[1]Изобретение относится к области бурения, а именно к породоразрушающему инструменту для расширения скважин.
[2]Известен расширитель для бурения и расширения на обсадной колонне (патент № 2 774 875, МПК E21B 7/20, E21B 7/28, E21B 10/32, от 23.06.2022, бюл. № 18) содержащий корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, при этом нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса. Кроме того втулка полого вала выполнена многогранной, таким образом, что выводит лопасти в рабочее положение при взаимодействии конической поверхности втулки полого вала с выступом лопастей на внутренней поверхности образованным радиусной вогнутой внутрь поверхностью и внутренней рабочей поверхностью лопастей, поршень полого вала выполнен заодно с валом, полый вал выполнен таким образом, что в транспортном положении его многогранный участок вставлен в многогранное отверстие корпуса, а нижняя часть полого вала в транспортном положении герметично вставлена в отверстие центрального проходного канала корпуса, верхняя часть лопастей снабжена упором, взаимодействующим с верхней поверхностью пазов корпуса в рабочем положении. Также корпус и полый вал выполнены без фиксации срезными элементами, а корпус в нижней части снабжен сменной бурильной головкой.
[3]Недостатками данного устройства являются:
[4]- плашки расширителя выходят в рабочее положение за счет гидравлики и упора на забой, поэтому при использовании расширителя в ранее пробуренном стволе скважины может быть неравномерное расширение ствола при перепадах давления;
[5]- плашки не фиксируются в транспортном положении (отсутствуем механизм фиксации - пружина или стопорный штифт), поэтому при спуске расширителя в заданный интервал скважины плашки могут самопроизвольно выдвигаться в рабочее положение, препятствуя доведению расширителя до интервала расширения;
[6]- при износе упорной поверхности полого вала, контактирующей с плашками, произойдет потеря диаметра расширения, а изготовление нового вала требует значительных материальных вложений, в силу сложности детали.
[7]Наиболее близким по технической сущности является расширитель для бурения и расширения на обсадной колонне (патент № 2796716, МПК E21B 7/28, от 29.05.2023, бюл. № 16), содержащий корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, выполненной многогранной. Полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, при этом нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса, снабженного сменной бурильной головкой. На нижней части вала между поршнем и торцевой поверхностью корпуса установлена пружина с усилием, позволяющим удерживать вал и плашки расширителя в транспортном положении при его спуске в наклонном стволе скважины до интервала расширения, при этом, коническая поверхность и грани втулки, взаимодействующие с лопастями снабжены износостойким покрытием. Полый вал сверху снабжен центратором диаметром на 2-5 % меньше диаметра скважины и на 6-9 % больше диаметра расширителя в транспортном положении. Породоразрушающая часть лопастей выполнена радиусом равным 1,5-2,5 диаметра скважины, а внутренняя часть лопастей, взаимодействующая с втулкой полого вала снабжены износостойким покрытием.
[8]Недостатками данного устройства являются:
[9]- несоосность полого вала, свинченного с втулкой и корпуса с обоймой при изготовлении, приводят к заклиниванию и не выходу в рабочее положение или невозврату в транспортное положение;
[10]- при расширении ранее пробуренного ствола высокая вероятность отворота и падения бурголовки от реактивного момента;
[11]- высокая вероятность подклинок за счет зацепа бурголовки при спуске расширителя в скважину;
[12]- отсутствует направленная промывка резцов лопастей, как следствие снижен ресурс;
[13]- невозможность производить расширение с малым расходом при поглощениях.
[14]Техническими задачами предлагаемого устройства являются создание надежной и долговечной конструкции расширителя, позволяющей спустить его в заданный интервал скважины, созданием давления гарантированно выдвинуть в рабочее положение режущие элементы, произвести расширение скважины до нужного диаметра и гарантированно сложить в транспортное положение для беспрепятственного извлечения за счет соосности полого вала с поршнем и корпуса с обоймой.
[15]Технические задачи решаются расширителем скважин, содержащим корпус с центральным проходным каналом и пазами, лопасти, снабженные хвостовиками и породоразрушающими элементами, закрепленные в пазах корпуса с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой полого вала, выполненной многогранной, полый вал снабжен поршнем, размещенным в проходном канале корпуса, и вверху снабжен резьбой для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса, при этом нижняя часть полого вала в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале корпуса, на валу между поршнем и торцевой поверхностью корпуса установлена пружина, а сверху на корпус привинчена обойма.
[16]Новым является то, что полый вал выполнен заодно с втулкой и снабжен насадкой в центральном канале, а поршень полого вала снабжен воротниковой манжетой, на корпус в нижней части установлен на резьбе и зафиксирован от отворота дюралюминиевый центратор, диаметром на 0,5-5% больше диаметра расширителя и снабженный межлопастными плоскостями, направляющими на резцы лопастей расширителя поток промывочной жидкости, при этом центратор армирован твердосплавными таблетками на наружной поверхности лопастей и снабжен сменной втулкой с насадками, причем количество лопастей центратора кратно количеству лопастей расширителя.
[17]На фиг. 1 изображен расширитель в рабочем положении с частичным разрезом.
[18]На фиг. 2 изображен расширитель в транспортном положении с частичным разрезом.
[19]На фиг. 3 показан вид А расширителя.
[20]Расширитель скважин содержит корпус 1 (фиг. 1, 2) с центральным проходным каналом 2 и пазами 3, лопасти 4, снабженные хвостовиками 5 и породоразрушающими элементами 6, закрепленные в пазах 3 корпуса 1 с возможностью выдвижения при взаимодействии с втулкой 7 полого вала 8, выполненной многогранной. Полый вал 8 снабжен поршнем 9, размещенным в проходном канале 2 корпуса 1, и вверху снабжен резьбой 10 для соединения со скважинным оборудованием, боковым отверстием 11 и установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса 1. Кроме того нижняя часть 12 полого вала 8 в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале 2 корпуса 1. На валу 8 между поршнем 9 и торцевой поверхностью 13 корпуса 1 установлена пружина 14.
[21]Полый вал 8 выполнен заодно с втулкой 7 и снабжен насадкой 15 в центральном канале 16, а поршень 9 полого вала 8 снабжен воротниковой манжетой 17. На корпус 1 навинчена обойма 18. На корпусе 1 в нижней части установлен на резьбе и зафиксирован от отворота дюралюминиевый центратор 19 диаметром на 0,5-5 % больше диаметра расширителя и снабженный межлопастными плоскостями 20 направляющими на резцы 6 лопастей 4 расширителя поток промывочной жидкости. Кроме этого, центратор 19 армирован твердосплавными таблетками 21 на наружной поверхности лопастей 22, и снабжен сменной втулкой 23 (фиг. 3) с насадками 24, при этом, количество лопастей 22 (фиг. 1, 2) центратора 19, кратно количеству лопастей 4 расширителя.
[22]Расширитель работает следующим образом.
[23]Верхнюю часть расширителя с помощью резьбы 10 (фиг. 1, 2) соединяют с винтовым забойным двигателем - ВЗД (на фиг. 1-3 не показано), а выше ВЗД - с колонной бурильных труб. Далее спускают компоновку до начала интервала расширения скважины (на фиг. 1-3 не показан). Плашки 4 при этом зафиксированы в транспортном положении усилием пружины 14 и поджаты хвостовиками 5 для того, чтобы избежать несанкционированного выдвижения плашек 4 в рабочее положение. Далее запускают насосы буровой установки для активации ВЗД и начинают подачу компоновки вниз.
[24]В это время промывочная жидкость попадает в центральный канал 16 полого вала 8, проходит через боковое отверстие 11 в полость между обоймой 18 и поршнем 9. За счет перепада гидравлического давления, создаваемого насадкой 15 корпус 1 с лопастями 4 и центратором 19, сжимая пружину 14, установленную на валу 8 между поршнем 9 и торцевой поверхностью 13 корпуса 1 надвигается на втулку 7 полого вала 8, благодаря чему расширитель принимает рабочее положение со сниженным расходом промывочной жидкости, например, при расширении зон поглощений. При этом лопасти 4 выводятся в радиальном направлении до заданного размера, обеспечивающего необходимый диаметр ствола скважины. Изготовленный из дюралюминия центратор 19 имеет небольшой вес и, кроме этого, дополнительно зафиксирован, что значительно уменьшает эффект «маховика» и отворота его при работе расширителя. Межлопастные плоскости 20 центратора 19 направляют восходящий поток промывочной жидкости на резцы 6 плашек 4 расширителя, охлаждая и промывая их во время работы, тем самым значительно увеличивая их ресурс. Кроме того, центратор 19 армирован твердосплавными таблетками 21 на наружной поверхности лопастей 22, которые защищают лопасти от износа и в тоже время не препятствуют спуску расширителя в скважину. Дополнительный перепад гидравлического давления создают насадки 24 (фиг. 3), установленные в сменной втулке 23 центратора 19 (фиг. 1, 2). Кроме того, нижняя часть 12 полого вала 8 в рабочем положении герметично вставлена в ответное отверстие в центральном проходном канале 2 корпуса 1.
[25]В таком виде компоновку подают вниз до забоя и производят расширение скважины. Полый вал 8 установлен с фиксацией от проворота относительно корпуса 1, что позволяет передавать больший крутящий момент, в результате чего увеличивается скорость проходки и надежность расширителя. Для получения необходимой соосности на корпус 1 навинчена обойма 18. Минимальный зазор между лопастями 4 и пазами 3 корпуса 1 исключают попадание шлама в корпус расширителя.
[26]После завершения расширения выключают насос и производят подъем компоновки. При этом корпус 1 (фиг. 1 и фиг. 2) с плашками 4 и центратором 19 перемещается вниз, за счет реакции стенок скважины и усилия пружины 14 и возвращает расширитель в исходное транспортное положение. Хвостовики 5 плашек 4 фиксируются втулкой 7 в транспортном положении. Кроме того, конструкция расширителя позволяет быстро заменить лопасти 4 даже в полевых условиях.
[27]Предлагаемое устройство является надежной и долговечной конструкцией, позволяет спустить его в заданный интервал скважины, созданием давления гарантированно выдвинуть в рабочее положение режущие элементы, произвести расширение скважины до нужного диаметра при минимальном расходе промывочной жидкости и гарантированно сложить в транспортное положение для беспрепятственного извлечения за счет соосности полого вала с поршнем и корпуса с обоймой.
