RU2024724C1

RU2024724C1 - Well reamer

Info

Publication number: RU2024724C1
Authority: RU
Inventors: К.В. Мелинг; Г.С. Абдрахманов; А.А. Мухаметшин; А.В. Шабаев; Ф.Г. Арзамасцев
Original assignee: Татарский Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефтяной Промышленности
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: well reamer includes hollow body with internal projection on top end and radial holes accommodating extensible roller cutters with shanks; ring piston with means for connecting to drill string and through radial channel located in body hollow with locking from turning; stop device of roller cutters in idle position, and retainer installed in ring piston for interaction with roller cutter shanks. Roller cutter stop device is made in form of bell-cranks hinged to body top end and located in reamer diametrical plane to enhance reliability of roller cutter locking during roundtrip operation in well. Upper arms of bell-cranks are spring-loaded in direction of longitudinal axis of reamer rigidly attached to stop of ring piston and additional ring piston located between body and piston for interaction with body inner projection. Additional piston forms chamber together with piston and body. Chamber is communicated with body hollow by means of piston radial channel. Top arms of bell-cranks are installed for interaction with stop and bottom arms for interaction with additional piston. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале. The invention relates to drilling equipment, in particular to devices for increasing the diameter of wells in a given interval.

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. A well extender is known, comprising a hollow body with a central channel and radial holes in its side wall, in which retractable cones are installed, and a mechanism for extending the cones from the radial holes of the body, including a cone lock in the extended position and an annular piston located in the central channel of the body and having radial channels in the wall, communicating its central channel with an annular cavity formed by the walls of the piston and the housing, the housing and the piston having engagement elements for joint their rotation, and the upper end of the housing is formed with an internal annular projection covering the piston and sealing the annular space [1]. A disadvantage of the known expander is the low working capacity due to the premature spontaneous withdrawal of the cone into working position when it is lowered into deviated, curved and cavernous wells, due to the lack of a node fixing the cones in the transport position in its design, which makes it difficult to lower the expander into the well in the indicated conditions.

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. Closest to the proposed one is an expander equipped with a locking device that prevents spontaneous withdrawal of cones from radial holes in the housing wall to the working position, made in the form of spring-loaded balls installed in radial holes in the wall of the upper part of the annular piston and interacting with recesses in the upper part of the housing wall located at different heights, the lower of which are connected with the annular cavity formed by the walls of the piston and the housing [2]. A disadvantage of the known device is that it can be manufactured only for wells having a relatively large diameter, that is, not yet cased with a casing string. For small-diameter wells (cased, exploration), such a constructive solution of the locking device without reducing its strength characteristics is practically impracticable due to the tightness of the diametric dimensions and wall thickness of the piston and expander body, since in this case it is structurally impossible to place a locking element in them. In addition, when such an expander is lowered into deviated, curved and uneven wells, it is necessary to exert forces of up to 5 tons to push it along the wellbore, while cones in the known locking device operate from a force of several tens of kilograms, which makes it impossible to use him in the specified conditions.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей расширителя. The purpose of the invention is the expansion of the technological capabilities of the expander.

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. This is achieved by the fact that in the well expander, including a hollow body with an internal protrusion at the upper end and radial holes in which retractable cones with shanks are placed, placed in the body cavity and fixed against rotation (rotation) of the annular piston with means for connecting to the drill string and through radial channel, the locking device of the cones in the inoperative position of the expander and installed in the annular piston with the possibility of interaction with the shanks of the cones, the clamp, according to and According to the invention, the locking device of the cones is made in the form of two shoulders levers pivotally mounted on the upper end of the housing parallel to the longitudinal axis of the extender, the upper arms of which are spring-loaded in the direction of the extender longitudinal axis, an abutment rigidly fixed on the annular piston, and an additional annular piston located between the housing and the piston with the possibility of interaction with the internal protrusion of the housing and forming with the piston and the housing a chamber communicated by the radial channel of the piston with the cavity of the housing, the upper the shoulders of the levers are installed with the possibility of interaction with the emphasis, and the lower ones with an additional piston.

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. In FIG. 1 shows an expander in a transport position, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same, when expanding the well; figure 3 is a section along aa in figure 1; figure 4 is a section along bb in figure 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. The well extender comprises a hollow body 1 with a central channel 2 and radial holes 3 in its wall, in which retractable cones 4 with shanks 5 are installed. In the central channel 2 of the body there is a mechanism (not shown) for extending the cones from the radial holes 3 of the body 1, including a latch 6, used to fix the cones 4 in the extended position, having upper 7 and lower 8 annular protrusions. Longitudinal channels 9 are made in the upper protrusion 7. Inside the housing 1 there is an annular protrusion 10 with longitudinal channels 11, which serves as a stop for the annular protrusion 8 of the retainer 6 in the working position of the expander. The upper part of the housing 1 is made in the form of a union nut 12 with an internal protrusion 13 at its upper end.

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. The cone extension mechanism also includes an annular piston 14 located in the central channel 2 of the housing and having a through radial channel 15 in the wall, communicating the central channels 16 of the piston 14 and 2 of the housing 1 with an annular chamber 17 formed between the walls of the piston 14 and the housing 1. The housing 1 and the piston 14 have engagement elements for their joint rotation, made in the form of mating surfaces 18 and 19 of non-circular cross section, for example hexagons.

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. In order to prevent premature spontaneous extension of the cones 4 from the radial holes 3 of the body when the expander is lowered into the well, the mechanism for extending the cones has a locking device for locking them in the idle position (not shown), made in the form of articulated in the slots 20 on the upper end of the housing 1 using axes 21 parallel to the longitudinal axis of the extender two-arm levers 22, the upper arms 23 of which are held in transport position by an abutment 24, rigidly fixed with a thread on the annular pore not 14, and are spring-loaded by springs 25 in the direction of the longitudinal axis of the expander, and the lower arms 26 protrude into the annular gap between the housing 1 and the piston 14, in which an additional annular piston 27 is located limiting the chamber 17 from above, with the possibility of interaction when the cones 4 extend into the working position with the lower shoulders 26 of the two shoulders of the levers 22 and the inner protrusion 13 of the housing 1. At the upper end of the piston 14 there is a thread 28 for connecting the expander to the drill string 29, and at its lower end there is a saddle 30 interacting with Central projection 7 of the retainer 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. The well reamer operates as follows. Using thread 28, the expander is attached to the drill string 29 and lowered into the well. In this case, the extender housing 1 is fixed from longitudinal displacements relative to the annular piston 14 with the upper arms 23 of the two-arm levers 22, held in the position pressed to the piston 14 by the springs 25, as well as with a stop 24, in which the ends of the upper arms 23 of the two-arm levers abut, and an additional annular the piston 27 in contact with the lower shoulders 26 of the two shoulders of the levers 22 and the protrusion 31 on the outer surface of the piston 14. Due to this, when conditions arise that prevent the free descent of the expander into the well (bending of the barrel, caverns, etc.), the application of forces to push the tool will not entail premature extension of the cones 4 from the radial holes 3 of the body, since the locking device only works when an internal hydraulic pressure is generated.

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. At a given depth, the drill pipe string 29 begins to rotate while flushing fluid is supplied into it, which through the central channel 16 of the piston 14, the longitudinal channels 9 in the protrusion 7 of the retainer 6, the annular gap between the seat 30 and the retainer 6, the central channel 2 of the housing 1 and further through the longitudinal channels 11 in the housing 1 enters the washing holes of the bit (not shown). In this case, the upper annular protrusion 7 of the retainer 6 abuts against the seat 30. Under the action of the differential pressure arising in the central channel 16 of the piston 14 and propagating through the radial channels 15 into the annular chamber 17, the additional annular piston 27 moves upward and, acting on the lower arms 26 two shoulders levers 22, moves these shoulders toward the longitudinal axis of the expander. In this case, the upper arms of the levers 22, overcoming the efforts of the springs 25 and the frictional forces between the contact surfaces of these arms of the levers and the stop 24, depart from the wall of the piston 14, disrupting the fixation of the housing 1 relative to the piston 14. Under the action of the specified pressure drop, the annular piston 27, acting on the inner the protrusion 13 of the housing 1, moves it together with the union nut 12 upwards relative to the piston 14 until the lower annular surface 32 of the piston 14 stops against the same surface 33 inside the housing 1. At the same time, the latch 6, acting on the shanks 5, leads um cone 4 of radial holes 3 of the housing 1 in the operative position, and hexagonal outer surface 18 of the lower end of the piston 14 engages a surface 19 within the housing 1 for joint rotation thereof in order to increase the borehole diameter.

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. By the time the cones 4 are fully extended from the radial holes 3 of the housing 1, the lower annular protrusion 8 of the retainer 6 abuts against the inner annular protrusion 10 of the housing 1 and raises the retainer so that its upper annular protrusion 7 is higher than the seat 30, forming a gap between the lower end of the protrusion 7 and saddle 30. As a result, the pressure of the fluid is reduced, which indicates the full extension of the cones 4 in the working position. Further, by feeding the tool down, the well is expanded in a predetermined interval.

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. After completion of the expansion of the well, fluid injection is stopped and the expander is lifted from it. In this case, the cones 4, having reached the unexpanded part 34 of the wellbore, will stop the upward movement of the housing 1, while the piston 14 with the retainer 6 continues to move upward relative to the housing 1, so that the shanks 5 with the cones 4, freeing themselves from the action of the retainer 6, under the action of the reaction forces of the walls of the unexpanded part 34 of the well will return to its original position inside the body 1.

Claims

WELL EXTENSOR, including a hollow body with an internal protrusion on the upper end and radial holes in which retractable cones with shanks are placed, an annular piston is installed in the body cavity with rotation lock, connecting means to the drill string and through radial channel, cone lock device inoperative the position of the expander and installed in the annular piston with the possibility of interaction with the shanks of the cones, a retainer, characterized in that the locking device of the cones is made about in the form of two-arm levers pivotally mounted on the upper end of the housing and placed in the diametrical plane of the expander, the upper arms of which are spring-loaded in the direction of the longitudinal axis of the expander, an abutment rigidly fixed to the annular piston, and an additional annular piston located between the housing and the piston with the possibility of interaction with the inner protrusion of the housing and forming with the piston and the housing a chamber communicated by the radial channel of the piston with the cavity of the housing, and the upper shoulders of the levers are installed with possible Stu interaction with the focus and the bottom - with the additional piston.