RU2445432C1

RU2445432C1 - Well rounder

Info

Publication number: RU2445432C1
Application number: RU2010140780/03A
Authority: RU
Inventors: Константин Викторович Мелинг (RU); Константин Викторович Мелинг; Денис Владимирович Максимов (RU); Денис Владимирович Максимов; Сергей Леонидович Багнюк (RU); Сергей Леонидович Багнюк; Азат Леонардович Насыров (RU); Азат Леонардович Насыров; Рустэм Ядкарович Хабибуллин (RU); Рустэм Ядкарович Хабибуллин; Виталий Константинович Мелинг (RU); Виталий Константинович Мелинг
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-03-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: well rounder comprises a jet nozzle, which is inserted into a circular piston, closing a side hole, capable of limited displacement to the bottom and opening of the side hole, besides, the circular piston is equipped with a controller downstream the jet nozzle, and this controller moves fixedly and longitudinally inside the circular piston, besides, a compression spring is installed on top of the controller, which presses the jet nozzle at the bottom, at the same time the additional piston is made in the form of a corrugated membrane installed oppositely to the side channel in the hydraulic chamber, sealed at the ends, filled with oil at the side of the casing and made as capable of moving the pusher down under excessive pressure at the side of the side hole.

EFFECT: expanded area of application due to operation of heavy drilling agents, due to insulation of a stop mechanism against ingress of a drilling agent, and also possibility to control a liquid flow, at which the stop mechanism actuates, and drilling bits move into the working position.

3 dwg

Description

Предложение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале.The proposal relates to the field of drilling equipment, namely, devices for increasing the diameter of wells in a given interval.

Известен расширитель скважины (патент РФ №2117747, МПК ⁶ E21B 7/28, опубл. в Бюл. №23 от 20.08.98 г.), включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом корпуса фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя, при этом устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня, и ответных этим сегментам углублений в цилиндре, причем дополнительный кольцевой поршень размещен в гидрокамере ниже бокового отверстия основного поршня, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.Known well extender (RF patent No. 2117747, IPC ⁶ E21B 7/28, published in Bull. No. 23 dated 08/08/98), including a hollow body with an internal protrusion and radial holes in which retractable cones with shanks are installed, in the cavity of the casing with rotation locking, the annular piston with a side hole, upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill string, a cylinder connected to the casing and forming a hydraulic chamber with the annular piston, communicated by its side opening with a cavity to the housing installed in the annular piston with the possibility of interaction with the shanks of the cones and the inner protrusion of the housing, a latch and a device for locking the cones in the idle position, containing an additional annular piston located in the hydraulic chamber of the expander, while the device for locking the cones in the idle position is made in the form of radially spring-loaded annular segments located in the outer grooves of the annular piston, and corresponding to these segments of the recesses in the cylinder, with an additional annular The th piston is located in the hydraulic chamber below the side hole of the main piston, and a pusher is installed between the additional piston and the annular segments of the cone locking device to withdraw the segments from engagement with the expander cylinder.

Недостатком данного расширителя является его узкая область применения, так как в качестве промывочной жидкости можно использовать только воду, при работе на тяжелых буровых растворах с высоким содержанием твердой фазы происходят засорение стопорного механизма и повышенный износ поверхностей стопорного механизма и механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, в результате чего происходит его заклинивание. Кроме того, перепад давления, возникающий внутри кольцевого поршня, может оказаться недостаточным для выхода стопорного элемента из углубления, что может не дать шарошкам выйти в рабочее положение.The disadvantage of this extender is its narrow scope, since only water can be used as a flushing fluid, when working on heavy drilling fluids with a high solids content clogging of the locking mechanism and increased wear of the surfaces of the locking mechanism and the mechanism for moving the cutters to the working position, in resulting in its jamming. In addition, the pressure drop that occurs inside the annular piston may not be sufficient for the locking element to exit the recess, which may prevent the cones from reaching the working position.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (патент на полезную модель RU №63839, E21B 7/28, опубл. в Бюл. №16 от 10.06.2007 г.), включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом корпуса фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя, причем кольцевой поршень ниже его бокового отверстия, внутри дополнительно снабжен жестко закрепленной гидромониторной насадкой, выполненной в виде полой втулки с верхним обтекаемым торцом, которая изготовлена из износостойкого материала.The closest in technical essence and the achieved result is a well expander (patent for utility model RU No. 63839, E21B 7/28, published in Bul. No. 16 of 06/10/2007), including a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cones with shanks are installed, an annular piston with a lateral hole, upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill string is mounted in the cavity of the housing with rotation fixation, a cylinder connected to the housing and forming from the rings m piston hydraulic chamber, communicated by its side hole with the cavity of the housing, mounted in the annular piston with the possibility of interaction with the shanks of the cones and the inner protrusion of the housing retainer and device for locking the cones in the idle position, containing an additional annular piston located in the hydraulic chamber of the expander, and the annular piston below its side opening, inside it is additionally equipped with a rigidly fixed hydraulic monitor nozzle made in the form of a hollow sleeve with an upper streamline by direct butt, which is made of wear-resistant material.

Данный расширитель, как и устройство, принятое в качестве аналога, также имеет узкую область применения из-за засорения твердой фазой стопорного механизма при работе на тяжелых буровых растворах и повышенного износа механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, в результате чего происходит его заклинивание. Кроме того, во время промежуточных промывок при малом расходе жидкости гидромониторная насадка создает достаточный перепад давления внутри кольцевого поршня для выхода стопорного элемента из углубления, что приводит к преждевременному срабатыванию стопорного механизма и выходу шарошек в рабочее положение.This extender, as well as a device adopted as an analogue, also has a narrow scope due to clogging of the locking mechanism by the solid phase when working on heavy drilling fluids and increased wear of the mechanism for pushing the cutters to the working position, as a result of which it is jammed. In addition, during intermediate washes with a low flow rate of the liquid, the nozzle creates a sufficient pressure drop inside the annular piston to exit the locking element from the recess, which leads to premature operation of the locking mechanism and the release of the cutters to the operating position.

Технической задачей предлагаемого расширителя скважин является расширение области применения за счет работы на тяжелых буровых растворах, за счет изоляции стопорного механизма от попадания бурового раствора, а также возможности регулирования расхода жидкости, при котором происходит срабатывание стопорного механизма и выдвижение шарошек в рабочее положение.The technical task of the proposed well expander is to expand the scope due to work on heavy drilling fluids, by isolating the locking mechanism from the ingress of drilling fluid, as well as the ability to control fluid flow, in which the locking mechanism is triggered and the roller cutters extend to the working position.

Техническая задача решается расширителем скважин, включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом корпуса фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень с толкателем, расположенный в гидрокамере расширителя, при этом кольцевой поршень снабжен гидромониторной насадкой, выполненной в виде полой втулки с верхним обтекаемым торцом, которая изготовлена из износостойкого материала.The technical problem is solved by a well expander, including a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cones with shanks are installed, located in the body cavity with an annular piston fixed from rotation with a side hole, upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill a column, a cylinder connected to the housing and forming a hydraulic chamber with an annular piston, communicated by its side opening with a housing cavity, mounted in the annular the piston with the ability to interact with the shanks of the cones and the inner protrusion of the housing, the latch and the device for locking the cones in the idle position, containing an additional annular piston with a pusher located in the expansion chamber, while the annular piston is equipped with a hydraulic nozzle made in the form of a hollow sleeve with an upper streamlined end which is made of wear-resistant material.

Новым является то, что гидромониторная насадка вставлена в кольцевой поршень, перекрывая боковое отверстие, с возможностью ограниченного перемещения вниз и открытия бокового отверстия, причем кольцевой поршень оснащен ниже гидромониторной насадки регулятором, фиксированно продольно перемещающимся внутри кольцевого поршня, причем на регулятор сверху установлена пружина сжатия, поджимающая снизу гидромониторную насадку, при этом дополнительный поршень выполнен в виде установленной напротив бокового канала в гидрокамере гофрированной мембраны, загерметизированной по концам, заполненной со стороны корпуса маслом и выполненной с возможностью перемещения толкателя вниз при избыточном давлении со стороны бокового отверстия.What is new is that the hydraulic nozzle is inserted into the annular piston, blocking the lateral hole, with the possibility of limited downward movement and opening of the lateral hole, and the annular piston is equipped with a regulator lower than the hydromonitor nozzle, which is fixed longitudinally moving inside the annular piston, and a compression spring is mounted on the regulator from above. the hydraulic monitor nozzle pressing down from below, while the additional piston is made in the form of a corrugated hydrometer mounted opposite the side channel the end of the membrane, sealed at the ends, filled with oil on the side of the housing and configured to move the pusher down at excess pressure from the side of the side opening.

На фиг.1 показан расширитель скважин в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.Figure 1 shows a well expander in a transport position, a longitudinal section; figure 2 is a view a in figure 1, figure 3 is a section bB in figure 1.

Расширитель скважин (фиг.1) содержит полый корпус 1 с внутренним кольцевым выступом 2, имеющим проходные каналы 3, и радиальными отверстиями 4 в его стенке, в которых установлены с помощью хвостовиков 5 выдвижные шарошки 6. Размещенный в полости 7 корпуса 1 кольцевой поршень 8 с фиксирующими его от проворота в корпусе 1 поверхностями 9 (фиг.3), взаимодействующими с ответными поверхностями 10 корпуса 1, боковым отверстием 11 (фиг.2), перепускными каналами 12 (фиг.1), верхним упором 13 (фиг.2) на наружной поверхности и резьбой 14 (фиг.1) для подсоединения к бурильной колонне 15.The well expander (Fig. 1) comprises a hollow body 1 with an inner annular protrusion 2 having passage channels 3 and radial holes 4 in its wall, in which retractable cones 6 are installed using shanks 5. An annular piston 8 located in the cavity 7 of the housing 1 with surfaces 9 fixing it against rotation in the housing 1 (Fig. 3), interacting with the mating surfaces 10 of the housing 1, a side opening 11 (Fig. 2), bypass channels 12 (Fig. 1), and an upper stop 13 (Fig. 2) on the outer surface and thread 14 (figure 1) for connection to the drill column 15.

Корпус 1 жестко соединен с цилиндром 16 (фиг.2), который имеет верхний кольцевой выступ 17 и образует с кольцевым поршнем 8 гидравлическую камеру 18, заполненную маслом 19, внутри которой установлена гофрированная мембрана 20, прижатая к кольцевому поршню 8 кольцом 21, которая препятствует попаданию промывочной жидкости (буровому раствору) через центральный канал 22 (фиг.1) и боковое отверстие 11 (фиг.2) кольцевого поршня 8 в гидравлическую камеру 18.The housing 1 is rigidly connected to the cylinder 16 (figure 2), which has an upper annular protrusion 17 and forms with the annular piston 8 a hydraulic chamber 18 filled with oil 19, inside of which a corrugated membrane 20 is mounted, pressed against the annular piston 8 by the ring 21, which prevents the flushing fluid (drilling fluid) entering the central channel 22 (FIG. 1) and the side hole 11 (FIG. 2) of the annular piston 8 into the hydraulic chamber 18.

На наружной поверхности кольцевого поршня 8 (фиг.1) размещено устройство 23 для стопорения шарошек 6 в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень 24 (фиг.2), расположенный в гидравлической камере 18 и имеющий возможность взаимодействовать через толкатель 25 на радиально подпружиненные с помощью пружин 26 кольцевые сегменты 27, установленные в наружных пазах 28 кольцевого поршня 8 и ответных им углублениях 29 цилиндра 16.On the outer surface of the annular piston 8 (Fig. 1), a device 23 for locking the cones 6 in the idle position is located, containing an additional annular piston 24 (Fig. 2) located in the hydraulic chamber 18 and able to interact through the pusher 25 on the radially spring loaded springs 26 annular segments 27 installed in the outer grooves 28 of the annular piston 8 and the corresponding recesses 29 of the cylinder 16.

В углублении 30 кольцевого поршня 8 установлена гидромониторная насадка 31, подпружиненная снизу с помощью пружины 32, которая расположена между гидромониторной насадкой 31 и полым винтом 33.In the recess 30 of the annular piston 8, a hydraulic monitor nozzle 31 is installed, spring-loaded from below using a spring 32, which is located between the hydraulic monitor nozzle 31 and the hollow screw 33.

Кольцевой поршень 8 (фиг.1) содержит фиксатор 34 для вывода шарошек 6 в рабочее положение, установленный в нем с помощью байонетной втулки 35, имеющей перепускные каналы 12 для сообщения центрального канала 22 кольцевого поршня 8 с полостью 7 корпуса 1, и взаимодействующий с хвостовиками 5 шарошек 6. Нижняя часть фиксатора 34 выполнена в виде сужающегося книзу конуса.The annular piston 8 (Fig. 1) contains a latch 34 for bringing the roller cones 6 to a working position, mounted therein with a bayonet sleeve 35 having bypass channels 12 for communicating the central channel 22 of the annular piston 8 with the cavity 7 of the housing 1, and interacting with the shanks 5 cones 6. The lower part of the retainer 34 is made in the form of a cone tapering downward.

Расширитель скважин работает следующим образом.The well expander operates as follows.

С помощью резьбы 14 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб 15 и спускают в скважину (не показана). При этом корпус 1 с цилиндром 16 (фиг.2) зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 8 благодаря верхнему кольцевому упору 13 и кольцевым сегментам 27 кольцевого поршня 8, взаимодействующими соответственно с верхним внутренним кольцевым выступом 17 и углублениями 29 в цилиндре 16.Using thread 14, the expander is attached to the string of drill pipes 15 and lowered into the well (not shown). In this case, the housing 1 with the cylinder 16 (Fig.2) is fixed from longitudinal displacements relative to the annular piston 8 due to the upper annular stop 13 and the annular segments 27 of the annular piston 8, interacting with the upper inner annular protrusion 17 and the recesses 29 in the cylinder 16, respectively.

При спуске расширителя на заданную глубину, на которой будет осуществляться расширение ствола скважины, на заданных интервалах проводятся промежуточные промывки при малом расходе жидкости, при котором не происходит срабатывание стопорного механизма 23 (фиг.1). Промывочная жидкость (буровой раствор) через центральный канал 22 кольцевого поршня 8, проходной канал гидромониторной насадки 31 (фиг.2) и далее через перепускные каналы 12 (фиг.1) и 3 поступает в промывочные отверстия долота (не показано).When the expander is lowered to a predetermined depth at which the borehole will expand, intermediate rinses are carried out at predetermined intervals at a low liquid flow rate, at which the locking mechanism 23 does not occur (Fig. 1). Flushing fluid (drilling fluid) through the Central channel 22 of the annular piston 8, the passage channel of the jet nozzle 31 (Fig.2) and then through the bypass channels 12 (Fig.1) and 3 enters the flushing holes of the bit (not shown).

На заданной глубине расширения скважины колонну бурильных труб 15 начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора). Вращение корпусу 1 (фиг.3) передается от кольцевого поршня 8 за счет взаимодействия взаимнообращенных поверхностей 9 и 10.At a given depth of expansion of the well, the drill string 15 begins to be rotated while the flushing fluid (drilling fluid) is supplied to it. Rotation of the housing 1 (figure 3) is transmitted from the annular piston 8 due to the interaction of mutually reversed surfaces 9 and 10.

Под действием перепада давления жидкости над и под гидромониторной насадкой 31, вызванного увеличением расхода жидкости при закачке, пружина 32 (фиг.2), прижатая полым винтом 33, сжимается и гидромониторная насадка 31 перемещается вниз, открывая боковое отверстие 11 кольцевого поршня 8.Under the influence of the differential pressure of the liquid above and below the hydraulic nozzle 31, caused by an increase in fluid flow during injection, the spring 32 (figure 2), pressed by the hollow screw 33, is compressed and the hydraulic nozzle 31 moves down, opening the side hole 11 of the annular piston 8.

Расход жидкости, достаточный для сжатия пружины 32, открытия бокового отверстия 11 и срабатывания стопорного механизма 23, определяют на стенде при сборке расширителя.A fluid flow sufficient to compress the spring 32, open the side hole 11 and activate the locking mechanism 23 is determined on the bench during assembly of the expander.

Под действием перепада давления, возникающего в гидромониторной насадке 31 и распространяющегося через боковое отверстие 11 кольцевого поршня 8, промывочная жидкость давит на гофрированную мембрану 20, установленную в гидрокамере 18 и прижатую к кольцевому поршню 8 кольцом 21 (это исключает попадание промывочной жидкости в гидрокамеру 18). Гофрированная мембрана 20 сжимается, масло 19 давит на дополнительный кольцевой поршень 24, перемещая его вниз, и воздействует на толкатель 25, также перемещая его вниз. При этом толкатель 25, воздействуя по касательной на кольцевые сегменты 27, перемещает их вдоль продольной оси расширителя внутрь углублений 29 кольцевого поршня 8, сжимая пружины 26, до полного выхода кольцевых сегментов 27 из пазов 28 цилиндра 16.Under the influence of the pressure drop that arises in the nozzle 31 and propagates through the lateral hole 11 of the annular piston 8, the flushing fluid presses on the corrugated membrane 20 installed in the hydraulic chamber 18 and pressed against the annular piston 8 by the ring 21 (this prevents the flushing fluid from entering the hydraulic chamber 18) . The corrugated membrane 20 is compressed, the oil 19 presses on the additional annular piston 24, moving it down, and acts on the plunger 25, also moving it down. In this case, the pusher 25, acting tangentially on the annular segments 27, moves them along the longitudinal axis of the expander into the recesses 29 of the annular piston 8, compressing the springs 26, until the annular segments 27 exit completely from the grooves 28 of the cylinder 16.

Выйдя из зацепления с кольцевым поршнем 8 (фиг.1), корпус 1 с цилиндром 16 под действием того же перепада давления перемещаются вверх до упора в полости 7 внутреннего кольцевого выступа 2 цилиндра 16 в нижний торец 36 байонетной втулки 35 кольцевого поршня 8.Having disengaged from the annular piston 8 (Fig. 1), the housing 1 with the cylinder 16 under the same pressure differential moves up to the stop in the cavity 7 of the inner annular protrusion 2 of the cylinder 16 into the lower end 36 of the bayonet sleeve 35 of the annular piston 8.

Одновременно фиксатор 34 воздействует на хвостовики 5 с шарошками 6, которые выводятся через радиальные отверстия 4 корпуса 1 в рабочее положение.At the same time, the latch 34 acts on the shanks 5 with cones 6, which are discharged through the radial holes 4 of the housing 1 to the working position.

Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.Further, by feeding the tool down, the well is expanded in a predetermined interval.

После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают, и расширитель поднимают из нее. При этом под действием собственного веса корпус 1 с цилиндром 16 перемещается вниз до упора своим верхним кольцевым выступом 17 в верхний упор 13 кольцевого поршня 8. Благодаря этому хвостовики 5 с выдвижными шарошками 6, перемещаясь вместе с корпусом 1 вниз, через радиальные отверстия 4 возвращаются в исходное положение внутрь корпуса 1.After completion of the expansion of the well, the injection of flushing fluid is stopped, and the expander is lifted from it. In this case, under the influence of its own weight, the housing 1 with the cylinder 16 moves down to the stop with its upper annular protrusion 17 into the upper stop 13 of the annular piston 8. Due to this, the shanks 5 with retractable cones 6, moving together with the housing 1 downward, return through the radial holes 4 to initial position inside the housing 1.

Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря прижатой гофрированной мембране стопорный механизм изолирован от попадания фракций бурового раствора, тем самым исключена возможность его заклинивания при работе с тяжелыми буровыми растворами. Кроме того, благодаря подпружиненной гидромониторной насадке появилась возможность проводить промежуточные промывки при малом расходе жидкости и устанавливать величину расхода, при которой будет срабатывать стопорный механизм и шарошки будут выходить в рабочее положение.The advantage of the proposed well expander is that thanks to the pressed corrugated membrane, the locking mechanism is isolated from ingress of drilling fluid fractions, thereby eliminating the possibility of jamming it when working with heavy drilling fluids. In addition, due to the spring-loaded hydraulic monitor nozzle, it became possible to carry out intermediate flushing at a low flow rate and set the flow rate at which the stop mechanism will operate and the cones will go into working position.

Claims

A well extender, including a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cones with shanks are installed, an annular piston with a side hole, upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill string connected to the housing and forming a hydraulic chamber with the annular piston, communicated by its side hole with the housing cavity, mounted in the annular piston with the possibility of interaction action with the shanks of the cones and the inner protrusion of the housing, the latch and the device for locking the cones in the idle position, containing an additional annular piston with a pusher located in the hydraulic chamber of the expander, while the annular piston is equipped with a hydraulic nozzle made in the form of a hollow sleeve with an upper streamlined end, which made of wear-resistant material, characterized in that the nozzle is inserted into the annular piston, blocking the side opening, with the possibility of limited downward movement and opening of the side hole, and the annular piston is equipped with a regulator below the hydromonitor nozzle, which is fixed longitudinally moving inside the annular piston, and a compression spring is mounted on the regulator from above, compressing the hydromonitor nozzle from below, while the additional piston is made in the form of a corrugated hydrometer against the side channel end sealed membrane filled with oil on the housing side and configured to move the pusher down with excess pressure from the side of the side opening.