RU64255U1

RU64255U1 - WELL EXPANDER

Info

Publication number: RU64255U1
Application number: RU2007104811/22U
Authority: RU
Inventors: Равиль Рустамович Ибатуллин; Фарит Фоатович Ахмадишин; Нигаматьян Хамитович Хамитьянов; Анатолий Вениаминович Киршин; Альберт Салаватович Ягафаров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2007-06-27

Abstract

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.

Расширитель скважин, включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные режущие элементы с твердосплавными зубками на режущей поверхности и с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с фиксатором, взаимодействующим в рабочем положении с хвостовиками, 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, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, радиально подпружиненные кольцевые сегменты, расположенные в наружных пазах кольцевого поршня и ответные этим сегментам углубления - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов, установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с корпусом расширителя. Причем режущие элементы подпружинены внутрь и соединены с корпусом шарнирно, с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса и режущих элементов, а фиксатор выполнен полым с конусной поверхностью внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками, и жестко соединенным с кольцевым поршнем, при этом внутренняя полость кольцевого поршня или фиксатора ниже бокового отверстия выполнена сужающейся.A well extender, comprising a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cutting elements with carbide teeth are installed on the cutting surface and with shanks, the annular piston is located in the body cavity with rotation lock, which interacts in the working position with the shanks, 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 piston with an annular piston a personal chamber communicated by its side hole with the cavity of the housing, and a device for locking the cutting elements in the idle position, containing an additional annular piston located below the side openings of the piston in the hydraulic chamber of the expander, radially spring-loaded annular segments located in the outer grooves of the annular piston and responding with this recess segments - in the cylinder, and between the additional piston and the annular segments of the locking device of the cutting elements, a pusher is installed for withdrawal yes these segments out of engagement with the casing of the expander. Moreover, the cutting elements are spring-loaded inwardly and connected to the housing pivotally, with the possibility of their rotation in a plane passing through the longitudinal geometric axes of the housing and cutting elements, and the latch is made hollow with a conical surface below, configured to interact with shanks, and rigidly connected to the annular piston while the inner cavity of the annular piston or retainer below the side hole is made tapering.

Использование предполагаемого расширителя скважины позволяет увеличить срок службы устройства и в частности режущих элементов за счет минимизации вибрации и ударов, передающихся на режущие элементы и изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях.The use of the proposed well reamer allows to increase the service life of the device and in particular the cutting elements by minimizing vibration and shock transmitted to the cutting elements and changing and hardening the node for outputting the cutting elements to the working and transport position and their fixation in these positions.

Description

Известен «Расширитель скважин» (патент RU №2172385, Е21В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2001 г.), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные наклонных в 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 07/28, publ. Bull. No. 23 from 08.20.2001), comprising a housing with inclined grooves and a rod placed in it, a piston interacting with the rod, and fixed inclined in the grooves of the paw body with pins on which the cones with teeth are mounted, the paws are provided with supports connected by rods to the piston and having holes in which the free ends of the paw pins 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, pr than the teeth on each of the cutters are arranged with different pitches.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважин» (патент RU №2117747, Е21В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.1998 г.), включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с боковым отверстием, верхним и нижним упорами на наружной поверхности и средством подсоединения к бурильной колонне, цилиндр, соединенный с корпусом и образующий с кольцевым поршнем гидравлическую камеру, сообщенную его боковым отверстием с полостью корпуса, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя, согласно изобретению 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 дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.The closest in technical essence and the achieved result is the “Expander wells” (patent RU No. 2117747, ЕВВ 07/28, publ. Bull. No. 23 from 08.20.1998), including a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cones with shanks mounted in the cavity of the housing with rotation-free locking annular piston with 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 hydra with the annular piston an influential chamber communicated by its side opening with a body cavity, mounted in the annular piston with the possibility of interaction with the cones of the cones and the inner protrusion of the latch and a device for locking the cones in the idle position, containing an additional annular piston located in the expansion chamber, according to the invention, a device for locking the cones in the idle position it is made in the form of radially spring-loaded annular segments located in the outer grooves of the annular piston and reciprocal tim segments recesses - in the cylinder, wherein the additional annular piston is situated in the lower lateral opening gidrokamere main piston and the additional piston and ring segments mounted cones locking device pusher to output said segments out of engagement with the cylinder of the expander.

Недостатками данных конструкций являются:The disadvantages of these designs are:

- сложность конструкции, и как следствие высокие материальные затраты на изготовление;- the complexity of the design, and as a result, the high material costs of manufacturing;

- невысокая долговечность режущих элементов; так как не обеспечивается жесткость режущих элементов относительно корпуса в рабочем положении устройства, при работе возникает вибрация режущих элементов, приводящая к их разрушению;- low durability of cutting elements; since the rigidity of the cutting elements relative to the housing in the working position of the device is not ensured, during operation, vibration of the cutting elements occurs, leading to their destruction;

- невысокая долговечность инструмента, связанная со сложной многоэлементной конструкцией выдвижения породоразрушающих элементов в рабочее положение;- low tool durability associated with a complex multi-element design of the nomination of rock cutting elements in the working position;

- ненадежный механизм фиксации породоразрушающих элементов, а так же возможность заклинивания при поломке внутренних элементов устройства и подъеме инструмента из скважины.- unreliable mechanism for fixing rock-cutting elements, as well as the possibility of jamming in the event of a breakdown of the internal elements of the device and lifting the tool from the well.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной и долговечной конструкции, исключение вибраций при работе за счет изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях.The technical task of the proposed utility model is the creation of a reliable and durable design, the exclusion of vibrations during operation due to changes and hardening of the node for outputting cutting elements to the working and transport position and their fixation in these positions.

Техническая задача решается расширителем скважин, включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные режущие элементы с твердосплавными зубками на режущей поверхности и с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с фиксатором, взаимодействующим в рабочем положении с хвостовиками, 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, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, радиально подпружиненные кольцевые сегменты, расположенные в наружных пазах кольцевого поршня и ответные этим сегментам углубления - в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с корпусом расширителяThe technical problem is solved by a well expander, including a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cutting elements with carbide teeth on the cutting surface and shanks are installed, an annular piston is fixed in the cavity of the housing with rotation locking, interacting in working position with shanks, side hole, upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill string, a cylinder connected to the body and form a hydraulic chamber with an annular piston, communicated by its side opening with the body cavity, and a device for locking the cutting elements in an idle position, comprising an additional annular piston located below the lateral openings of the piston in the expander hydraulic chamber, radially spring-loaded annular segments located in the outer grooves of the annular the piston and the recesses corresponding to these segments - in the cylinder, and between the additional piston and the annular segments of the locking device of the cutting elements become pusher to output said segments out of engagement with the expander body

Новым является то, что режущие элементы подпружинены внутрь и соединены с корпусом шарнирно, с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через What is new is that the cutting elements are spring-loaded inward and pivotally connected to the body, with the possibility of their rotation in a plane passing through

продольные геометрические оси корпуса и режущих элементов, а фиксатор выполнен полым с конусной поверхностью внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками, и жестко соединенным с кольцевым поршнем, при этом внутренняя полость кольцевого поршня или фиксатора ниже бокового отверстия выполнена сужающейся.longitudinal geometric axes of the housing and cutting elements, and the latch is made hollow with a conical surface below, made with the possibility of interaction with the shanks, and rigidly connected to the annular piston, while the inner cavity of the annular piston or retainer below the side hole is made tapering.

На фиг.1 показан расширитель в транспортном положении, продольный разрез; на фиг.2 - фрагмент расширителя, где укрупненно показано место стопорения режущих элементов в нерабочем положении, продольный разрез; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - вид снизу на торцевую поверхность дополнительного кольцевого поршня; на фиг.5 - сечение А-А.Figure 1 shows the expander in the transport position, a longitudinal section; figure 2 is a fragment of the expander, where the location of the locking of the cutting elements in the inoperative position, a longitudinal section is shown enlarged; figure 3 is a section bB; figure 4 is a bottom view of the end surface of the additional annular piston; figure 5 is a section aa.

Расширитель скважин (фиг.1) содержит полый корпус 1 с внутренним кольцевым выступом 2, проходным каналом 3 и радиальными отверстиями 4, в которых установлены с помощью хвостовиков 5 выдвижные режущие элементы 6 с расположенными на режущей поверхности твердосплавными зубками 7. В полости 8 корпуса 1 размещен механизм выдвижения режущих элементов 6 из радиальных отверстий 4 корпуса, содержащий кольцевой поршень 9 с боковым отверстием 10 и жестко соединенным фиксатором 11. Ниже бокового отверстия 10 изнутри кольцевой поршень 9 снабжен насадкой 12, сужающей его проходное сечение для создания перепада гидравлического давления выше нее. На наружной поверхности кольцевого поршня 9 выполнены верхний 13 и нижний 14 кольцевые упоры, а на корпусе 1 с помощью резьбы 15 установлен цилиндр 16, имеющий кольцевой выступ 17, взаимодействующий с верхним кольцевым упором 13, а кольцевой выступ 2 корпуса 1 взаимодействует с нижним кольцевым упором 14 поршня 9. Причем цилиндр 16 с поршнем 9 образует гидравлическую камеру 18, сообщенную отверстием 10 кольцевого поршня 9 с его центральным каналом 19, в котором размещено устройство для стопорения выдвижных режущих элементов 6 в нерабочем положении. Это устройство состоит из установленных в кольцевых пазах 20 (фиг.2) кольцевого поршня 9, радиально подпружиненных пружинами 21 кольцевых сегментов 22 (фиг.3), входящих своими выступами в пазы 20 (фиг.2), а кромками 23 - в ответные им углубления 24, выполненные в корпусе 1, и расположенного ниже бокового отверстия 10 кольцевого поршня 9 дополнительного кольцевого поршня 25 (фиг.2, 4) в виде самоуплотняющейся манжеты, изготовленной из эластичного материала (например, резины), к нижнему торцу которой прикреплена опорная шайба 26 (фиг.4).The well expander (Fig. 1) comprises a hollow body 1 with an internal annular protrusion 2, a passage channel 3 and radial holes 4, in which retractable cutting elements 6 with carbide teeth 7 located on the cutting surface 7 are installed using shanks 5. In the cavity 8 of the housing 1 placed a mechanism for the extension of the cutting elements 6 from the radial holes 4 of the housing, containing an annular piston 9 with a side hole 10 and a rigidly attached latch 11. Below the side hole 10 from the inside, the annular piston 9 is equipped with a nozzle 12, narrower guide its orifice to create differential hydraulic pressure above it. On the outer surface of the annular piston 9, annular stops are made 13 and lower 14, and a cylinder 16 is installed on the housing 1 by means of a thread 15, having an annular protrusion 17 interacting with the upper annular emphasis 13, and the annular protrusion 2 of the housing 1 interacts with the lower annular emphasis 14 of the piston 9. Moreover, the cylinder 16 with the piston 9 forms a hydraulic chamber 18, communicated by the hole 10 of the annular piston 9 with its Central channel 19, which houses the device for locking the retractable cutting elements 6 in the idle position. This device consists of an annular piston 9 installed in the annular grooves 20 (FIG. 2), radially spring-loaded by the springs 21 of the annular segments 22 (FIG. 3), entering their grooves into the grooves 20 (FIG. 2), and the edges 23 in response to them recesses 24, made in the housing 1, and located below the side hole 10 of the annular piston 9 of the additional annular piston 25 (Figs. 2, 4) in the form of a self-sealing cuff made of an elastic material (e.g. rubber), to the lower end of which a supporting washer is attached 26 (Fig. 4).

Между дополнительным поршнем 25 и опорной шайбой 26 размещен толкатель 27 (фиг.2), выполненный в виде кольца. Причем контактирующие поверхности толкателя 27 и кольцевого сегмента 22 выполнены коническими - 28, 29 соответственно.Between the additional piston 25 and the support washer 26 is placed a pusher 27 (figure 2), made in the form of a ring. Moreover, the contacting surface of the pusher 27 and the annular segment 22 are made conical - 28, 29, respectively.

Корпус 1 (фиг.1) и кольцевой поршень 9 имеют элементы зацепления для совместного вращения, выполненные в виде сопрягаемых поверхностей 30 (фиг.5) и 31 некруглого сечения, например, шестигранников, а также резьбы 32 (фиг.1) и 33 для соединения расширителя с колонной бурильных труб и скважинным оборудованием соответственно.The housing 1 (figure 1) and the annular piston 9 have engagement elements for joint rotation, made in the form of mating surfaces 30 (figure 5) and 31 of non-circular cross section, for example, hexagons, as well as threads 32 (figure 1) and 33 for connection of the expander to the drill pipe string and downhole equipment, respectively.

Режущие элементы 6 соединены с корпусом 1 с помощью хвостовиков 5 и осей 34 шарнирно, с возможностью их поворота в плоскости, проходящей через продольные геометрические оси корпуса 1 и режущих элементов 6. Фиксатор 11 выполнен полым с конусной поверхностью 35 внизу, выполненной с возможностью взаимодействия с хвостовиками 5 режущих элементов 6, и жестко соединен с кольцевым поршнем 9. В нижних частях режущих элементов 6 установлены пружины 36, взаимодействующие с ограничителем 37 корпуса 1, поджимающие режущие элементы 6 внутрь и удерживающие их в транспортном положении.The cutting elements 6 are connected to the housing 1 by means of shanks 5 and axles 34 pivotally, with the possibility of their rotation in a plane passing through the longitudinal geometric axes of the housing 1 and cutting elements 6. The latch 11 is made hollow with a conical surface 35 below, made with the possibility of interaction with shanks 5 of the cutting elements 6, and is rigidly connected to the annular piston 9. In the lower parts of the cutting elements 6 springs 36 are mounted, interacting with the limiter 37 of the housing 1, pressing the cutting elements 6 inward and holding them in t ansportnom position.

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

С помощью резьбы 32 расширитель присоединяют к колонне бурильных труб (не показано) и спускают в скважину (не показана). При этом корпус 1 с цилиндром 16 зафиксирован от продольных перемещений относительно кольцевого поршня 9: вниз - его кольцевым упором 13, в который упирается кольцевой выступ 17 цилиндра 16, вверх - кольцевыми сегментами 22 (фиг.3), кромки 23 которых находятся в углублениях 24 корпуса 1 (фиг.1). Пружины 36, установленные между нижними частями режущих элементов 6 и ограничителями 37 корпуса 1 удерживают режущие элементы 6 в транспортном положении.Using thread 32, the expander is attached to the drill string (not shown) and lowered into the well (not shown). In this case, the housing 1 with the cylinder 16 is fixed from longitudinal displacements relative to the annular piston 9: down - with its annular stop 13, which abuts the annular protrusion 17 of the cylinder 16, up - annular segments 22 (figure 3), the edges 23 of which are in the recesses 24 case 1 (figure 1). Springs 36 mounted between the lower parts of the cutting elements 6 and the stops 37 of the housing 1 hold the cutting elements 6 in the transport position.

На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора), которая через центральный канал 19 кольцевого поршня 9, насадку 12, проходной канал 3 поступает в промывочные отверстия долота (не показано).At a given depth of the well, the drill string begins to be rotated while flushing fluid (drilling fluid) is supplied into it, which, through the central channel 19 of the annular piston 9, nozzle 12, and the passage channel 3 enters the flushing holes of the bit (not shown).

Под действием перепада давления, возникающего в центральном канале 19 кольцевого поршня 9 и распространяющегося через его боковое отверстие 10 в гидрокамеру 18, дополнительный кольцевой поршень 25 (фиг.2) перемещается вниз и, воздействуя своей опорной шайбой 26 на толкатель 27, также перемещает его вниз. При этом толкатель 27, скользя своей конической поверхностью 28 по конической поверхности 29 кольцевых сегментов 22, перемещает их в сторону продольной оси Under the influence of the pressure differential that occurs in the central channel 19 of the annular piston 9 and propagates through its side opening 10 into the hydraulic chamber 18, the additional annular piston 25 (Fig. 2) moves downward and, acting on its support washer 26 on the plunger 27, also moves it downward . In this case, the pusher 27, sliding its conical surface 28 along the conical surface 29 of the annular segments 22, moves them toward the longitudinal axis

расширителя в кольцевые пазы 20, сжимая пружины 21, до полного выхода кольцевых сегментов 22 из углублений 24 корпуса 1 (фиг.1).the expander into the annular grooves 20, compressing the springs 21, until the complete exit of the annular segments 22 from the recesses 24 of the housing 1 (figure 1).

Выйдя таким образом из зацепления с кольцевым поршнем 8, корпус 1 с цилиндром 16 под действием того же перепада давления перемещается вверх до упора внутреннего кольцевого выступа 2 корпуса 1 в нижний кольцевой упор 14 кольцевого поршня 9. Одновременно фиксатор 11, воздействуя конусной поверхностью 35 на режущие элементы 6, поворачивает их благодаря осям 34 до упора режущих элементов 6 в ограничитель 37 и, таким образом, выводит их из отверстий 4 в рабочее положение. Далее подачей инструмента вниз расширяют скважину в заданном интервале.Having thus disengaged from the annular piston 8, the housing 1 with the cylinder 16, under the same differential pressure, moves up to the stop of the inner annular protrusion 2 of the housing 1 into the lower annular emphasis 14 of the annular piston 9. At the same time, the latch 11 acts on the cutting elements 6, rotates them due to the axes 34 to the stop of the cutting elements 6 in the stop 37 and, thus, displays them from the holes 4 in the working position. Further, by feeding the tool down, the well is expanded in a predetermined interval.

После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и расширитель поднимают из нее. При этом выдвижные режущие элементы 6, достигнув нерасширенной части скважины (не показано), остановят движение вверх корпуса 1 с цилиндром 16, тогда как кольцевой поршень 9 с фиксатором 11 продолжает перемещаться вверх относительно них. Благодаря этому фиксатор 11 полностью выходит из-под выдвижных режущих элементов 6, а пружины 36 возвращают режущие элементы 6, поворачивая их на осях 34 относительно корпуса 1 в транспортное положение.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 retractable cutting elements 6, having reached the unexpanded part of the well (not shown), will stop the upward movement of the housing 1 with the cylinder 16, while the annular piston 9 with the retainer 11 continues to move upward relative to them. Due to this, the latch 11 is completely out of the retractable cutting elements 6, and the springs 36 return the cutting elements 6, turning them on the axes 34 relative to the housing 1 in the transport position.

Использование предполагаемого расширителя скважины позволяет увеличить срок службы устройства и, в частности, режущих элементов за счет минимизации вибрации и ударов, передающихся на режущие элементы и изменения и упрочнения узла вывода режущих элементов в рабочее и транспортное положение и их фиксации в этих положениях.The use of the proposed well reamer allows to increase the service life of the device and, in particular, the cutting elements by minimizing vibration and shock transmitted to the cutting elements and changing and hardening the node for bringing the cutting elements to the working and transport position and their fixation in these positions.

Claims

A well extender, comprising a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cutting elements with carbide teeth are installed on the cutting surface and with shanks, the annular piston is located in the body cavity with rotation lock, which interacts in the working position with the shanks, 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 piston with an annular piston a personal chamber communicated by its side hole with the cavity of the housing, and a device for locking the cutting elements in the idle position, containing an additional annular piston located below the side openings of the piston in the hydraulic chamber of the expander, radially spring-loaded annular segments located in the outer grooves of the annular piston and responding with this recess segments - in the cylinder, and between the additional piston and the annular segments of the locking device of the cutting elements, a pusher is installed for withdrawal yes, said segments are meshed with the expander body, characterized in that the cutting elements are spring-loaded inward and pivotally connected to the body, with the possibility of their rotation in a plane passing through the longitudinal geometric axes of the body and cutting elements, and the latch is made hollow with a conical surface below, made with the possibility of interaction with the shanks, and rigidly connected to the annular piston, while the inner cavity of the annular piston or retainer below the side hole is made tapering.