RU2542057C1

RU2542057C1 - Blade underreamer

Info

Publication number: RU2542057C1
Application number: RU2014106720/03A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Алексеевич Копылов; Наталья Григорьевна Фёдорова
Original assignee: Геннадий Алексеевич Копылов; Наталья Григорьевна Фёдорова
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-02-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: blade underreamer includes a body of cylindrical form and rock destruction tool made as blade symmetrical in all directions, wider in the central part and narrowing gradually to ends. The blade end parts are separated from the main middle part by springing inserts, for example, by plates perpendicular to the blade rotation axis. At that the blade end parts are made as a half of ellipsoid of rotation with embedment of cutter elements, in particular, single-point diamonds along its whole surface. The blade is made so that it can be rotated in vertical plane at horizontal pin penetrating the body and blade in their middle. The body has two diametrical openings shaped to lengthwise cavities in width equal to the biggest thickness of the blade in retractable part. One opening is higher than the second one; it allows burial of one half of the blade inside the body through the lower opening and in the other part of the blade through the upper opening in transport position. When the blade is retracted fully into operating position through openings it is placed perpendicular to longitudinal axis of the body. At that blade the bottom part of the blade medium top part is placed on upper opening lower surface while blade top part upper surface thrusts against bottom opening upper surface thus locking the blade in operating position. The top part of the body has a groove with thread made at its conical lateral side for the purpose of its connection to the pipe string. Below this thread, through groove bottom inside the body there is a cylindrical stepped channel placed in parallel to longitudinal axis of the body and offset in regard to this axis, in wide top part of it there is a piston (12) closed from the top by cover with two openings: small feedthrough opening and large opening connected to return valve at the cover top. The piston is made as integrated unit with pusher passing through narrow lower part of the channel and having a groove contacting the blade top part at free end, bottom surface of the groove is made as an arc. Cylindrical bore shifted relative to body lengthwise axis is arranged nearby said stepped channel, in parallel to it, to feed flushing fluid to processing zone.

EFFECT: improved productivity of well reaming, improved reliability of the equipment and its maintainability, increased reaming size of the well.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для расширения скважин в расчетном интервале.The invention relates to the field of oil and gas industry and can be used to expand wells in the estimated interval.

Известен скважинный расширитель, содержащий породоразрушающий орган, с размещенным внутри турбинным приводом и механизмом поворота этого органа [1]. Механизм поворота породоразрушающего органа выполнен в виде зубчатой рейки, скрепленной с поршнем гидравлической пары, цилиндр которой связан с колонной бурильных труб, и зубчатого сектора, связанного с валом турбинного привода и взаимодействующего с зубчатой рейкой.Known borehole extender containing rock cutting body, placed inside the turbine drive and the rotation mechanism of this body [1]. The mechanism of rotation of the rock cutting body is made in the form of a gear rack fastened to the piston of a hydraulic pair, the cylinder of which is connected to the drill pipe string, and a gear sector connected to the turbine drive shaft and interacting with the gear rack.

Недостатками этого устройства являются ненадежность конструкции и неэффективность ее работы. Это обусловлено следующими причинами:The disadvantages of this device are the unreliability of the design and the inefficiency of its work. This is due to the following reasons:

- конструкцией расширителя не предусмотрено огибание твердых включений, т.к. промывочная жидкость постоянно воздействует на зубчатую передачу, а обратный ход последней возможен, но с приложением большого усилия, приводящего к поломке расширителя;- the design of the expander does not provide for enveloping solid inclusions, because flushing fluid constantly acts on the gear train, and the reverse stroke of the latter is possible, but with the application of great effort, leading to breakdown of the expander;

- конструкцией расширителя не предусмотрена защита зубчатой передачи от посторонних включений (разбуриваемой породы), что может привести к поломке устройства;- the design of the expander does not provide for the protection of the gear transmission from foreign inclusions (drilled rock), which can lead to damage to the device;

- осуществляется механическое разрушение породы без очистки (промывки) забоя, что приводит к заклиниванию инструмента.- mechanical destruction of the rock is carried out without cleaning (washing) the face, which leads to jamming of the tool.

Известен скважинный гидромониторный расширитель, содержащий корпус, породоразрушающую лопасть, прикрепленную к боковой поверхности корпуса, полый приводной вал, размещенный в корпусе и соединенный как с буровой колонной, так и с корпусом, с возможностью ограниченного осевого перемещения и подпружинивания, а также три гидромониторные насадки, сообщенные посредством промывочных каналов, с полостью буровой колонны [2]. При этом вторая насадка расположена на боковой поверхности лопасти, а третья - на боковой поверхности корпуса со смещением по вертикали относительно первой насадки с возможностью гидравлического сообщения полости буровой колонны с насадками корпуса при крайних положениях приводного вала относительно корпуса и с насадкой лопасти - при среднем положении вала.A well-known hydraulic monitor extender comprising a housing, a rock cutting blade attached to a side surface of the housing, a hollow drive shaft located in the housing and connected to both the drill string and the housing with the possibility of limited axial movement and springing, as well as three hydraulic monitor nozzles, communicated through flushing channels with the cavity of the drill string [2]. In this case, the second nozzle is located on the side surface of the blade, and the third on the side surface of the housing with a vertical offset relative to the first nozzle with the possibility of hydraulic communication of the cavity of the drill string with the nozzles of the housing at extreme positions of the drive shaft relative to the housing and with the nozzle of the blade in the middle position of the shaft .

- наличие открытых пружин в конструкции расширителя может привести к заклиниванию последних разбуриваемой породой и, как следствие, к невозможности осевого перемещения корпуса относительно вала;- the presence of open springs in the design of the expander can lead to jamming of the latter with the drilled rock and, as a result, to the impossibility of axial movement of the housing relative to the shaft;

- отсутствие в конструкции расширителя поворотного механизма приводит к невозможности создания каверны запланированного размера, а лишь только делает это на величину прогиба бурильных труб, ограниченного стенкой скважины;- the lack of a swivel mechanism in the expander design makes it impossible to create a cavity of the planned size, but only does this by the amount of deflection of the drill pipe bounded by the borehole wall;

- породоразрушающая лопасть не всегда прижата к стенке скважины из-за непостоянства действия отклоняющей силы;- rock cutting blade is not always pressed against the wall of the well due to the inconsistency of the deflecting force;

- конструкция расширителя обеспечивает малый гидромониторный эффект, т.к. насадка на лопасти расположена с обратной стороны вращения.- the design of the expander provides a small hydromonitor effect, because the nozzle on the blades is located on the reverse side of the rotation.

Известен расширитель раздвижной РР-138-280-1 «БУРИНТЕХ» [3], состоящий из корпуса цилиндрической формы, трех лопастей с породоразрушающими элементами на внешнем конце и зубчатого хвостовика - на другом конце, закрепленных в корпусе, на равном расстоянии друг от друга по окружности, с помощью цилиндрических пальцев; толкателя цилиндрической формы с зубчатым наконечником и продольным отверстием по центру, пружины, поршня, крышки, штока, двух центраторов, переводника. При подаче промывочной жидкости под давлением поршень перемещается вместе с толкателем, который, за счет наличия зубчатых наконечника и хвостовиков у лопастей, выдвигает последние из корпуса в рабочее положение, сжимая пружину. При вращении бурильной колонны начинают вращаться и лопасти, расширяя диаметр скважины.Known extender extender PP-138-280-1 "Burintech" [3], consisting of a cylindrical body, three blades with rock cutting elements at the outer end and a gear shank - at the other end, fixed in the housing, at an equal distance from each other circles using cylindrical fingers; a cylindrical pusher with a serrated tip and a longitudinal hole in the center, a spring, a piston, a cover, a rod, two centralizers, an adapter. When a flushing fluid is supplied under pressure, the piston moves together with the pusher, which, due to the presence of a serrated tip and shanks at the blades, pushes the latter out of the housing into working position, compressing the spring. When the drill string rotates, the blades begin to rotate, expanding the diameter of the well.

Недостатком этого расширителя является то, что изгибающий момент, действующий на лопасти при их работе, компенсируется моментом от реакций опор, имеющем малое плечо, что вызывает смятие материала опоры при больших осевых нагрузках. Учитывая это, величина расширения диаметра скважины оказывается небольшой.The disadvantage of this extender is that the bending moment acting on the blades during their operation is compensated by the moment from the reactions of supports having a small shoulder, which causes crushing of the support material at high axial loads. Given this, the magnitude of the expansion of the borehole diameter is small.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является гидравлический расширитель [4], включающий корпус, поршень, пружину, тягу и шарнирно закрепленный рабочий орган, который выполнен в виде асимметричной лопасти, закрепленной на горизонтальной оси, причем режущая кромка длинной ее части расположена выше режущей кромки короткой части.The closest in technical essence to the claimed device is a hydraulic expander [4], including a housing, piston, spring, rod and articulated working body, which is made in the form of an asymmetric blade mounted on a horizontal axis, and the cutting edge of its long part is located above the cutting edges of the short part.

Недостатком этого расширителя является то, что из-за асимметричной лопасти и ее расположения в рабочем положении, когда режущие кромки на длинной и короткой частях располагаются на разных высотах по длине корпуса, происходит смещение от оси вращения места, где изгибающий момент, действующий на лопасть, равен нулю, что требует усиливать вал оси вращения и саму лопасть в месте отверстия под этот вал. Кроме того, появляется крутящий момент относительно продольной оси лопасти, что является дополнительной нагрузкой и также требует усиливать лопасть. Эти дополнительные нагрузки увеличивают массу устройства. Также следует отметить плохую ремонтопригодность данного расширителя, а именно, т.к. вал оси вращения вставлен в глухое отверстие, то при необходимости замены лопасти при ее износе, вынуть вал из его гнезда и освободить лопасть будет достаточно трудно.The disadvantage of this expander is that due to the asymmetric blade and its location in the working position, when the cutting edges on the long and short parts are located at different heights along the length of the body, there is a shift from the axis of rotation of the place where the bending moment acting on the blade, is zero, which requires reinforcing the shaft of the axis of rotation and the blade itself in place of the hole for this shaft. In addition, there is a torque relative to the longitudinal axis of the blade, which is an additional load and also requires reinforcing the blade. These additional loads increase the mass of the device. It should also be noted the poor maintainability of this expander, namely, because the axis of rotation is inserted into the blind hole, then if it is necessary to replace the blade when it is worn, it will be quite difficult to remove the shaft from its seat and release the blade.

Целью изобретения является повышение надежности работы скважинного расширителя, уменьшение его массы, расширение его возможностей по увеличению диаметра расширения скважины, обеспечение ремонтопригодности.The aim of the invention is to increase the reliability of the downhole expander, reducing its weight, expanding its capabilities to increase the diameter of the expansion of the well, ensuring maintainability.

Сущность изобретения заключается в том, что породоразрушающий инструмент сделан в виде симметричной, во всех направлениях, лопасти, более широкой - в центральной части, и постепенно сужающейся - к концам, причем концевые части лопасти отделены от основной, средней, части пружинящими вставками, например пластинами, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси вращения лопасти, при этом концевые части лопасти изготовлены в виде половины эллипсоида вращения, имеющими вкрапления режущих элементов, в частности алмазных зерен, по всей его поверхности, и лопасть выполнена с возможностью вращения в вертикальной плоскости на горизонтальном пальце, пронизывающем корпус и лопасть в их середине, причем корпус имеет два диаметрально расположенных окна в виде боковой продольной проточки шириной, равной наибольшей толщине лопасти в выдвигаемой части, и одно окно расположено выше другого так, что позволяет одной половине лопасти быть утопленной внутрь корпуса через нижнее окно, а второй части лопасти - через верхнее окно в транспортном положении, и при полном выдвижении лопасти в рабочее положение через окна она расположена перпендикулярно продольной оси корпуса, при этом нижняя поверхность средней верхней части лопасти уложена на нижнюю поверхность верхнего окна, а верхняя поверхность средней нижней части лопасти уперта в верхнюю поверхность нижнего окна, чем лопасть фиксируется в рабочем положении; кроме того, верхняя часть корпуса имеет выемку, на конической боковой поверхности которой выполнена резьба, для соединения с колонной труб, а ниже этой резьбы, через дно выемки внутри корпуса, выполнен цилиндрический ступенчатый канал параллельно продольной оси корпуса расширителя и смещенный относительно этой оси, в широкой верхней части которого размещен поршень, закрываемый сверху поршневой крышкой с двумя отверстиями: малым сквозным и большим, соединенным с обратным клапаном наверху крышки, причем поршень изготовлен заодно с толкателем, проходящим через узкую нижнюю часть канала и имеющим на свободном торце, соприкасающемся с верхней поверхностью лопасти, углубление, поверхность дна которого выполнена в виде дуги, а рядом со ступенчатым отверстием, параллельно ему, расположено цилиндрическое отверстие, также смещенное относительно продольной оси корпуса и предназначенное для подачи промывочной жидкости в зону обработки; между лопастью, ниже ее оси вращения, и корпусом закреплена пружина, для возвращения лопасти в транспортное положение.The essence of the invention lies in the fact that the rock cutting tool is made in the form of a blade symmetrical in all directions, the blade is wider in the central part, and gradually tapering to the ends, and the end parts of the blade are separated from the main, middle, parts by spring inserts, for example plates located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the blade, while the end parts of the blade are made in the form of half an ellipsoid of revolution having interspersed cutting elements, in particular diamond grains, throughout the surface and the blade is made to rotate in a vertical plane on a horizontal finger penetrating the body and the blade in their middle, and the body has two diametrically arranged windows in the form of a lateral longitudinal groove with a width equal to the largest thickness of the blade in the extendable part, and one window is located above the other so that allows one half of the blade to be recessed into the housing through the lower window, and the second part of the blade through the upper window in the transport position, and when the blade is fully extended in p The working position through the windows is perpendicular to the longitudinal axis of the housing, while the lower surface of the middle upper part of the blade is laid on the lower surface of the upper window, and the upper surface of the middle lower part of the blade rests on the upper surface of the lower window, which fixes the blade in the working position; in addition, the upper part of the housing has a recess, on the conical side surface of which a thread is made for connection with a pipe string, and below this thread, through the bottom of the recess inside the body, a cylindrical stepped channel is made parallel to the longitudinal axis of the expander body and offset relative to this axis, in the wide top of which there is a piston that is closed on top by a piston cap with two holes: small through and large, connected to a non-return valve at the top of the cap, and the piston is integral with the push oil passing through the narrow lower part of the channel and having on its free end in contact with the upper surface of the blade, a recess, the bottom surface of which is made in the form of an arc, and next to the step hole, parallel to it, there is a cylindrical hole, also offset relative to the longitudinal axis of the body and designed to supply flushing fluid to the treatment area; between the blade, below its axis of rotation, and the body, a spring is fixed to return the blade to the transport position.

Лопасть расширителя может находиться как в крайних - убранном и выпущенном, положениях, так и в промежуточном - между этими, положении. Установка лопасти в требуемое положение определяется давлением промывочной жидкости, от которого зависит величина выдвижения толкателя. При вращении колонны труб начинает вращаться корпус расширителя и, вместе с ним, лопасть, обеспечивая снятие грунта с боковой поверхности скважины, расширяя ее поперечный размер: чем на большую величину выдвинута лопасть, тем большее расширение скважины будет осуществляться.The expander blade can be located both in the extreme - retracted and released, positions, and in the intermediate - between these, positions. The installation of the blade in the required position is determined by the pressure of the washing liquid, on which the size of the extension of the pusher depends. When the pipe string rotates, the expander body begins to rotate and, together with it, the blade, providing soil removal from the side surface of the well, expanding its transverse size: the larger the blade is extended, the greater the expansion of the well will be.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что предложенное устройство отличается от прототипа конструкцией породоразрушающего инструмента, выполненного в виде лопасти, симметричной во всех направлениях, а не асимметричной, что позволяет нагрузкам с обеих частей лопасти уравновешивать друг друга, чего нет в прототипе, и увеличить его продольные размеры, и тем самым увеличить размер расширения скважины и уменьшить массу расширителя. Также концевые части лопасти выполнены в виде половинки эллипсоида вращения, а режущие элементы, например алмазные зерна, вкраплены по всей его поверхности. Эти же части лопасти отделены от основной, средней, части пружинящими вставками, в частности пластинами. Кроме того, выдвижение инструмента в рабочее положение осуществляется прямым контактом толкателя и лопасти и их взаимным скольжением, что уменьшает износ трущихся поверхностей и позволяет увеличить срок эксплуатации выдвижного узла. Наличие отверстия небольшого диаметра в поршневой крышке дает возможность плавно, без резкого нагружения, осуществлять движение лопасти. Ремонтопригодность предлагаемого расширителя также выше из-за сквозного (а не глухого) отверстия для пальца вращения, что позволяет легко выбить последний из гнезда при замене изношенной лопасти, чего нельзя сказать про прототип. В предлагаемом расширителе предусмотрено его центрирование при работе, а у прототипа этого нет. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна».Comparative analysis allows us to conclude that the proposed device differs from the prototype in the design of the rock cutting tool, made in the form of a blade, symmetrical in all directions, and not asymmetric, which allows the loads from both parts of the blade to balance each other, which is not in the prototype, and increase its longitudinal dimensions, and thereby increase the size of the expansion of the well and reduce the mass of the expander. Also, the end parts of the blade are made in the form of a half of an ellipsoid of revolution, and cutting elements, such as diamond grains, are interspersed over its entire surface. The same parts of the blade are separated from the main, middle, parts by spring inserts, in particular plates. In addition, the extension of the tool to the working position is carried out by direct contact of the pusher and the blade and their mutual sliding, which reduces the wear of rubbing surfaces and allows to extend the life of the retractable assembly. The presence of a small diameter hole in the piston cover makes it possible to smoothly move the blade without sharp loading. The maintainability of the proposed expander is also higher due to the through (rather than deaf) hole for the finger of rotation, which makes it easy to knock the last out of the socket when replacing a worn blade, which cannot be said about the prototype. The proposed expander provides for its centering during operation, but the prototype does not. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».Analysis of the known technical solutions (analogues) in the studied area allows us to conclude that there are no signs in them that are similar to the essential distinguishing features in the claimed device, and to recognize it as meeting the criterion of "significant differences".

Применение всех новых признаков позволяет существенно уменьшить нагрузки на элементы расширителя, в частности на палец вращения лопасти и на лопасть, в сечении расположения отверстия под палец, и тем самым увеличить производительность процесса расширения скважины и диаметр ее расширения, за счет увеличения размера породоразрушающего инструмента: чем длиннее лопасть, тем больше расширенный диаметр скважины. А удлинять лопасть позволяет способ ее крепления на корпусе, снижающий величину действующих на нее нагрузок. Конструкция лопасти, когда концевые части выполнены в виде половинки эллипсоида вращения, на всей (а не на части) поверхности которых вкраплены режущие элементы, позволяет нагружать эти поверхности равномерно распределенной нагрузкой от разрушаемого грунта, что исключает сосредоточенные нагрузки и их величину. А наличие пружинящих вставок между средней частью лопасти и ее концевыми частями позволяет этим породоразрушающим частям отклоняться от траектории движения, при встрече с твердыми включениями, и не ломаться.The use of all the new features can significantly reduce the load on the elements of the expander, in particular on the finger of rotation of the blade and on the blade, in the cross section of the location of the hole under the finger, and thereby increase the productivity of the process of expansion of the well and the diameter of its expansion, due to the increase in the size of the rock cutting tool: the longer the blade, the larger the extended borehole diameter. And the blade can be lengthened by the method of its fastening on the body, which reduces the magnitude of the loads acting on it. The blade design, when the end parts are made in the form of a half of an ellipsoid of revolution, on the entire (and not part) surfaces of which the cutting elements are interspersed, allows these surfaces to be loaded with an evenly distributed load from the destructible soil, which eliminates concentrated loads and their size. And the presence of spring inserts between the middle part of the blade and its end parts allows these rock-destroying parts to deviate from the trajectory, when meeting with solid inclusions, and not break.

На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого расширителя, на фиг.2 - крепление лопасти в нем, разрез «А-А» на фиг.1, фиг.3 - разрез лопасти по плоскости А-А на фиг.1, на фиг.4 и 5 представлены эпюры нагрузок на рабочий инструмент соответственно в прототипе и в предлагаемом расширителе.Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed expander, figure 2 - mounting the blades in it, the section "aa" in figure 1, figure 3 - section of the blade along the plane aa in figure 1, in fig. 4 and 5 are plots of the loads on the working tool, respectively, in the prototype and in the proposed expander.

Расширитель раздвижной состоит из корпуса 1 цилиндрической формы, внутри которого, с помощью пальца 19, закрепляется инструмент-лопасть 17, имеющая в поперечном сечении разную площадь: в центральной части большая площадь, а к концам лопасти площадь плавно уменьшается. Концевые части лопасти 27 выполнены в форме половинок эллипсоидов вращения, и вся их поверхность покрыта породоразрушающими вкраплениями 15, например алмазными зернами. Сами же концевые части соединены с основной, средней, частью с помощью вставок 29, в частности пружинящих пластинок, которые образуют зазор 25 между концевыми частями и центральной частью лопасти, равный «с», фиг.3. Пластинки к лопасти крепятся жестко, например с помощью заклепок 26. Палец 19 пронизывает корпус 1 по его диаметрально противоположным стенкам, не давая лопасти 17 перемещаться вертикально. В корпусе расширителя, диаметрально противоположно, выполнены продольные окна 24 и 18, через которые инструмент-лопасть может выдвигаться из корпуса в рабочее положение. Ширина окон равна толщине «Т» лопасти (фиг.2, вид «А-А»). В верхней части корпуса, по боковой конической стенке выемки, выполнена резьба 2, с помощью которой расширитель подсоединяется к колонне труб, осуществляющих вращательное движение и обеспечивающих, по внутренней полости, подачу к расширителю промывочной жидкости. В верхней части корпус расширителя выполнен цельным, но имеющим два несимметричных (смещенных относительно продольной оси корпуса) отверстия: одно, ступенчатое, цилиндрическое, выполнено параллельно продольной оси корпуса расширителя и служит для расположения в нем (в широкой его части) поршня 12 с уплотнениями 11, который изготовлен заодно с толкателем 13 цилиндрической формы, имеющим возможность перемещаться по узкой полости с уплотнениями 14. Торцевой частью 12 толкатель касается верхней поверхности верхней части лопасти, которая выполнена углублением 16 в виде скобы, ширина которой равна толщине лопасти «Т», фиг.2. А поверхность дна углубления представляет собой дугу, для лучшего скольжения по поверхности лопасти при ее выдвижении и уборке. Сверху ступенчатое отверстие закрывается поршневой крышкой 9 на резьбе, в которой выполнены два отверстия: отверстие малого диаметра 4 и отверстие большего диаметра 10, соединенное с обратным клапаном 5. Этот обратный клапан имеет полый регулировочный винт 6, ввернутый в отверстие 10, и пружину 7, обеспечивающую открытие клапана при определенном давлении в надпоршневой полости. В крышке имеются гнезда 8 для ключа. Поршень 12 имеет снизу коническую форму, чтобы не появилось противодавление на поршень снизу, в случае появления жидкости под давлением под поршнем. Другое отверстие 28 выполнено параллельно ступенчатому отверстию в верхней части корпуса и предназначено для подачи промывочной жидкости в зону обработки через полость расположения лопасти. Это отверстие также смещено относительно продольной оси корпуса. Для уборки лопасти внутрь корпуса расширителя служит пружина 20, которая одним концом закреплена на внутренней поверхности корпуса расширителя, а вторым концом - на нижней поверхности нижней части лопасти, ниже ее оси вращения. С нижнего торца корпус расширителя закрывается крышкой 22 на резьбе. Крышка снизу имеет конусную часть 23 для облегчения перемещения расширителя в вертикальном направлении. Сверху и снизу корпуса расположены центраторы 3 и 21.The expanding extender consists of a cylindrical body 1, inside of which, with the help of a finger 19, a tool-blade 17 is fixed, having a different cross-sectional area: in the central part there is a large area, and the area gradually decreases towards the ends of the blade. The end parts of the blade 27 are made in the form of halves of ellipsoids of revolution, and their entire surface is covered with rock-cutting inclusions 15, for example, diamond grains. The end parts themselves are connected to the main, middle, part by means of inserts 29, in particular spring plates, which form a gap 25 between the end parts and the central part of the blade, equal to “c”, Fig.3. The plates to the blades are fixed rigidly, for example using rivets 26. The finger 19 penetrates the housing 1 along its diametrically opposite walls, preventing the blades 17 from moving vertically. In the casing of the expander, diametrically opposite, longitudinal windows 24 and 18 are made, through which the blade tool can be extended from the casing to the working position. The width of the windows is equal to the thickness "T" of the blade (figure 2, view "aa"). In the upper part of the housing, along the conical side wall of the recess, a thread 2 is made, with the help of which the expander is connected to the pipe string, performing rotational movement and providing, through the internal cavity, the supply of washing liquid to the expander. In the upper part of the expander case is made integral, but having two asymmetric (displaced relative to the longitudinal axis of the case) openings: one, step, cylindrical, made parallel to the longitudinal axis of the expander case and serves to locate the piston 12 with seals 11 in it (in its wide part) , which is made integral with the pusher 13 of a cylindrical shape, having the ability to move along a narrow cavity with seals 14. The end part 12 of the pusher touches the upper surface of the upper part of the blade, which is made on the recess 16 in the form of a bracket, the width of which is equal to the thickness of the blade "T", Fig.2. And the bottom surface of the recess is an arc, for better sliding on the surface of the blade during its extension and cleaning. The step hole is closed from above by a piston cap 9 on the thread, in which two holes are made: a hole of small diameter 4 and a hole of larger diameter 10 connected to a check valve 5. This check valve has a hollow adjustment screw 6 screwed into the hole 10 and a spring 7, providing opening of the valve at a certain pressure in the supra-piston cavity. There are 8 key slots in the cover. The piston 12 has a bottom conical shape, so that there is no back pressure on the piston from the bottom, in the event of the appearance of liquid under pressure under the piston. Another hole 28 is parallel to the stepped hole in the upper part of the housing and is designed to supply flushing fluid to the treatment area through the cavity of the blade. This hole is also offset relative to the longitudinal axis of the housing. For cleaning the blade inside the expander body, a spring 20 is used, which is fixed at one end on the inner surface of the expander body, and the other end on the lower surface of the lower part of the blade, below its axis of rotation. From the bottom end of the casing of the expander is closed by a cover 22 on the thread. The bottom cover has a conical portion 23 to facilitate the movement of the expander in the vertical direction. Above and below the housing are centralizers 3 and 21.

Расширитель раздвижной однолопастной работает следующим образом. Расширитель, закрепленный, с помощью резьбы 2, на торце колонны труб, опускается вместе с ними на заданную глубину, где требуется расширить размеры скважины. Лопасть 17 пружиной 20 убрана внутрь корпуса, как показано на фиг.1. Поршень 12 с толкателем 13 находятся в верхнем положении, куда их переместило усилие пружины 20, через верхнюю часть лопасти и торец толкателя 16. Промывочная жидкость не подается. После опускания колонны на заданную глубину начинается вращение колонны, что заставляет вместе с ней вращаться и расширитель вокруг своей продольной оси. Одновременно начинает подаваться промывочная жидкость по внутренней полости труб колонны, но при малом давлении. При этом давлении промывочная жидкость поступает по отверстию 28 в полость расположения лопасти 17 и далее, через окна 24 и 18, в зону обработки стенки скважины. Параллельно, через отверстие 4 жидкость поступает в надпоршневую полость и своим давлением воздействует на его верхний торец, создавая определенное усилие. Этого усилия достаточно для преодоления усилия пружины и перемещения толкателя 13 вниз. При этом толкатель, воздействуя поверхностью углубления 16 на лопасть 17, заставляет последнюю поворачиваться на пальце 19 вокруг своей оси. При этом повороте концы лопасти начинают выдвигаться из корпуса на какую-то небольшую величину и обрабатывают боковую поверхность скважины. Давление жидкости на поверхности, после нагнетательных насосов, увеличивают на небольшую величину, что заставит выдвинуться еще лопасти и еще врезаться в породу на определенную величину. И так, постепенно увеличивая давление промывочной жидкости от минимального до максимального, обеспечивается постепенная величина выдвижения лопасти от нулевого значения до максимального, когда продольная ось лопасти займет перпендикулярное продольной оси расширителя положение. Тогда расширение скважины будет максимальным и составлять величину Д_макс., см. фиг.1. Также постепенно лопасть врежется на глубину Д_макс. в стенку скважины, т.к. расширитель в этот период вращался. В случае появления твердых включений при расширении скважины, лопасть своими концевыми частями касается их, усилие со стороны этих включений увеличивается, и пружинящие вставки 29 прогибаются, давая возможность концам лопасти проскользнуть по поверхности этих включений, не сломавшись. Упругость вставок 29 возвращает концевые части лопасти 27 в исходное положение. И так будет продолжаться до тех пор, пока твердое включение не будет разбурено со всех сторон и не унесено промывочной жидкостью. Так будет работать лопасть, когда усилие от твердого включения будет действовать, в основном, в плоскости, перпендикулярной плоскости лопасти. Если же усилия от твердого включения будут преобладать в направлении плоскости лопасти 17, тогда будет расти усилие от лопасти на толкатель 13 в месте контакта 16, а от толкателя оно передастся поршню 12, что вызовет увеличение давления над поршнем. Т.к. это возрастание давления будет происходить быстро, то жидкость из надпоршневой полости не успеет перетечь через узкое отверстие 4. Но это возросшее давление, через отверстие 10, поступит под обратный клапан, и, преодолевая усилие пружины 7, откроет этот клапан. Тогда жидкость из надпоршневого пространства перетечет в верхнюю выемку корпуса расширителя и даст возможность лопасти, под действием пружины 20, повернуться на пальце 19 в сторону своего утапливания. А это позволит лопасти проскользнуть мимо твердого включения. Затем обратный клапан закроется, и лопасть выдвинется на свою максимальную величину. И так до тех пор, пока твердое включение не вымоется из породы. После углубления лопасти на максимальную величину к колонне труб, а от нее и к корпусу расширителя, прикладывается осевое усилие, под действием которого расширитель начинает перемещаться вниз (или вверх) по скважине, срезая породу на стенке скважины породоразрушающими элементами 15 до диаметра скважины Д_макс. Центраторы 3 и 21 помогают удерживать расширитель симметрично продольной оси скважины. Когда будет расширена скважина на заданном интервале по ее высоте, тогда прекращается подача промывочной жидкости к расширителю. Над поршнем 12 давление начнет падать, а со стороны пружины 20 усилие будет действовать на лопасть 17, на поворот лопасти вокруг ее оси и втягивание лопасти внутрь корпуса. Это усилие, через поверхность 16 толкателя, передастся последнему и далее поршню на перемещение их в верхнее крайнее положение. Т.к. отверстие 4 имеет малый размер, то жидкость через него вытечет постепенно, что обеспечит плавное перемещение лопасти внутрь корпуса расширителя. Когда лопасть переместится в исходное положение, то можно после этого осуществлять подъем расширителя, вместе с колонной труб, на дневную поверхность или на новый интервал, где требуется расширение скважины. При работе предлагаемого расширителя на лопасть 17 будут действовать следующие силы, см. фиг.5: силы P₁ и P₂ действуют на концы лопасти, где расположены породоразрушающие элементы 15. Так как лопасть опирается своими боковыми поверхностями на стенки окон 24 и 18, то со стороны последних появятся реакции R₁ и R₂. Расстояния «а» являются плечами для действующих сил P₁ и Р₂. Эти плечи равны между собой, т.к. лопасть изготовлена и закреплена в корпусе симметрично своей оси вращения. Угловая скорость вращения расширителя равна ω. От действующих сил и их реакций, при полностью выдвинутой лопасти (самый тяжелый режим работы), будет действовать изгибающий момент М_изг. и поперечная сила Q. Из эпюр, фиг.5, видно, что максимальный изгибающий момент М_{изг.макс.} будет действовать в месте опоры лопасти на стенки корпуса. В этих же местах будет действовать и максимальная (в данном случае - одинаковая по всей выпущенной длине лопасти) поперечная сила Q. Но т.к. внутри корпуса, в месте расположения лопасти, толщину стенки можно изготовить достаточно большой, то действующие нагрузки, с необходимым запасом, будут уравновешиваться реакциями стенки и соответствующим моментом от них, без разрушения и деформации расширителя.The expander sliding one-blade works as follows. The expander, mounted, using thread 2, at the end of the pipe string, is lowered along with them to a predetermined depth where it is necessary to expand the size of the well. The blade 17 by the spring 20 is removed inside the housing, as shown in figure 1. The piston 12 with the pusher 13 are in the upper position, where they were moved by the force of the spring 20, through the upper part of the blade and the end of the pusher 16. No flushing fluid is supplied. After lowering the column to a predetermined depth, the column begins to rotate, which causes the expander to rotate with it around its longitudinal axis. At the same time, flushing fluid begins to be supplied through the inner cavity of the column pipes, but at low pressure. At this pressure, the flushing fluid enters through the opening 28 into the cavity of the blade 17 and then through the windows 24 and 18 into the treatment zone of the well wall. At the same time, through the hole 4, the fluid enters the supra-piston cavity and, with its pressure, acts on its upper end, creating a certain force. This force is sufficient to overcome the force of the spring and move the pusher 13 down. In this case, the pusher, acting on the surface of the recess 16 on the blade 17, forces the latter to rotate on the finger 19 around its axis. With this rotation, the ends of the blades begin to move out of the body by some small amount and process the side surface of the well. The pressure of the liquid on the surface, after injection pumps, is increased by a small amount, which will force the blades to extend and still crash into the rock by a certain amount. And so, gradually increasing the pressure of the washing liquid from minimum to maximum, a gradual value of the blade extension from zero to maximum is ensured when the longitudinal axis of the blade occupies a position perpendicular to the longitudinal axis of the expander. Then the expansion of the well will be maximum and amount to D _max. , see figure 1. Also gradually the blade will cut to a depth of D _max. into the wall of the well, because the expander rotated during this period. In the case of solid inclusions during expansion of the well, the blade with its end parts touches them, the force from these inclusions increases, and the spring inserts 29 bend, allowing the ends of the blade to slip over the surface of these inclusions without breaking. The elasticity of the inserts 29 returns the end parts of the blade 27 to its original position. And this will continue until the solid inclusion is drilled from all sides and carried away by the flushing fluid. This will work the blade when the force from the solid inclusion will act mainly in the plane perpendicular to the plane of the blade. If the forces from the solid inclusion prevail in the direction of the plane of the blade 17, then the force from the blade to the pusher 13 at the point of contact 16 will increase, and from the pusher it will be transmitted to the piston 12, which will cause an increase in pressure above the piston. Because This increase in pressure will occur quickly, then the fluid from the supra-piston cavity will not have time to flow through the narrow hole 4. But this increased pressure, through the hole 10, will come under the check valve, and, overcoming the force of the spring 7, it will open this valve. Then the fluid from the over-piston space will flow into the upper recess of the expander body and allow the blade, under the action of the spring 20, to turn on the finger 19 towards its recess. And this will allow the blade to slip past a solid inclusion. Then the check valve closes and the blade extends to its maximum value. And so on until the solid inclusion is washed out of the rock. After deepening the blades by the maximum value, an axial force is applied to the pipe string, and from it to the casing of the expander, under which the expander begins to move down (or up) along the borehole, cutting off the rock on the borehole wall with rock cutting elements 15 to the borehole diameter D _max. Centralizers 3 and 21 help to maintain the expander symmetrically to the longitudinal axis of the well. When the well is expanded at a predetermined interval along its height, then the flow of flushing fluid to the expander is stopped. Above the piston 12, the pressure starts to fall, and from the side of the spring 20, the force will act on the blade 17, to rotate the blade around its axis and retract the blade into the housing. This force, through the surface 16 of the pusher, will be transmitted to the last and further piston to move them to the upper extreme position. Because the hole 4 is small, then the liquid will flow out through it gradually, which will ensure smooth movement of the blade inside the expander body. When the blade moves to its original position, it is then possible to lift the expander, together with the pipe string, to the day surface or to a new interval where expansion of the well is required. During the operation of the proposed expander, the following forces will act on the blade 17, see Fig. 5: the forces P ₁ and P ₂ act on the ends of the blade, where the rock cutting elements 15 are located. Since the blade rests on its sides on the walls of the windows 24 and 18, then from the latter, reactions R ₁ and R ₂ will appear. Distances a are shoulders for the acting forces P ₁ and P ₂ . These shoulders are equal, because the blade is made and fixed in the housing symmetrically to its axis of rotation. The angular velocity of rotation of the expander is equal to ω. From the acting forces and their reactions, with the blade fully extended (the most difficult mode of operation), the bending moment M bend will act _. and the transverse force Q. From the diagrams, _figure 5, it is seen that the maximum bending moment M _arg.maks. will act in the place of support of the blade on the walls of the housing. In these places, the maximum (in this case, the same across the entire length of the blade) transverse force Q will also act. inside the case, at the location of the blade, the wall thickness can be made large enough, then the acting loads, with the necessary margin, will be balanced by the wall reactions and the corresponding moment from them, without destruction and deformation of the expander.

В прототипе, см. фиг.4, на лопасть будут действовать те же силы. Но распределены они будут по-другому. Величины плеч «а» и «в» здесь оказываются разными: плечо «а» больше плеча «в». Вследствие этого эпюра изгибающего момента Мизг. будет иной: максимальная величина этого момента оказывается в месте опоры длинного плеча лопасти на стенку корпуса. Нулевой же изгибающий момент Мизг. будет действовать не в месте оси вращения лопасти (где он будет равным величине «к»), а сместится на величину «с» от нее в сторону малого плеча лопасти, что потребует усиления пальца вращения 19. Кроме того, т.к. приложение силы Р1 (точка «А» на фиг.4) располагается выше точки приложения силы Р2 (точка «В»), то появляется крутящий момент Мкр. относительно продольной оси лопасти. А это дополнительная нагрузка на лопасть, которая потребует ее усиления. Использование заявляемого изобретения позволяет заметно увеличить производительность процесса расширения скважины, повысить надежность работы оборудования, обеспечить его ремонтопригодность, увеличить размер расширения скважины и уменьшить затраты на выполнение расширения.In the prototype, see figure 4, the same forces will act on the blade. But they will be distributed differently. The values of the shoulders “a” and “b” here are different: the shoulder “a” is larger than the shoulder “b”. Due to this plot of bending moment Mizg. will be different: the maximum value of this moment is in the place of support of the long shoulder of the blade on the wall of the body. Zero bending moment Mizg. will act not in the place of the axis of rotation of the blade (where it will be equal to the value of "k"), but will shift by the value of "c" from it towards the small shoulder of the blade, which will require strengthening the finger of rotation 19. In addition, since the application of force P1 (point "A" in figure 4) is located above the point of application of force P2 (point "B"), then the torque Mkr appears. relative to the longitudinal axis of the blade. And this is an additional load on the blade, which will require its strengthening. The use of the claimed invention can significantly increase the productivity of the process of expansion of the well, increase the reliability of the equipment, ensure its maintainability, increase the size of the expansion of the well and reduce the cost of performing the expansion.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР, №206469 от 16.04.1963 г. по кл. Е21В 9/28.1. USSR author's certificate, No. 206469 of 04.16.1963 according to class ЕВВ 9/28.

2. Авторское свидетельство СССР, №1666678 от 19.05.1989 г. по кл. Е21В 7/28.2. USSR author's certificate, No. 1666678 of 05/19/1989 according to class. ЕВВ 7/28.

3. Расширитель раздвижной. Руководство по эксплуатации 50783875.РР-138-280-1.000РЭ. ТУ3668-006-50783-875-2004. - Уфа, АЯ04.: Научно-производственное предприятие «Буринтех». - 9 с.3. The extender is extensible. Operation manual 50783875.РР-138-280-1.000РЭ. TU3668-006-50783-875-2004. - Ufa, AY04 .: Scientific and Production Enterprise "Burintech". - 9 p.

4. Авторское свидетельство СССР №324374 от 23.12.1971 г. по кл. Е21b 9/22.4. Copyright certificate of the USSR No. 324374 dated 12/23/1971 under class. E21b 9/22.

Claims

The expandable single-blade expander, comprising a housing, a piston, a spring, a pusher and a pivotally mounted working body, characterized in that the rock cutting tool is made in the form of a blade, symmetrical in all directions, wider, in the central part, and gradually tapering to the ends, moreover the end parts of the blade are separated from the main, middle, part by spring inserts, for example, plates located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the blade, while the end parts of the blade are made in the form of half s an ellipsoid of revolution having interspersed cutting elements, in particular diamond grains, over its entire surface, and the blade is made to rotate in a vertical plane on a horizontal finger penetrating the body and the blade in their middle, and the body has two diametrically arranged windows in the form of a side longitudinal grooves with a width equal to the largest thickness of the blade in the extendable part, and one window is located above the other so that one half of the blade can be recessed into the housing through the lower window, and the second part of the blade through the upper window in the transport position, and when the blade is fully extended into the working position through the windows, it is perpendicular to the longitudinal axis of the body, while the lower surface of the middle upper part of the blade is laid on the lower surface of the upper window, and the upper surface of the middle lower part of the blade rested against the upper surface of the lower window, than the blade is fixed in the working position; in addition, the upper part of the housing has a recess, on the conical side surface of which a thread is made for connection with a pipe string, and below this thread, through the bottom of the recess inside the body, a cylindrical stepped channel is made parallel to the longitudinal axis of the expander body and offset relative to this axis, in the wide top of which there is a piston that is closed on top by a piston cap with two holes: small through and large, connected to a non-return valve at the top of the cap, and the piston is integral with the push oil passing through the narrow lower part of the channel and having on its free end in contact with the upper surface of the blade, a recess, the bottom surface of which is made in the form of an arc, and next to the step hole, parallel to it, there is a cylindrical hole, also offset relative to the longitudinal axis of the body and designed to supply flushing fluid to the treatment area; between the blade, below its axis of rotation, and the body, a spring is fixed to return the blade to the transport position.