Раздвижной расширитель открытого ствола скважины

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к устройствам, обеспечивающим расширение ствола скважины. Техническая задача - повышение эффективности и надежности расширителя за счет улучшения качества очистки забоя при бурении и предупреждения заклинивания раздвижных элементов при переводе в транспортное положение. Раздвижной расширитель открытого ствола скважины содержит корпус, включающий переводник, патрубок, раздвижные подвижные элементы, шарнирно установленные в продольных пазах корпуса с ограничительными уступами, поршень на подвижном пустотелом штоке с блокирующим кольцевым утолщением на наружной поверхности и струйный насадок. Причем корпус снабжен нижним направляющим патрубком, в днище которого размещен струйный насадок. В цилиндрической расточке нижнего направляющего патрубка установлен поршень с выполненными по периметру продольными каналами, в которых размещены дополнительные струйные насадки. Шток подпружинен относительно переходника. Блокирующее кольцевое утолщение на штоке выполнено в виде конуса, соответствующего ответной внутренней поверхности раздвижных подвижных элементов. 2 ил.

 

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к устройствам, обеспечивающим расширение ствола скважины.

Конструкция глубоких скважин для сложных геологических условий предусматривает спуск нескольких обсадных колонн и в ряде случаев хвостовиков.

Для качественного цементирования хвостовика следует обеспечить достаточный кольцевой зазор, в связи с чем возникает необходимость расширения ствола необсаженной скважины ниже башмака ранее спущенной колонны.

При расширении используются бицентричные долота и раздвижные расширители.

Бицентричные долота просты по конструкции и удобны в эксплуатации, однако обеспечивают незначительное увеличение диаметра открытого ствола скважины.

Раздвижные расширители имеют более сложное устройство, но позволяют увеличить диаметр ствола до 30% и более, что достигается за счет большого радиального выхода породоразрушающих элементов.

Известна конструкция раздвижного расширителя фирмы Baker [1] типа Lockomatic с принудительным блокированием лопастей в раздвинутом до номинального диаметра положении (аналог).

Расширитель состоит из ствола, присоединяемого к забойной компоновке бурильных труб. Нижняя часть ствола выполнена в виде направляющего патрубка.

На наружной поверхности ствола установлен подвижной гидравлический цилиндр, полость которого связана радиальным отверстием с каналом ствола.

В нижней части цилиндра, в продольных пазах с помощью шарниров подвешены выдвижные элементы расширителя: лапы с шарошками на цапфах или армированные лопасти расширителя.

В расточенной части канала ствола на уровне выдвижных лопастей закреплена втулка с блокирующим кольцевым выступом на наружной поверхности.

После спуска расширителя в скважину ниже башмака обсадной колонны на него передается вращение и одновременно восстанавливается циркуляция промывочной жидкости.

Под действием избыточного давления корпус цилиндра начинает перемещаться вверх по стволу устройства. При этом кулачки, выполненные на внутренней поверхности лопастей, надвигаются на блокирующее кольцо втулки, раздвигая лопасти по мере разбуривания стенки скважины.

Блокирование лопастей в полностью раздвинутом положении, а также при последующем бурении происходит вследствие их упора в уступы, выполненные в пазах цилиндра.

Для завершения бурения прекращают подачу инструмента; расширитель продолжают вращать до полного снятия осевой нагрузки, после чего прекращают циркуляцию и поднимают инструмент. При входе в обсадную колонну расширитель должен складываться (переходить в транспортное положение), упираясь в башмак боковой поверхностью раздвинутых лопастей.

Существенным недостатком конструкции является ненадежность, а иногда и невозможность перевода расширителя в транспортное положение при входе в башмак колонны, что чревато сложной аварией. Причина заключается в неблагоприятной особенности конструкции расширителя - наличии глубоких глухих полостей под раздвинутыми лопастями.

В этих полостях при бурении в основном, в мягких породах из-за недостаточной промывки накапливается шлам, наматывается плотный сальник, препятствующие складыванию лопастей при подъеме.

Известна конструкция раздвижного расширителя [2], в котором частично устранены отмеченные недостатки (прототип).

Раздвижные элементы размещены непосредственно в продольных пазах корпуса и соединены с корпусом шарнирно.

Внутри корпуса выполнена цилиндрическая расточка, в которой размещен подпружиненный поршень, установленный на подвижном пустотелом штоке с блокирующим кольцом на наружной поверхности и струйным насадком.

После передачи вращения на инструмент и возобновления циркуляции происходит выдвижение лопастей с разбуриванием стенки скважины до упора в уступы в пазах корпуса. Выдвижение происходит за счет перемещения вниз блокирующего кольца на штоке избыточным давлением на поршень.

В отличие от аналога в прототипе после прекращения циркуляции в конце бурения блокирующее кольцо вместе с поршнем и штоком выдергиваются вверх под действием пружины, освобождая лопасти для перехода в транспортное положение.

Однако в прототипе так же, как и в аналоге, при бурении возникают глухие полости под раздвинутыми элементами, из-за недостаточной промывки в них возможно накапливание шлама, наматывание сальника и, как следствие, затруднения и даже заклинка устройства при складывании элементов.

Последнее неоднократно наблюдалось, в частности, при расширении необсаженного ствола скважины ниже башмака технической колонны в отложениях песчаника с пропластами глин на скважинах ООО «Кубаньгазпром».

Задачей, поставленной в изобретении, является повышение эффективности и надежности расширителя за счет улучшения качества очистки забоя при бурении и предупреждения заклинивания раздвижных элементов при переводе в транспортное положение.

Задача достигается тем, что раздвижной расширитель ствола скважины содержит корпус, включающий переводник, патрубок, раздвижные подвижные элементы, шарнирно установленные в продольных пазах корпуса с ограничительными уступами, поршень на подвижном пустотелом штоке с блокирующим кольцевым утолщением на наружной поверхности и струйный насадок.

Новым в расширителе является то, что корпус снабжен нижним направляющим патрубком, в днище которого размещен струйный насадок, при этом в цилиндрической расточке нижнего направляющего патрубка установлен поршень с выполненными по периметру продольными каналами, в которых размещены дополнительные струйные насадки, при этом шток подпружинен относительно переходника, а блокирующее кольцевое утолщение на штоке выполнено в виде конуса, соответствующего ответной внутренней поверхности раздвижных подвижных элементов.

Расширитель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2. На фиг.1 изображен общий вид расширителя в транспортном положении, на фиг.2 - в рабочем положении.

Конструкция раздвижного расширителя включает (фиг.1) сборный корпус, состоящий из переводника 1, втулки 2, патрубка 3 с продольными пазами 4, имеющими ограничительные уступы 5, и нижнего направляющего патрубка 6 с днищем 7 и струйным насадком 8. В пазах корпуса установлены шарнирные раздвижные подвижные элементы, например лопасти 9. В корпусе размещен подвижный узел, включающий шток, состоящий из втулок 10 и 11, соединенных между собой упорной муфтой 12, поршень 13 и коническое блокирующее кольцевое утолщение 14. Поршень 13 установлен в цилиндрической расточке направляющего патрубка 6, имеет продольные каналы, размещенные по периметру, в которых установлены дополнительные струйные насадки 15.

В переводнике 1 выполнено сальниковое уплотнение 16. Между торцом переводника 1 и уступом упорной муфты 12 размещена цилиндрическая пружина 17,

Расширитель спускается в скважину за башмак обсадной колонны в открытый ствол.

Включается вращение инструмента, восстанавливается циркуляция жидкости в скважине.

Под действием избыточного давления в устройстве (фиг.2) поршень 13, перемещаясь вверх, блокирующим кольцевым утолщением 14 раздвигает лопасти 9, разбуривая стенки открытого ствола до достижения номинального диаметра, ограниченного упором лопастей 9 в ограничительные уступы 5, выполненные в продольных пазах 4 корпуса. После этого создается осевая нагрузка, производится расширение ствола скважины.

Промывочная жидкость, разделенная на два потока, через дополнительные струйные насадки 15 поступает в полость под лопастями 9 и вымывает из-под них шлам и одновременно, выходя через струйный насадок 8, осуществляет промывку ствола.

При завершении бурения последовательно прекращается подача долота до снижения осевой нагрузки до нуля; прекращаются вращение и затем промывка; цилиндрической пружиной 17 выталкивается вниз шток с блокирующим кольцевым утолщением 14; лопасти 9 складываются в транспортное положение.

Конструкцию расширителя отличают следующие положительные особенности:

- формы блокирующего кольцевого утолщения и ответной внутренней поверхности лопастей обеспечивают их раздвижение без появления глухих внутренних полостей, в которых может накапливаться шлам и появляться сальник (фиг.2);

- размещение дополнительных насадок в подвижном поршне позволяет максимально приблизить и направить жесткий восходящий поток жидкости непосредственно в зону разрушения горной породы и полости возможного скопления шлама;

- часть потока жидкости через нижний насадок обеспечивает достаточную промывку направляющего ствола расширяемой скважины.

Испытания опытного расширителя в отложениях песчаника с пропластами глин на скважинах ООО «Кубаньгазпром» показали, что долото легко переводится из транспортного положения в рабочее и обратно; бурение происходит без зашламления забоя, с полным выносом разбуренной породы из скважины.

Источники информации

1. Baker oil tools, Fishing services Lockomatic Expanding hole opener and section mill product №150-79, product №150-95.

2. Composite Catalog, 1984-85 гг. Voiume 4, Servco стр.6696, 6702.

Раздвижной расширитель открытого ствола скважины, содержащий корпус, включающий переводник, патрубок, раздвижные подвижные элементы, шарнирно установленные в продольных пазах корпуса с ограничительными уступами, поршень на подвижном пустотелом штоке с блокирующим кольцевым утолщением на наружной поверхности и струйный насадок, отличающийся тем, что корпус снабжен нижним направляющим патрубком, в днище которого размещен струйный насадок, при этом в цилиндрической расточке нижнего направляющего патрубка установлен поршень с выполненными по периметру продольными каналами, в которых размещены дополнительные струйные насадки, при этом шток подпружинен относительно переходника, а блокирующее кольцевое утолщение на штоке выполнено в виде конуса, соответствующего ответной внутренней поверхности раздвижных подвижных элементов.