RU2496962C1

RU2496962C1 - Well reamer

Info

Publication number: RU2496962C1
Application number: RU2012116084/03A
Authority: RU
Inventors: Нигаматьян Хамитович Хамитьянов; Фарит Фоатович Ахмадишин; Анатолий Вениаминович Киршин; Альберт Салаватович Ягафаров; Алексей Вячеславович Емельянов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: well reamer includes a housing with inclined slots on outer side and a stock arranged in it, a piston interacting with the stock, which has an annular shape and is arranged in a chamber formed with a stock outside wall and a housing inside wall, which are fixed on inclined slots of the housing and hinged by means of tie-rods to a piston of a lug with cutters on working surface, and a lower adapter with an internal converging channel, which is connected from below to the housing. The piston is equipped from below with a hollow bushing with side channels, below which inside the hollow bushing there is a constriction and a cylindrical outer surface that has the possibility of sliding interacting with the converging channel of lower adapter and with possibility of leaving the above convergent channel when the piston is moving relative to the housing. Lugs with rows of cutters are located uniformly along the perimetre of the housing and arranged with distance along the perimetre between lugs, which exceeds the width of lugs at least by two times, provides a gap between them, walls and of the well and the housing in working position for creation of liquid lifting speed, which is sufficient for carryover of slurry from those gaps and cooling of cutters.

EFFECT: invention allows increasing operational life owing to providing similar work load of cutters during a reaming process, improved resistance of vibration and stabilisation at destruction of mine rocks, improving quality of formation of the well shaft, and providing the liquid lifting speed, which is sufficient for cooling of cutters and carryover of slurry.

2 dwg

Description

Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.The proposal relates to drilling equipment in the oil and gas industry, in particular to devices for increasing the diameter of a well in a given interval.

Известен «Расширитель скважин» (патент RU №2172385, Е21В 7/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2001 г.), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные в наклонных пазах корпуса лапы с цапфами, на которых установлены шарошки с зубками, при этом лапы снабжены опорами, соединенными посредством тяг с поршнем и имеющими отверстия, в которых расположены свободные концы цапф лап, а поршень выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, причем зубки на каждой из шарошек размещены с различным шагом.The well-known "Expander wells" (patent RU No. 2172385, EV 7/28, publ. Bull. No. 23 from 08.20.2001), containing a housing with inclined grooves and a rod placed in it, a piston interacting with the rod, and fixed in inclined grooves of the paw body with trunnions on which the cones are mounted with teeth, while the legs are equipped with supports connected by rods to the piston and having holes in which the free ends of the trunnion paws are located, and the piston is annular and placed in the chamber formed by the outer wall of the rod and the inner wall of the housing, with than the teeth on each of the cones are placed with different steps.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважин» (патент на полезную модель RU №70921, Е21В 7/28, опубл. Бюл. №5 от 20.02.2008 г.), содержащий корпус с наклонными пазами снаружи и размещенным в нем штоком, взаимодействующий со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные шарнирно посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности, и нижний переводник с внутренним сужающимся каналом, соединенный снизу с корпусом, при этом поршень снизу оборудован полой втулкой с боковыми каналами, ниже которых внутри полой втулки выполнено сужение и цилиндрическая наружная поверхность, которая выполнена с возможностью скользящего взаимодействия с сужающимся каналом нижнего переводника и с возможностью выхода из этого сужающегося канала при перемещении поршня вверх относительно корпуса.The closest in technical essence and the achieved result is the “Expander wells” (patent for utility model RU No. 70921, ЕВВ 7/28, publ. Bull. No. 5 from 02/20/2008), containing a housing with inclined grooves on the outside and placed in it with a rod, a piston interacting with the rod, which is annular and placed in a chamber formed by the outer wall of the rod and the inner wall of the body, fixed in inclined grooves of the body and pivotally connected by means of rods to the piston of the paw with teeth on the working surface, and the lower sub with an inner tapering channel connected from the bottom to the housing, the piston at the bottom being equipped with a hollow sleeve with side channels, below which a narrowing and a cylindrical outer surface are made inside the hollow sleeve, which is made with the possibility of sliding interaction with the tapering channel of the lower sub and with the possibility of exiting this tapering channel when moving the piston up relative to the housing.

Недостатком данной конструкции является то, что плашки расположены равномерно по периметру корпуса расширителя, а ряды резцов - с переменным расстоянием. Вследствие этого происходит неравномерная загрузка резцов в процессе расширения ствола скважины, увеличивается вибрация инструмента, что приводит к преждевременному износу резцов, а также из-за неравномерного зазора между стенками скважины и корпусом не обеспечивается достаточная промывка, что влияет на охлаждение резцов и вынос породы разрушенной в процессе расширения.The disadvantage of this design is that the dies are located evenly around the perimeter of the casing of the expander, and the rows of cutters with a variable distance. As a result of this, uneven loading of the cutters during the expansion of the wellbore occurs, the vibration of the tool increases, which leads to premature wear of the cutters, and also due to the uneven clearance between the walls of the borehole and the casing, sufficient flushing is not provided, which affects the cooling of the cutters and the removal of rock destroyed in expansion process.

Технической задачей изобретения является создание надежной и долговечной конструкции расширителя, которая обеспечивает одинаковую загруженность резцов в процессе расширения, дает улучшенное сопротивление вибрации и стабилизацию при разрушении горных пород, качество формообразования ствола скважины, а также обеспечивает скорость подъема жидкости, достаточную для охлаждения резцов и выноса шлама.An object of the invention is the creation of a reliable and durable design of the expander, which provides the same utilization of the incisors during the expansion process, provides improved vibration resistance and stabilization during rock destruction, the quality of the formation of the wellbore, and also provides a rate of fluid rise sufficient to cool the incisors and the removal of sludge .

Техническая задача решается расширителем скважин, содержащим корпус с наклонными пазами снаружи и размещенным в нем штоком, взаимодействующий со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные шарнирно посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности, и нижний переводник с внутренним сужающимся каналом, соединенный снизу с корпусом, причем поршень снизу оборудован полой втулкой с боковыми каналами, ниже которых внутри полой втулки выполнено сужение и цилиндрическая наружная поверхность, которая выполнена с возможностью скользящего взаимодействия с сужающимся каналом нижнего переводника и с возможностью выхода из этого сужающегося канала при перемещении поршня вверх относительно корпуса.The technical problem is solved by a well expander, comprising a housing with inclined grooves outside and a rod located therein, a piston interacting with the rod, which is annular and placed in a chamber formed by the outer wall of the stem and the internal wall of the housing, fixed in inclined grooves of the housing and pivotally connected by rods with a piston of a paw with teeth on the working surface, and a lower sub with an inner tapering channel connected from below to the body, and the piston from the bottom is equipped with a hollow sleeve on the side channels and below which the inside of the hollow shank and the constriction formed cylindrical outer surface which is adapted to slidably interact with the tapered channel of the lower sub and the chance out of this tapered channel when the piston is moved upward relative to the housing.

Новым является то, что лапы с рядами резцов расположены равномерно по периметру корпуса и размещены с расстоянием по периметру между лапами, как минимум в два раза превосходящим ширину лап, обеспечивающим зазор между ними, стенками скважины и корпусом в рабочем положении для создания скорости подъема жидкости, достаточной для выноса шлама из этих зазоров и охлаждения зубков.What's new is that the paws with rows of incisors are located evenly around the perimeter of the body and are placed with a distance along the perimeter between the legs, at least twice the width of the paws, providing a gap between them, the walls of the well and the body in the working position to create the rate of fluid rise, sufficient to remove sludge from these gaps and cool the teeth.

На фиг.1 изображена конструкция расширителя скважин с частичным осевым разрезом.Figure 1 shows the design of the reamer wells with a partial axial section.

На фиг.2 показан вид А.Figure 2 shows a view A.

Расширитель скважин содержит корпус 1 (см. фиг.1) с наклонными пазами 2 и размещенным в нем штоком 3, взаимодействующий со штоком 3 поршень 4, который выполнен кольцевым и размещен в камере 5, образованной наружной стенкой штока 3 и внутренней стенкой корпуса 1, закрепленные в наклонных пазах 2 корпуса 1 (например, при помощи Т-образного паза) и соединенные посредством тяг 6 с поршнем 4 лапы 7 с резцами 8 на рабочей поверхности 9. Лапы 7 соединены с тягами при помощи шарниров 10. Снизу к корпусу 1 присоединен нижний переводник 11 с внутренним сужающимся каналом 12. Поршень 4 снизу оборудован полой втулкой 13 с боковыми каналами 14. Ниже боковых каналов 14 внутри полой втулки 13 выполнено сужение 15 и цилиндрическая наружная поверхность 16, которая выполнена с возможностью скользящего взаимодействия с сужающимся каналом 12 нижнего переводника 11 и с возможностью выхода из этого сужающегося канала 12 при перемещении поршня 4 вверх относительно корпуса 1. Лапы 7 с резцами 8 (см. фиг.2) расположены равномерно по периметру корпуса 1 и размещены с расстоянием по периметру между лапами 7, как минимум в два раза превосходящими ширину лап (L≥2H).The well expander comprises a housing 1 (see FIG. 1) with inclined grooves 2 and a rod 3 located therein, interacting with a rod 3 a piston 4, which is annular and placed in a chamber 5, formed by the outer wall of the rod 3 and the inner wall of the housing 1, fixed in the inclined grooves 2 of the housing 1 (for example, using a T-shaped groove) and connected by rods 6 to the piston 4 legs 7 with cutters 8 on the working surface 9. The legs 7 are connected to the rods by means of hinges 10. Bottom to the housing 1 is attached bottom sub 11 with inner tapering can Scrap 12. The piston 4 is equipped with a hollow sleeve 13 with side channels 14. The narrowing 15 and the cylindrical outer surface 16, which is made with the possibility of sliding interaction with the narrowing channel 12 of the lower sub 11 and with the possibility of exit this tapering channel 12 when moving the piston 4 upward relative to the housing 1. The legs 7 with cutters 8 (see figure 2) are evenly spaced around the perimeter of the housing 1 and placed at a distance of at least two times along the perimeter between the legs 7 ascending width clutches (L≥2H).

Расширитель работает следующим образом.The expander works as follows.

Корпус 1 при помощи верхней 17 и нижней 18 резьб соединяется соответственно с верхним 19 и нижним 11 переводниками скважинного оборудования (на черт, не показано). Шток 3 поджимают вниз пружиной 20 относительно верхнего переводника 19. После чего конструкцию в сборе в составе скважинного оборудования спускают в скважину (на черт, не показана) в интервал расширения (на чертеже не показан). Затем скважинному оборудованию придают вращательное движение, прокачивая по его внутренней полости буровой раствор. Благодаря сужению 15 полой втулки 13 через боковые каналы 14 в камере 5 снизу поршня 4 создается повышенное давление, которое перемещает вверх поршень 4, а вместе с ним шток 3, сжимая пружину 20, и тяги 6 с лапами 7. Лапы 7, перемещаясь по наклонным пазам 2, расходятся благодаря шарнирному соединению 10 с тягами 6 от центра корпуса 1 до соприкосновения лап 7 со стенками скважины (на фиг. не показано). При этом резцы 8, зафиксированные на рабочей поверхности 9 лап 7, врезаясь в стенки скважины, производят ее расширение. При достижении максимального вылета лап 7 в радиальном от корпуса 1 направлении наружная поверхность 16 полой втулки 13 выйдет из взаимодействия с сужающимся каналом 12 нижнего переводника 11 (см. фиг.1). В результате при том же расходе жидкости давление внутри камеры 5 и на поверхности скважины (регистрируемое манометром, не показан) снизится, так как перепад давлений в расширителе определяется не за счет разностей внутренних диаметров штока 3 и сужения 15 полой втулки 13, а за счет разностей внутренних диаметров штока 3 и сужающегося канала 12 нижнего переводника 11 (так как жидкость дополнительно проходит через боковые каналы 14 полой втулки 13). После падения давления (определяемого манометром) скважинному оборудованию придают дополнительное продольное перемещение вниз. При этом резцы 8, зафиксированные на рабочей поверхности 9 лап 7, производят расширение скважины на всем необходимом интервале. В результате того, что лапы 7 (см. фиг.2) с рядами резцов 8 расположены равномерно по периметру корпуса 1, обеспечивается их одинаковая загруженность в процессе расширения ствола скважины, каждый ряд резцов разрушает одинаковое количество породы за единицу времени. Кроме этого, равномерное размещение лап 7 с рядами резцов 8 по периметру корпуса 1 улучшает центрацию в процессе работы инструмента, что значительно снижает вибрации и увеличивает ресурс работы резцов. Лапы 7 с резцами 8 размещены с расстоянием по периметру между лапами 7, как минимум в два раза превосходящим ширину лап (L≥2H), что обеспечивает достаточную скорость потока жидкости, необходимую для охлаждения резцов и выноса шлама через эти зазоры.The housing 1 using the upper 17 and lower 18 threads is connected, respectively, with the upper 19 and lower 11 subs of downhole equipment (to hell, not shown). The rod 3 is pressed down by a spring 20 relative to the upper sub 19. After which the complete assembly as part of the downhole equipment is lowered into the well (to hell, not shown) in the expansion interval (not shown). Then the downhole equipment is given a rotational movement, pumping drilling fluid through its internal cavity. Due to the narrowing 15 of the hollow sleeve 13 through the side channels 14 in the chamber 5 from the bottom of the piston 4, an increased pressure is created that moves the piston 4 up, and with it the rod 3, compressing the spring 20, and the rod 6 with the legs 7. Feet 7, moving on inclined grooves 2, diverge due to the hinge 10 with rods 6 from the center of the housing 1 until the paws 7 are in contact with the walls of the well (not shown in Fig.). In this case, the cutters 8, fixed on the working surface 9 of the legs 7, crashing into the walls of the well, produce its expansion. Upon reaching the maximum departure of the paws 7 in a direction radial from the housing 1, the outer surface 16 of the hollow sleeve 13 will come out of interaction with the tapering channel 12 of the lower sub 11 (see Fig. 1). As a result, at the same fluid flow rate, the pressure inside the chamber 5 and on the well surface (recorded by a pressure gauge, not shown) will decrease, since the pressure drop in the expander is determined not due to the differences in the internal diameters of the rod 3 and the narrowing 15 of the hollow sleeve 13, but due to the differences the inner diameters of the rod 3 and the tapering channel 12 of the lower sub 11 (since the liquid additionally passes through the side channels 14 of the hollow sleeve 13). After the pressure drop (determined by the pressure gauge), the downhole equipment is given an additional longitudinal downward movement. In this case, the cutters 8, fixed on the working surface 9 of the legs 7, produce the expansion of the well at all the necessary interval. As a result of the fact that the paws 7 (see Fig. 2) with the rows of cutters 8 are evenly distributed around the perimeter of the body 1, they are equally loaded in the process of expanding the wellbore, each row of cutters destroys the same amount of rock per unit time. In addition, the uniform placement of the paws 7 with the rows of cutters 8 along the perimeter of the housing 1 improves centering during the operation of the tool, which significantly reduces vibration and increases the life of the cutters. Paws 7 with cutters 8 are placed with a perimeter distance between paws 7 of at least twice the width of the paws (L≥2H), which provides a sufficient fluid flow rate necessary for cooling the cutters and the removal of sludge through these gaps.

По завершении работы продольную подачу, вращение скважинного оборудования и подачу жидкости через него прекращают. В результате под действием пружины 20 (см. фиг.1) шток 3 с поршнем 4, тягами 6 и лапами 7 перемещаются вниз. В результате расширитель скважин возвращается в исходное (транспортное) положение и извлекается из скважины.Upon completion of the work, the longitudinal flow, rotation of the downhole equipment and the flow of fluid through it are stopped. As a result, under the action of the spring 20 (see figure 1), the rod 3 with the piston 4, rods 6 and paws 7 are moved down. As a result, the well expander returns to its original (transport) position and is removed from the well.

Применение предлагаемой конструкции расширителя скважин позволяет значительно увеличить его ресурс работы за счет обеспечения одинаковой загруженности резцов в процессе расширения, улучшенного сопротивления вибрации и стабилизации при разрушении горных пород, улучшить качество формообразования ствола скважины, а также обеспечить скорость подъема жидкости, достаточную для охлаждения резцов и выноса шлама.The application of the proposed design of the well expander can significantly increase its service life by ensuring equal utilization of the cutters during the expansion process, improved vibration resistance and stabilization during rock destruction, to improve the quality of the formation of the wellbore, as well as to ensure the rate of liquid rise sufficient to cool the cutters and removal sludge.

Claims

A well expander comprising a housing with inclined grooves outside and a rod located therein, a piston interacting with the rod, which is annular and placed in a chamber formed by the outer wall of the stem and the internal wall of the housing, fixed in inclined grooves of the housing and pivotally connected by means of rods to the piston paws with incisors on the working surface and a lower sub with an inner tapering channel connected from below to the housing, the piston from the bottom equipped with a hollow sleeve with side channels below which the inside and a hollow sleeve is made narrowing and a cylindrical outer surface, which is made with the possibility of sliding interaction with the tapering channel of the lower sub and with the possibility of exiting this tapering channel when moving the piston up relative to the body, characterized in that the legs with rows of cutters are evenly spaced around the perimeter of the body and placed with a distance along the perimeter between the legs, at least twice the width of the legs, providing a gap between them, the walls of the well and the body in the working application to create a rate of fluid rise sufficient to remove the sludge from these gaps and cool the cutters.