RU2170319C1 - Tool for expansion of shaft of hole - Google Patents

Tool for expansion of shaft of hole Download PDF

Info

Publication number
RU2170319C1
RU2170319C1 RU2000130470A RU2000130470A RU2170319C1 RU 2170319 C1 RU2170319 C1 RU 2170319C1 RU 2000130470 A RU2000130470 A RU 2000130470A RU 2000130470 A RU2000130470 A RU 2000130470A RU 2170319 C1 RU2170319 C1 RU 2170319C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rod
housing
piston
tool
cutter
Prior art date
Application number
RU2000130470A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Р.Ш. Тугушев
Р.К. Зарипов
Станислав Владимирович Баранцевич
А.В. Кейбал
Г.К. Оксенойт
Original Assignee
Тугушев Расим Шахимарданович
Зарипов Ралиф Каримович
Станислав Владимирович Баранцевич
КЕЙБАЛ Александр Викторович
Оксенойт Георгий Константинович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тугушев Расим Шахимарданович, Зарипов Ралиф Каримович, Станислав Владимирович Баранцевич, КЕЙБАЛ Александр Викторович, Оксенойт Георгий Константинович filed Critical Тугушев Расим Шахимарданович
Priority to RU2000130470A priority Critical patent/RU2170319C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2170319C1 publication Critical patent/RU2170319C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: proposed tool is made of milling cutter linked to shaft of hydraulic face motor whose frame is coupled to lower end of rod of piston mechanism whose body in its turn is joined to lower pipe of drill pipe string. Piston coupled to rod and stopper are housed in body of piston mechanism. Rod is smoothly bent in axial direction. Milling cutter is manufactured in the form of rolling cutter bit which outer surface has shape of ellipsoid and its symmetry axis is displaced in parallel with regard to axis of linking thread of body of milling cutter. EFFECT: enhanced functional efficiency of tool. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к техническим средствам, используемым в составе компоновки низа бурильной колонны (КНБК), с помощью которых осуществляется расширение стволов пробуренных нефтяных и газовых скважин. The invention relates to the mining industry, and in particular to the technical means used as part of the layout of the bottom of the drill string (BHA), with the help of which the expansion of the drilled oil and gas wells.

Известны конструкции лопастных и шарошечных расширителей, которые включаются в состав КНБК и с помощью которых вырезаются отдельные интервалы эксплуатационных и технических колонн, а также расширяются стволы скважин [1] . Указанные в данном источнике информации расширители успешно работают, но они могут лишь незначительно увеличивать диаметр ствола скважины. Так, при диаметре корпуса расширителя труборезки 209,6 мм максимальный диаметр, до которого может быть расширен ранее пробуренный ствол, составляет соответственно 464 мм при использовании лопастного варианта исполнения расширителя и 381 мм - при использовании шарошечного варианта. Known designs of paddle and cone extenders, which are included in the BHA and with which cut individual intervals of production and technical columns, as well as expanding boreholes [1]. The expanders indicated in this information source work successfully, but they can only slightly increase the diameter of the wellbore. So, with the diameter of the body of the pipe-cutting expander 209.6 mm, the maximum diameter to which the previously drilled shaft can be expanded is respectively 464 mm when using the blade version of the extender and 381 mm when using the cone version.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) изобретения может быть принято устройство для расширения скважины [2]. Известное устройство включает фрезу, корпус которой с помощью резьбы закреплен на нижнем конце вала гидравлического забойного двигателя (ГЗД). Последний связан с поршневым механизмом, корпус которого своим верхним концом закреплен на нижней трубе колонны бурильных труб. As the closest analogue (prototype) of the invention, a device for expanding a well can be adopted [2]. The known device includes a milling cutter, the housing of which is fastened to the lower end of the shaft of a downhole hydraulic motor (HLD) using a thread. The latter is connected with a piston mechanism, the housing of which, with its upper end, is fixed to the lower pipe of the drill pipe string.

Однако известное устройство из-за своих конструктивных особенностей не позволяет значительно увеличить диаметр ранее пробуренного ствола скважины. However, the known device due to its design features does not allow to significantly increase the diameter of a previously drilled wellbore.

Между тем конкретные задачи повышения эффективности нефтегазоотдачи продуктивных пластов требуют увеличения диаметров стволов пробуренных скважин до значений 2-2,5 м, что не может быть выполнено с помощью известных технических средств. Meanwhile, the specific tasks of increasing the efficiency of oil and gas recovery in productive formations require an increase in the diameters of the boreholes of drilled wells to values of 2-2.5 m, which cannot be accomplished using well-known technical means.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности работы инструмента для расширения пробуренного ствола скважины. The objective of the invention is to increase the efficiency of the tool to expand the drilled wellbore.

Сущность предложенного технического решения заключается в использовании фрезы, корпус которой с помощью резьбы закреплен на нижнем конце вала ГЗД, корпус которого присоединен к нижнему концу штока поршневого механизма. Корпус последнего верхним концом закреплен на нижней трубе колонны бурильных труб. Шток поршневого механизма выполнен плавно изогнутым в осевом направлении. Фреза выполнена в виде шарошки, установленной с возможностью вращения относительно корпуса фрезы. Наружная поверхность шарошки имеет эллипсоидную форму. Ось симметрии наружной поверхности шарошки имеет параллельное смещение относительно оси присоединительной резьбы корпуса фрезы, с помощью которой последняя закрепляется на нижнем конце вала ГЗД. The essence of the proposed technical solution lies in the use of a cutter, the housing of which is fastened to the lower end of the hydraulic drive shaft with a thread, the housing of which is attached to the lower end of the piston rod. The housing of the latter with its upper end is fixed to the lower pipe of the drill pipe string. The piston rod is smoothly curved in the axial direction. The cutter is made in the form of a cone mounted rotatably relative to the cutter body. The outer surface of the cone is ellipsoidal. The axis of symmetry of the outer surface of the cone has a parallel displacement relative to the axis of the connecting thread of the cutter body, with which the latter is fixed on the lower end of the HPL shaft.

Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображена общая компоновка инструмента для расширения ствола скважины (поршень со штоком в крайнем нижнем положении);
- на фиг. 2 изображен поршневой механизм с плавно изогнутым в осевом направлении штоком;
- на фиг. 3 приведен поперечный разрез поршневого механизма по четырехгранной части штока и стопора на фиг.2;
- на фиг. 4 изображен общий вид фрезы, с помощью которой разрушается боковая стенка скважины.
The invention is illustrated by drawings, where:
- in FIG. 1 shows the general layout of a tool for expanding a borehole (a piston with a rod in its lowest position);
- in FIG. 2 shows a piston mechanism with a rod smoothly curved in the axial direction;
- in FIG. 3 shows a cross section of the piston mechanism along the tetrahedral part of the rod and stopper in FIG. 2;
- in FIG. 4 shows a general view of the cutter, with which the side wall of the well is destroyed.

Фреза 1 с эллипсоидной породоразрушающей наружной поверхностью крепится с помощью резьбы к нижнему концу вала ГЗД, корпус 2 которого своей верхней частью с помощью резьбы крепится к нижнему концу штока 3 поршневого механизма, корпус 4 которого в свою очередь своей верхней частью с помощью резьбы (через соединительный переводник) крепится к нижней трубе 5 бурильной колонны. Верхняя часть штока 3 (для простоты изготовления) имеет четырех- или шестигранное сечение, а его нижняя часть выполнена цилиндрической. Шток 3 в своей нижней цилиндрической части плавно изогнут в осевом направлении. При этом диаметр и длина цилиндрической части штока 3, толщина его стенки и радиус кривизны подбираются таким образом, чтобы при осевой габаритной длине ГЗД, соединенного посредством резьбы с фрезой 1, отход центра ее тяжести от вертикальной оси (при полностью выдвинутом из корпуса 4 штоке 3) достигал бы заранее заданного (расчетного) значения. The milling cutter 1 with an ellipsoidal rock-cutting outer surface is fastened with thread to the lower end of the hydraulic drive shaft, the housing 2 of which is attached with its upper part to the lower end of the piston rod 3, the housing 4 of which in turn is screwed with its upper part (through the connecting sub) is attached to the bottom pipe 5 of the drill string. The upper part of the rod 3 (for ease of manufacture) has a four- or hexagonal cross-section, and its lower part is cylindrical. The rod 3 in its lower cylindrical part is smoothly curved in the axial direction. In this case, the diameter and length of the cylindrical part of the rod 3, its wall thickness and radius of curvature are selected so that, with the axial overall length of the horizontal joint connected by a thread to the mill 1, the center of gravity moves away from the vertical axis (when the rod 3 is fully extended from the housing 4 ) would reach a predetermined (calculated) value.

На штоке 3 поршневого механизма в самой верхней его части установлен поршень 6. Внутренняя поверхность корпуса 4 служит скользящим направлением для поршня 6. В средней части корпуса 4 закреплен четырех- или шестигранный стопор 7, воспринимающий на себя реактивный момент от корпуса 2 ГЗД. Шток 3 в своей верхней части имеет сечение, соответствующее (с легкоходовым допуском) сечению стопора 7. Корпус 4 в нижней (лобовой) части имеет соосное своему наружному диаметру отверстие, которое центрирует по оси корпуса 4 нижнюю цилиндрическую (плавно изогнутую в осевом направлении) часть штока 3 в положении, когда поршень 6 упирается во внутренний торец верхней части корпуса 4. Шток 3 имеет сквозной осевой канал 8, который связывает пространство над поршнем 6 (внутри корпуса 4 поршневого механизма) с внутренней полостью бурильных труб 5 и с пространством внутри корпуса 2 ГЗД. Пространство, располагающееся под поршнем 6, через монтажные отверстия в стопоре 7, посадочные зазоры между стопором 7 и четырех - или шестигранной наружной поверхностью верхней части штока 3, а также между нижней (лобовой) частью корпуса 4 и цилиндрической частью штока 3 гидравлически связано с пространством, располагающимся вне корпуса 4 поршневого механизма. На корпусе 4 поршневого механизма имеется один или несколько винтов 9, с помощью которых шток 3 фиксируется в корпусе 4 в положении, когда поршень 6 уперт во внутренний торец верхней части корпуса 4. A piston 6 is installed on the piston rod 3 in the upper part of the piston mechanism. The inner surface of the housing 4 serves as a sliding direction for the piston 6. In the middle part of the housing 4 there is a four- or six-sided stopper 7, which receives the reactive moment from the housing 2 of the hydraulic valve. The rod 3 in its upper part has a section corresponding to (with easy-to-pass tolerance) section of the stopper 7. The body 4 in the lower (frontal) part has an opening coaxial to its outer diameter, which centers the lower cylindrical (smoothly axially curved) part along the axis of the body 4 rod 3 in the position where the piston 6 abuts against the inner end of the upper part of the housing 4. The rod 3 has a through axial channel 8, which connects the space above the piston 6 (inside the housing 4 of the piston mechanism) with the internal cavity of the drill pipe 5 and with the space inside the housing 2 of the engine. The space located under the piston 6, through the mounting holes in the stopper 7, the landing gaps between the stopper 7 and the four- or hexagonal outer surface of the upper part of the stem 3, as well as between the lower (frontal) part of the housing 4 and the cylindrical part of the stem 3 are hydraulically connected to the space located outside the housing 4 of the piston mechanism. On the housing 4 of the piston mechanism there is one or more screws 9, with which the rod 3 is fixed in the housing 4 in the position when the piston 6 is abutted in the inner end of the upper part of the housing 4.

Одношарошечная фреза 1 состоит из корпуса 10 и вращающейся относительно него шарошки 11. Корпус 10 фрезы 1 с помощью своей резьбовой муфты закрепляется на нижнем конце вала ГЗД. Шарошка 11 на своей эллипсоидной наружной поверхности имеет износостойкие вставки (штыри или алмазно-твердосплавные пластины), назначение которых заключается в обеспечении разрушения боковой стенки скважины. Внутренняя полость 12 фрезы 1 гидравлически через осевой канал в валу ГЗД и канал 8 в штоке 3 связана с внутренней полостью бурильных труб 5. На эллипсоидной рабочей поверхности шарошки 11 имеются промывочные канавки 13 с каналами-штуцерами 14, гидравлически сообщающими внутреннюю полость 12 с пространством за эллипсоидной рабочей поверхностью. Шарошка 11 фрезы 1 с помощью роликовых 15 и замкового шарикового 16 подшипников фиксируется на корпусе 10. A single-cone mill 1 consists of a housing 10 and a roller cone rotating relative to it 11. The housing 10 of the mill 1 is fixed with its threaded sleeve to the lower end of the hydraulic drive shaft. The cone 11 on its ellipsoidal outer surface has wear-resistant inserts (pins or diamond carbide inserts), the purpose of which is to ensure the destruction of the side wall of the well. The internal cavity 12 of the cutter 1 is hydraulically connected through the axial channel in the hydraulic drive shaft and the channel 8 in the stem 3 to the internal cavity of the drill pipes 5. On the ellipsoid working surface of the cutter 11 there are flushing grooves 13 with channel fittings 14 that hydraulically communicate the internal cavity 12 with the space behind ellipsoidal work surface. The roller cutter 11 of the mill 1 with the help of roller 15 and lock ball 16 bearings is fixed on the housing 10.

Ось симметрии эллипсоидной наружной поверхности фрезы 1 параллельно смещена относительно оси резьбы, с помощью которой она крепится к валу ГЗД, на величину до 50 мм. The axis of symmetry of the ellipsoidal outer surface of the cutter 1 is parallelly shifted relative to the axis of the thread, with which it is attached to the valve shaft, by up to 50 mm.

На нижней трубе 5 размещен лопастной стабилизатор 17, центрирующий бурильную колонну в эксплуатационной колонне. On the lower pipe 5 is placed a blade stabilizer 17, centering the drill string in the production string.

Инструмент для расширения ствола скважины работает следующим образом. A tool for expanding a wellbore operates as follows.

Перед началом спуска инструмента в ствол скважины шток 3 необходимо зафиксировать в корпусе 4 поршневого механизма с помощью винтов 9 в нерабочем положении, когда поршень 6 уперт во внутренний торец 10 корпуса 4, т.е. поршень 6 находится в крайнем верхнем положении. Before the descent of the tool into the wellbore, the rod 3 must be fixed in the housing 4 of the piston mechanism with the screws 9 in the idle position when the piston 6 is abutted in the inner end 10 of the housing 4, i.e. the piston 6 is in its highest position.

Инструмент в составе КНБК на бурильной колонне спускают в эксплуатационную колонну. Спуск инструмента прекращается, когда нижняя точка фрезы 1 достигнет нижней отметки того интервала, с которого надо начинать расширение ствола скважины. The tool in the BHA on the drill string is lowered into the production string. The descent of the tool stops when the lower point of the cutter 1 reaches the lower mark of the interval from which to expand the wellbore.

После того, как инструмент спущен на расчетную глубину, на бурильную колонну наворачивают ведущую трубу, которую фиксируют в клиньях роторного стола буровой установки. Затем включают буровые насосы. Так как на ГЗД и фрезе 1 срабатывается достаточно большой перепад давлений (50-80 кгс/см2), на верхнюю торцевую поверхность поршня 6 начинает действовать значительное осевое усилие (в зависимости от диаметра поршневого механизма от 5 до 25 т). Под действием этого усилия концы фиксирующих винтов 9 срезаются и поршень 6 вместе со штоком 3 перемещается в крайнее нижнее положение, при котором поршень 6 упирается в стопор 7.After the tool is lowered to the calculated depth, a lead pipe is screwed onto the drill string, which is fixed in the wedges of the rotary table of the drilling rig. Then include mud pumps. Since a sufficiently large pressure drop (50-80 kgf / cm 2 ) is triggered on the gas distribution unit and mill 1, a significant axial force starts to act on the upper end surface of the piston 6 (depending on the diameter of the piston mechanism from 5 to 25 tons). Under the action of this force, the ends of the fixing screws 9 are cut off and the piston 6 together with the rod 3 moves to its lowest position, at which the piston 6 abuts against the stopper 7.

Если бы внутренняя поверхность эксплуатационной колонны не сохраняла прямолинейность осей всех компонентов собранного инструмента, то центр тяжести фрезы 1, благодаря изгибу штока 3 поршневого механизма, отошел бы от оси ствола скважины на расстояние 0,8-1,5 м. Так как эксплуатационная колонна держит ось инструмента прямолинейной, на эллипсоидной наружной поверхности фрезы 1 (на ее штырях) появляется значительное боковое усилие. Поступающий по бурильным трубам буровой раствор через внутреннюю полость канала 8 в штоке 3 направляется в ГЗД, затем по осевому каналу его вала - во внутреннюю полость 12 фрезы 1, далее через каналы-штуцеры 14 и промывочные канавки 13 фрезы 1 попадает во внутреннюю полость эксплуатационной колонны и поднимается на поверхность по затрубному пространству. If the inner surface of the production string did not maintain the straightness of the axes of all components of the assembled tool, then the center of gravity of the cutter 1, due to the bending of the piston rod 3, would move 0.8-1.5 m from the axis of the wellbore. Since the production string holds the axis of the tool is straightforward, a significant lateral force appears on the ellipsoid outer surface of the mill 1 (on its pins). The drilling fluid coming through the drill pipes through the internal cavity of the channel 8 in the rod 3 is directed to the hydraulic control valve, then through the axial channel of its shaft to the internal cavity 12 of the mill 1, then through the nozzle channels 14 and the flushing grooves 13 of the mill 1 enters the internal cavity of the production string and rises to the surface in the annulus.

Проходя через ГЗД, буровой раствор вращает его вал и закрепленную на нем фрезу 1. Бурильщик включает привод роторного стола буровой установки, который начинает вращать бурильную колонну вместе с корпусом 4 поршневого механизма, полностью выдвинутым из него штоком 3 и корпусом 2 ГЗД. При этом износостойкие вставки фрезы 1 последовательно разрушают стальное тело обсадной колонны, цементный камень, а затем горную породу, слагающую стенку скважины. Бурильщик медленно и плавно поднимает инструмент со скоростью 0,3 - 1,0 м/ч (в зависимости от прочности пород, слагающих продуктивную толщу геологического разреза). Passing through the hydraulic drilling rig, the drilling fluid rotates its shaft and the cutter mounted on it 1. The driller turns on the rotary table drive of the drilling rig, which begins to rotate the drill string together with the piston mechanism housing 4, the stem 3 and the hydraulic motor housing 2 fully extended from it. In this case, the wear-resistant insert of the cutter 1 sequentially destroys the steel body of the casing string, cement stone, and then the rock that composes the borehole wall. The driller slowly and smoothly lifts the tool at a speed of 0.3 - 1.0 m / h (depending on the strength of the rocks that make up the productive thickness of the geological section).

При сработке вооружения фрезы 1 буровые насосы останавливают, инструмент извлекают из ствола скважины и фрезу 1 заменяют на новую. When the weapons of the cutter 1 are triggered, the drilling pumps are stopped, the tool is removed from the wellbore and the cutter 1 is replaced with a new one.

Операцию по расширению ствола скважины повторяют в упомянутой последовательности до получения требуемого диаметра ствола в интервале залегания продуктивного пласта. The operation to expand the wellbore is repeated in the above sequence until the desired bore diameter is obtained in the interval of occurrence of the reservoir.

Источники информации
1. Американская техника и промышленность. Выпуск III. Chilton. International Company, 1977, с. 333-336.
Sources of information
1. American technology and industry. Issue III. Chilton. International Company, 1977, p. 333-336.

2. Патент РФ N 2096580 C1, E 21 В 7/28, опубл. 20.11.97 (Бюл. N 32). 2. RF patent N 2096580 C1, E 21 V 7/28, publ. 11/20/97 (Bull. N 32).

Claims (3)

1. Инструмент для расширения ствола скважины, включающий фрезу, корпус которой посредством резьбы закреплен на нижнем конце вала гидравлического забойного двигателя, связанного с поршневым механизмом, корпус которого, в свою очередь, верхним концом закреплен на нижней трубе колонны бурильных труб, отличающийся тем, что фреза выполнена в виде шарошки, установленной с возможностью вращения относительно корпуса фрезы, а корпус гидравлического забойного двигателя присоединен к нижнему концу штока поршневого механизма, который выполнен плавно изогнутым в осевом направлении. 1. A tool for expanding a borehole, including a cutter, the body of which is screwed to the lower end of the hydraulic downhole motor shaft associated with the piston mechanism, the housing of which, in turn, is fixed with the upper end to the lower pipe of the drill pipe string, characterized in that the milling cutter is made in the form of a cone mounted rotatably relative to the milling cutter body, and the hydraulic downhole motor housing is connected to the lower end of the piston rod, which is made axially curved. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность шарошки имеет эллипсоидную форму. 2. The tool according to claim 1, characterized in that the outer surface of the cone has an ellipsoidal shape. 3. Инструмент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что ось симметрии наружной поверхности шарошки имеет параллельное смещение относительно оси присоединительной резьбы корпуса фрезы, с помощью которой последняя закрепляется на нижнем конце вала гидравлического забойного двигателя. 3. The tool according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the axis of symmetry of the outer surface of the cone has a parallel offset relative to the axis of the connecting thread of the mill body, with which the latter is fixed on the lower end of the shaft of the hydraulic downhole motor.
RU2000130470A 2000-12-06 2000-12-06 Tool for expansion of shaft of hole RU2170319C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000130470A RU2170319C1 (en) 2000-12-06 2000-12-06 Tool for expansion of shaft of hole

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000130470A RU2170319C1 (en) 2000-12-06 2000-12-06 Tool for expansion of shaft of hole

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2170319C1 true RU2170319C1 (en) 2001-07-10

Family

ID=20242992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000130470A RU2170319C1 (en) 2000-12-06 2000-12-06 Tool for expansion of shaft of hole

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2170319C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7293616B2 (en) Expandable bit
EP2140096B1 (en) Apparatus and methods of milling a restricted casing shoe
US5402856A (en) Anti-whirl underreamer
US20040124011A1 (en) Expandable bit with a secondary release device
US20020070052A1 (en) Reaming tool with radially extending blades
US10704332B2 (en) Downhole rotary cutting tool
NO338166B1 (en) Method of expansion of an extension tube
US7140444B2 (en) Downhole cutting tool and method
CN202832209U (en) Sidetracking well slim hole chambering tool
WO2016014283A1 (en) Reamer
US7258165B1 (en) Hole opener and drillable casing guide and methods of use
CA2521658A1 (en) Expanded liner system and method
US5372209A (en) Polycentric reamer
CA2527265A1 (en) A mud depression tool and process for drilling
CN100575659C (en) A kind of insufficient balance well completion method
RU2170319C1 (en) Tool for expansion of shaft of hole
CN203808841U (en) Tool used for enlarging wellbore diameter
US6112835A (en) Drilling apparatus having a radially displaceable reamer
RU2229582C1 (en) Hydraulically expanding underreamer
RU2657583C1 (en) Drilling tool guiding device for selective entry into the branch hole
RU2779682C1 (en) Casing reamer bit
RU2153568C2 (en) One-cone drill bit
RU2761815C1 (en) Set of equipment for cutting the "window" in a high strength casing column
RU2757839C1 (en) Working bottom
RU2753428C1 (en) Device for simultaneous drilling and fixing of areas of heaving and collapses during drilling of a well