольной оси расширителя. При этом верхние плечи рычагов 22, преодолевая усилия пружин 25 и сил трения между контактными поверхностями этих плеч рычагов и упора 24, отходят от стенки поршня 14, нарушая фиксирование корпуса 1 относительно поршня 14. Под действием указанного перепада давления кольцевой поршень 27, воздействуя на внутренний выступ 13 корпуса 1, перемещает его вместе с накидной гайкой 12 вверх относительно поршня 14 до упора нижней кольцевой поверхности 32 поршня 14 в такую же поверхность 33 внутри корпуса 1. Одновременно фиксатор 6, воздействуя на хвостовики 5, выводит шарошки 4 из радиальных отверстий 3 корпуса 1 в рабочее положение, а шестигранная наружная поверхность 18 нижнего конца поршня 14 входит в зацепление с такой же поверхностью 19 внутри корпуса 1 для обеспечения совместного их вращения с целью расширения диаметра скважины.

К моменту полного выдвижения шарошек 4 из радиальных отверстий 3 корпуса 1 нижний кольцевой выступ 8 фиксатора 6 упирается во внутренний кольцевой выступ 10 корпуса 1 и поднимает фиксатор так, что его верхний кольцевой выступ 7 оказывается выше седла 30, образуя зазор между нижним торцом выступа 7 и седлом 30. Вследствие этого давление нагнетания жидкости уменьшается, что свидетельствует о полном выдвижении шарошек 4 в рабочее положение. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.

После окончания расширения скважины нагнетание жидкости прекращают и расширитель поднимают из нее. При этом шарошки 4, достигнув нерасширенной части 34 ствола скважины, остановят движение вверх корпуса 1, тогда как поршень 14 с фиксатором 6 продолжает свое перемещение вверх относительно корпуса 1, благодаря чему хвостовики 5 с шарошками 4, освободившись от воздействия на них фиксатора 6, под действием сил реакции стенок нерасширенной части 34 скважины возвратятся в исходное положение внутрь корпуса 1.

Формула изобретения

РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН, включающий полый корпус с внутренним выступом на верхнем торце и радиальными отверстиями, в которых размещены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень со средством подсоединения к бурильной колонне и сквозным радиальным каналом, стопорное устройство шарошек в нерабочем положении расширителя и установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек фиксатор, отличающийся тем, что стопорное устройство шарошек выполнено в виде шарнирно закрепленных на верхнем торце корпуса и размещенных в диаметральной плоскости расширителя двуплечих рычагов, верхние плечи которых подпружинены в направлении продольной оси расширителя, упора, жестко закрепленного на кольцевом поршне, и дополнительного кольцевого поршня, размещенного между корпусом и поршнем с возможностью взаимодействия с внутренним выступом корпуса и образующим с поршнем и корпусом камеру, сообщенную радиальным каналом поршня с полостью корпуса, причем верхние плечи рычагов установлены с возможностью взаимодействия с упором, а нижние - с дополнительным поршнем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4