RU63839U1

RU63839U1 - WELL EXPANDER

Info

Publication number: RU63839U1
Application number: RU2007103212/22U
Authority: RU
Inventors: Константин Викторович Мелинг; Нигаматьян Хамитович Хамитьянов; Фарит Фоатович Ахмадишин; Азат Леонардович Насыров; Сергей Леонидович Багнюк; Рустэм Ядкарович Хабибуллин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2007-06-10

Abstract

Предложение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале. Расширитель скважин включает 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. 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. Техническим результатом является повышение надежности и работоспособности расширителя скважин, в том числе и при работе на тяжелых буровых растворах, за счет гидромониторной насадки, расположенной ниже бокового отверстия, соединяющего устройство стопорения шарошек в нерабочем положении с полостью кольцевого поршня, благодаря чему внутри кольцевого поршня возникает достаточный перепад давления, необходимый для срабатывания механизма выдвижения шарошек в рабочее положение.The proposal relates to the field of drilling equipment, namely, devices for increasing the diameter of wells in a given interval. The well expander includes a hollow body with an internal protrusion and radial holes in which retractable cones with shanks are installed. an annular piston located in the housing cavity with rotation lock, with a lateral hole, upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill string, a cylinder connected to the housing and forming a hydraulic chamber communicating with the annular piston by its side opening with the housing cavity, installed in the annular piston with the possibility of interaction 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 a complete annular piston located in the expansion chamber of the expander. The annular piston below its side opening inside is additionally equipped with a rigidly fixed hydraulic nozzle made in the form of a hollow sleeve with an upper streamlined end, which is made of wear-resistant material. The technical result is to increase the reliability and performance of the reamer, including when working on heavy drilling fluids, due to the hydraulic nozzle located below the side hole connecting the locking device of the cones in the inoperative position with the cavity of the annular piston, due to which inside the annular piston there is sufficient differential pressure required to operate the mechanism for extending the cones to the operating position.

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 (а.с. СССР №2001228, МПК 5 Е21В 7/28, опубл. Бюл. №37-38 от 15.10.93 г.), включающий полый корпус с центральным каналом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, и механизм выдвижения шарошек в рабочее положение, содержащий связанные между собой размещенный в полости корпуса и имеющий средство для подсоединения к буровой колонне кольцевой поршень с радиальным каналом для сообщения осевой полости поршня с надпоршневой полостью, образованной стенками корпуса и поршня, с седлом и со шлицами, образующими с выполненными на внутренней стенке корпуса шлицами шлицевое соединение, и размещенный в центральном канале корпуса с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек фиксирующий стержень, имеющий выступ для взаимодействия с корпусом и каналы, выполненные с возможностью их частичного перекрытия седлом поршня, причем он снабжен узлом фиксации поршня в корпусе в транспортном положении расширителя, выполненным в виде установленного в корпусе подпружиненного стопорного элемента и ответного стопорному элементу углубления, выполненного на наружной поверхности поршня и сообщенного с радиальным каналом поршня, а шлицевые участки поршня и корпуса выполнены с кольцевыми проточками, причем в зафиксированном положении поршня в корпусе шлицевые выступы поршня и корпуса расположены в одной продольной плоскости расширителя.Known well expander (AS USSR No. 2001228, IPC 5 ЕВВ 7/28, publ. Bull. No. 37-38 of 10/15/93), including a hollow body with a central channel and radial holes in which retractable cones are installed with shanks, and a mechanism for extending the cones to the working position, comprising interconnected annular piston with a radial channel for connecting the axial cavity of the piston with the over-piston cavity formed by the walls of the housing and the piston to the saddle and with splices, forming a spline connection with slots made on the inner wall of the housing, and a fixing rod located in the central channel of the housing with the possibility of interacting with the shanks of the cones, having a protrusion for interacting with the housing and channels made with the possibility of their partial overlapping by the piston seat, and it is equipped with a unit fixing the piston in the housing in the transport position of the expander, made in the form of a spring-loaded locking element installed in the housing and responding to the corner of the locking element Lenia formed on the outer surface of the piston and communicated with a radial passage of the piston and spline portions of the piston and the body are made with annular recesses, wherein in the locked position of the piston in the housing of the piston and spline ridges housing arranged in the same longitudinal plane of the spreader.

Недостатком данного расширителя является его низкая работоспособность, так как при работе на тяжелых буровых растворах с высоким содержанием твердой фазы, вызывающих повышенный износ поверхностей механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, перепад давления, возникающий внутри кольцевого The disadvantage of this extender is its low efficiency, since when working on heavy drilling fluids with a high solids content, causing increased wear of the surfaces of the mechanism for extending the cones to the working position, the pressure drop that occurs inside the annular

поршня, может оказаться недостаточным для выхода стопорного элемента из углубления, что может не дать шарошкам выйти в рабочее положение.piston may not be enough 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 (а.с. №2117747, МПК 6 Е21В 7/28, опубл. 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.The closest in technical essence and the achieved result is a well expander (AS No. 2117747, IPC 6 ЕВВ 7/28, publ. Bull. No. 23 of 08.20.98), 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 locking, a cylinder connected to the housing and forming a hydraulic piston a chamber, communicated by its side opening with a 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, 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 cone 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 in response to these tomers recesses in the cylinder, wherein the additional annular piston is situated in the lower lateral opening gidrokamere main piston, and between the additional piston and ring segments mounted cones locking device for outputting pusher segments out of engagement with the cylinder of the expander.

Поскольку в этом расширителе та же схема размещения механизма выдвижения шарошек в рабочее положение, как и в устройстве, принятом в качестве аналога, то ему присущи все указанные выше недостатки, касающиеся повышенного износа этого механизма при работе на тяжелых буровых растворах.Since this expander has the same layout for placing the mechanism for rolling cones to the working position, as well as in the device adopted as an analogue, it has all the above disadvantages in relation to the increased wear of this mechanism when working on heavy drilling fluids.

Технической задачей предлагаемого расширителя скважин является повышение надежности и работоспособности, в том числе и при работе на тяжелых буровых растворах.The technical task of the proposed well expander is to increase the reliability and availability, including when working on heavy drilling fluids.

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 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

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.rotation of 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 housing and forming a hydraulic chamber with the annular piston, communicated by its lateral hole with the housing cavity, mounted in the annular piston with the possibility interaction 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, position adjoint in gidrokamere expander.

Новым является то, что 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.What is new is that the annular piston below its side hole inside is additionally equipped with a rigidly mounted hydraulic nozzle made in the form of a hollow sleeve with an upper streamlined end, which is made of wear-resistant material.

На фиг.1 показан расширитель скважин в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - расширитель при расширении скважины.Figure 1 shows a well expander in a transport position, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - expander with the expansion of the well.

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.2), взаимодействующими с ответными поверхностями 10 корпуса 1, боковым отверстием 11 (фиг.1), верхним 12 и нижним 13 кольцевыми упорами на наружной поверхности и резьбой 14 для подсоединения к бурильной колонне 15, цилиндр 16, имеющий верхний 17 и нижний 18 внутренние кольцевые выступы, жестко соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем 8 гидравлическую камеру 19, сообщенную его боковым отверстием 11 с центральным каналом 20 кольцевого поршня 8.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 with shanks 5 and 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. 2), interacting with the mating surfaces 10 of the housing 1, a side opening 11 (Fig. 1), an upper 12 and a lower 13 ring stops on the outer surface, and a thread 14 for connecting to the drill column 15, qilin p 16 having upper 17 and lower internal annular projections 18 rigidly connected to the housing and forming with the annular piston 8, the hydraulic chamber 19 reported by its lateral opening 11 with a central channel 20 of the annular piston 8.

Кольцевой поршень 8 содержит фиксатор 21 для вывода шарошек в рабочее положение, установленный в нем с помощью гайки 22 и имеющий верхний 23 и нижний 24 кольцевые выступы, взаимодействующий с хвостовиками 5 шарошек 6 и внутренним выступом 2 корпуса 1. В верхнем кольцевом выступе 23 выполнены продольные каналы 25 для сообщения центрального канала 20 кольцевого The annular piston 8 contains a latch 21 for bringing the roller cones into a working position, installed therein with a nut 22 and having upper 23 and lower 24 ring protrusions interacting with the shanks 5 of the roller cones 6 and the inner protrusion 2 of the housing 1. In the upper annular protrusion 23, longitudinal channels 25 for communication of the central channel 20 of the ring

поршня 8 с полостью 7 корпуса 1. На наружной поверхности кольцевого поршня 8 размещено устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень в виде самоуплотняющейся манжеты 26 из эластичного материала (например, резины) с опорной шайбой 27, расположенный в гидравлической камере 19 расширителя ниже бокового отверстия 11 кольцевого поршня 8, а также радиально подпружиненные, с помощью пружин 28, кольцевые сегменты 29, установленные в наружных пазах 30 кольцевого поршня 8, и ответные им углубления 31 в цилиндре 16. Между опорной шайбой 27 дополнительного кольцевого поршня и кольцевыми сегментами 29 размещен толкатель 32, выполненный в виде кольца.a piston 8 with a cavity 7 of the housing 1. On the outer surface of the annular piston 8 there is a device for locking the cones in the idle position, containing an additional annular piston in the form of a self-sealing collar 26 of elastic material (for example, rubber) with a support washer 27 located in the hydraulic chamber 19 the expander below the side hole 11 of the annular piston 8, as well as radially spring-loaded, by means of springs 28, the annular segments 29 mounted in the outer grooves 30 of the annular piston 8, and the corresponding recesses 31 in the cylinder 16. Between the support washer 27 of the additional annular piston and the annular segments 29 there is a pusher 32 made in the form of a ring.

Центральный канал 20 кольцевого поршня 8 содержит, с целью создания перепада давления в гидравлической камере 19, гидромониторную насадку, выполненную в виде полой втулки 33 с верхним обтекаемым торцом из износостойкого материала, например, минералокерамики или твердого сплава, жестко и герметично закрепленную ниже бокового отверстия 11 кольцевого поршня 8.The Central channel 20 of the annular piston 8 contains, in order to create a differential pressure in the hydraulic chamber 19, a nozzle made in the form of a hollow sleeve 33 with an upper streamlined end made of wear-resistant material, for example, ceramic or hard alloy, rigidly and tightly fixed below the side hole 11 annular piston 8.

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. При этом корпус 1 с цилиндром 16 зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 8 благодаря верхнему кольцевому упору 12 и кольцевым сегментам 29 кольцевого поршня 8, взаимодействующими соответственно с верхним внутренним кольцевым выступом 17 и углублениями 31 в цилиндре 16.Using thread 14, the expander is attached to the string of drill pipes 15 and lowered into the well. In this case, the housing 1 with the cylinder 16 is fixed from longitudinal displacements relative to the annular piston 8 due to the upper annular stop 12 and the annular segments 29 of the annular piston 8, interacting with the upper inner annular protrusion 17 and the recesses 31 in the cylinder 16, respectively.

На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора), которая через центральный канал 20 кольцевого поршня 8, гидромониторную насадку 33 и далее через продольные каналы 25 в верхнем кольцевом выступе 23 фиксатора 21, кольцевой зазор между гайкой 22 и фиксатором 21, полость 7 корпуса 1 и проходные каналы 3 корпуса 1 поступает в промывочные отверстия долота (не показано).At a predetermined depth of the well, the drill pipe string begins to be rotated while flushing fluid (drilling fluid) is supplied into it, which through the central channel 20 of the annular piston 8, the hydraulic nozzle 33 and then through the longitudinal channels 25 in the upper annular protrusion 23 of the retainer 21, the annular gap between the nut 22 and the latch 21, the cavity 7 of the housing 1 and the passage channels 3 of the housing 1 enters the flushing holes of the bit (not shown).

Под действием перепада давления, возникающего в гидромониторной насадке 33 (фиг.1, 3) и распространяющегося через боковое отверстие 11 кольцевого поршня 8 в гидрокамеру 19, дополнительный кольцевой поршень 26, 27 перемещается Under the action of the differential pressure that occurs in the nozzle 33 (Fig.1, 3) and propagates through the side hole 11 of the annular piston 8 into the hydraulic chamber 19, the additional annular piston 26, 27 moves

вниз и, воздействуя своей опорной шайбой 27 на толкатель 32, также перемещает его вниз. При этом толкатель 32, воздействуя по касательной на кольцевые сегменты 29, перемещает их вдоль продольной оси расширителя внутрь наружных пазов 30 кольцевого поршня 8, сжимая пружины 28, до полного выхода кольцевых сегментов 29 из углублений 31 цилиндра 16.down and, acting with its support washer 27 on the pusher 32, also moves it down. In this case, the pusher 32, acting tangentially on the annular segments 29, moves them along the longitudinal axis of the expander into the outer grooves 30 of the annular piston 8, compressing the springs 28, until the annular segments 29 exit completely from the recesses 31 of the cylinder 16.

Выйдя из зацепления с кольцевым поршнем 8, корпус 1 с цилиндром 16 под действием того же перепада давления перемещается вверх до упора внутреннего кольцевого выступа 18 цилиндра 16 в наружный кольцевой упор 13 кольцевого поршня 8. Одновременно фиксатор 21, воздействуя на хвостовики 5, выводит выдвижные шарошки 6 из отверстий 4 в рабочее положение. При этом нижний кольцевой выступ 24 фиксатора 21 взаимодействует с внутренним кольцевым выступом 2 корпуса 1. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.Having disengaged from the annular piston 8, the housing 1 with the cylinder 16 under the influence of the same pressure drop moves up to the stop of the inner annular protrusion 18 of the cylinder 16 into the outer annular emphasis 13 of the annular piston 8. At the same time, the latch 21, acting on the shanks 5, brings out the sliding cones 6 from holes 4 to the working position. In this case, the lower annular protrusion 24 of the retainer 21 interacts with the inner annular protrusion 2 of the housing 1. Then, by feeding the tool downward, the well is expanded in a predetermined interval.

После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и расширитель поднимают из нее. При этом шарошки 6, достигнув нерасширенной части 34 скважины, остановят движение вверх корпуса 1 с цилиндром 16, тогда как кольцевой поршень 8 с фиксатором 21 продолжает перемещаться вверх относительно них. Благодаря этому хвостовик 5 с выдвижными шарошками 6, освободившись от воздействия на них фиксатора 21, под действием сил реакции стенок нерасширенной части 34 скважины возвратятся 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, the cone 6, having reached the unexpanded part 34 of the well, will stop the upward movement of the housing 1 with the cylinder 16, while the annular piston 8 with the retainer 21 continues to move upward relative to them. Due to this, the shank 5 with retractable cones 6, freed from the action of the latch 21 on them, under the reaction forces of the walls of the unexpanded part 34 of the well will return to its original position inside the body 1.

Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря гидромониторной насадке, расположенной ниже бокового отверстия, соединяющего устройство стопорения шарошек в нерабочем положении с полостью кольцевого поршня, внутри кольцевого поршня возникает достаточный перепад давления, необходимый для срабатывания механизма выдвижения шарошек в рабочее положение даже при работе на тяжелых буровых растворах с высоким содержанием твердой фазы, вызывающих повышенный износ внутренних поверхностей расширителя.The advantage of the proposed well expander is that due to the hydraulic nozzle located below the side opening connecting the device for locking the cones in the inoperative position with the cavity of the annular piston, a sufficient pressure drop occurs inside the annular piston to operate the mechanism for extending the cones to the operating position even during operation on heavy drilling fluids with a high solids content, causing increased wear on the internal surfaces of the expander.

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 Working 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 located in the hydraulic chamber of the expander, characterized in that the annular piston is lower than its lateral hole, is additionally provided with a rigidly mounted hydraulic monitor nozzle made in the form hollow sleeve with a streamlined upper end, which is made of wear-resistant material.