Комбінований гідравлічний розширювач свердловин

Реферат: Винахід належить до бурового обладнання і може бути використаний для розширення ствола свердловини в процесі буріння в необхідному діапазоні діаметрів. Комбінований гідравлічний UA 99386 C2 (12) UA 99386 C2 розширювач свердловин складається з корпуса з центральним промивальним каналом, всередині якого розташований підпружинений штовхач з можливістю переміщення, і закріплених на корпусі лап робочих елементів, що взаємодіють із штовхачем, при цьому у корпусі виконані бокові промивальні канали, які розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом після приведення лап в робоче положення. Згідно з винаходом корпус виконаний із збірних елементів, що включають основну циліндричну частину, верхню приєднувальну муфту і нижній заглушений ніпель із різьбовими з'єднаннями, герметичність яких забезпечується ущільнюючими кільцями, у стінках циліндричної частини корпуса виконано шість горизонтальних циліндричних прорізів, симетрично зміщених один відносно одного на кут 60°, які почергово через один мають розширені комірки, зміщені одна відносно одної на кут 120°, в яких розміщені робочі елементи, у вигляді лап, оснащених руйнівним інструментом, у внутрішній циліндричній частині корпуса розташований штовхач, виконаний у вигляді рухомого циліндричного поршня, нижня частина якого має конічну форму, нижній торець якої переходить в циліндричний стрижень, розміщений на підпружиненій опорі, пружина якої встановлена у ступінчатій циліндричній виточці заглушеного ніпеля, з можливістю взаємодії конічною частиною поршня-штовхача щонайменше з трьома робочими елементами, котрі встановлені у стінках циліндричної частини корпуса в горизонтальних циліндричних прорізах з можливістю переміщення в осьовому напрямку і зафіксовані на циліндричному стрижні пружним кільцем-фіксатором, для чого лапи мають внутрішню циліндричну опору, ззовні якої передбачена кільцева виточка під кільце-фіксатор, і верхня частина циліндричної опори кожної лапи має скошену поверхню під конічну частину поршня, при цьому кількість бокових промивальних каналів пропорційна кількості робочих елементів, канали виконані у стінках циліндричної частини корпуса зигзагоподібно, із двох похилих до низу ділянок і однієї вертикальної, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом після приведення поршня в робоче положення і направлені на зовнішній бік робочих елементів, для чого нетехнологічна частина цих каналів у верхній вертикальній і верхній бічній частинах ділянок закрита заглушками. Крім того, щонайменше три робочі елементи у вигляді лап можуть бути оснащені руйнівним інструментом у вигляді різців, зміщених один відносно одного на 120°, при цьому бічні промивальні канали над відсутніми робочими елементами закриті заглушками. Крім того, щонайменше три робочі елементи у вигляді лап можуть бути оснащені руйнівним інструментом у вигляді шарошок, зміщених одна відносно одної на 120° і розміщених у розширених комірках горизонтальних циліндричних прорізів в стінках циліндричної частини корпуса, при цьому бічні промивальні канали над відсутніми робочими елементами закриті заглушками. Крім того, робочі елементи у вигляді лап можуть бути поперемінно оснащені руйнівним інструментом - три у вигляді різців і три у вигляді шарошок. Використання винаходу забезпечує розширення ствола свердловини в необхідному діапазоні діаметрів для руйнування порід будь-якого класу твердості, а ефективність руйнування підвищується за рахунок спорядження пристрою ефективним взаємозв'язком поршня-штовхача з робочими елементами, оснащеними комбінованим руйнівним інструментом, придатним для руйнування порід будь-якої твердості, і подачею промивальної рідини безпосередньо у зону руйнування, що значно підвищує ефективність розширювача, оперативність проведення такої операції і зумовлює зниження витрат на спорудження свердловин. UA 99386 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до бурового обладнання і може бути використаний для розширення стволів свердловин в процесі буріння в необхідному діапазоні діаметрів. Відомий розширювач-калібратор, який складається з корпуса з приєднувальними різьбами, на корпусі якого жорстко закріплені ребра, котрі оснащені зносостійкими елементами для руйнування гірської породи [Спутник буровика. Справочник. - М.: Недра, 1986. - С.85, рис. 4.18]. Проте цей відомий розширювач має низьку ефективність розширення свердловин, оскільки ребра закріплені жорстко, крім того таке технічне рішення не забезпечує компактності пристрою в транспортному положенні, що звужує межі його застосування. Відомий також гідравлічний розширювач, який складається з перевідника і корпуса з центральним глухим отвором, робочі елементи/лапи якого оснащені шарошками і з'єднані з корпусом пальцями, встановленими у корпусі з зазором і зафіксовані заглушками, в центральний отвір корпуса встановлений поршень, з яким з'єднаний штовхач з радіальним зазором, між дном глухого отвору корпуса і заплечиками глушника розташована пружина і із штовхачем з'єднаний фіксатор [Гідравлічний розширювач. А.с. СРСР №247165, Е21В 7/28, опубл. 04.06.1969 р.]. Однак і цей розширювач має суттєві конструктивні недоліки і не відзначається належною ефективністю, що звужує межі його застосування. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, за технічною суттю є гідравлічний розширювач, що складається з корпуса, всередині якого розташований підпружинений штовхач з центральним промивальним каналом і шарнірно закріплених на корпусі лап з шарошками (робочих елементів), що взаємодіють із штовхачем, в якому штовхач оснащений радіально встановленим фіксатором і пробкою, розташованою у центральному промивальному каналі з можливістю осьового переміщення, а на внутрішній поверхні корпуса виконана кільцева виточка під фіксатор, який встановлений з можливістю взаємодії з пробкою, при цьому у штовхачі і корпусі виконані бокові промивальні канали, які розміщені з можливістю суміщення їх порожнин після приведення лап в робоче положення. Крім того в розширювачі бокові промивальні канали корпуса направлені на зовнішню сторону лап і торець фіксатора з боку пробки виконаний з нахилом, верхня грань якого є дотичною до поверхні центрального промивального каналу [Гідравлічний розширювач. А.с. СРСР на винахід №1535965, Е21В 7/28, опубл.15.01.1990 р. Бюл. №2]. Проте і цей розширювач не знайшов широкого застосування через те, що робочі елементи, лапи з шарошками, якими він споряджений, утримуються у розкритому положенні за рахунок перепаду тиску на поршні. Для досягнення максимального розкриття лап з шарошками у твердих породах необхідно витратити багато часу, оскільки розширення ствола свердловини здійснюється тильною стороною шарошок, які не мають ефективного озброєння для руйнування гірських порід, що значно знижує ефективність розширювача і зумовлює додаткові витрати на спорудження свердловин. В основу винаходу поставлено задачу створити комбінований гідравлічний розширювач з можливістю розширення ствола свердловини в необхідному діапазоні діаметрів для свердловин з породами будь-якої твердості шляхом оснащення пристрою робочими елементами з комбінованими руйнівним інструментом у вигляді різців та шарошок і ефективним взаємозв'язком поршня-штовхача з робочими елементами, озброєними руйнівним інструментом, придатним для руйнування будь-яких гірських порід, забезпечити підвищення ефективності операції розширення свердловини в необхідному діапазоні діаметрів, оперативність проведення такої операції і знизити витрати на спорудження свердловин. Поставлена задача вирішується тим, що комбінований гідравлічний розширювач свердловин, що складається з корпуса з центральним промивальним каналом, в середині якого розташований підпружинений штовхач з можливістю переміщення, і закріплених на корпусі лап робочих елементів, що взаємодіють із штовхачем, при цьому у корпусі виконані бокові промивальні канали, які розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом після приведення лап в робоче положення, згідно з винаходом корпус виконаний із збірних елементів, що включають основну циліндричну частину, верхню приєднувальну муфту і нижній заглушений ніпель із різьбовими з'єднаннями, герметичність яких забезпечується ущільнюючими кільцями, у стінках циліндричної частини корпуса виконано шість горизонтальних циліндричних прорізів, симетрично зміщених один відносно одного на кут 60°, які почергово через один мають розширені комірки, зміщені одна відносно одної на кут 120°, в яких розміщені робочі елементи у вигляді лап, оснащені руйнівним інструментом, у внутрішній циліндричній частині корпуса розташований штовхач, виконаний у вигляді рухомого циліндричного поршня, нижня частина якого має конічну форму, нижній торець якої переходить в циліндричний стрижень, розміщений на підпружиненій опорі, пружина якої встановлена у 1 UA 99386 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ступінчатій циліндричнійвиточці заглушеного ніпеля, з можливістю взаємодії конічною частиною поршня-штовхача щонайменше з трьома робочими елементами, котрі встановлені у стінках циліндричної частини корпуса в горизонтальних циліндричних прорізах з можливістю переміщення в осьовому напрямку і зафіксовані на циліндричному стрижні пружним кільцемфіксатором, для чого лапи мають внутрішню циліндричну опору, ззовні якої передбачена кільцева виточка під пружне кільце-фіксатор, і верхня частина циліндричної опори кожної лапи має скошену поверхню під конічну частину поршня, при цьому кількість бокових промивальних каналів пропорційна кількості робочих елементів, канали виконані у стінках циліндричної частини корпуса зигзагоподібно, із двох похилих до низу ділянок і однієї вертикальної, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом після приведення поршня в робоче положення і направлені на зовнішній бік робочих елементів, для чого нетехнологічна частина цих каналів у верхній вертикальній і верхній бічній частинах ділянок закрита заглушками. Крім того, щонайменше три робочі елементи у вигляді лап оснащені руйнівним інструментом у вигляді різців, зміщених один відносно одного на 120°, при цьому бічні промивальні канали над відсутніми робочими елементами закриті заглушками. Крім того, щонайменше три робочі елементи у вигляді лап оснащені руйнівним інструментом у вигляді шарошок, зміщених одна відносно одної на 120° і розміщених в розширених комірках горизонтальних циліндричних прорізів в стінках циліндричної частини корпуса, при цьому бічні промивальні канали над відсутніми робочими елементами закриті заглушками. Крім того, робочі елементи у вигляді лап поперемінно оснащені руйнівним інструментом - три у вигляді різців і три у вигляді шарошок. Саме завдяки пропонованим суттєвим ознакам, винахід відповідає критеріям новизни і винахідницького рівня, зокрема: завдяки виконанню корпуса із збірних елементів, що включають основну циліндричну частину, верхню приєднувальну муфту і нижній заглушений ніпель із різьбовими з'єднаннями, герметичність яких забезпечують ущільнюючими кільцями; розташуванням у циліндричній частині корпуса штовхача, який виконують у вигляді рухомого циліндричного поршня з конічною формою його нижньої частини, нижній торець якої переходить в циліндричний стрижень; розміщенням циліндричного стрижня на підпружиненій опорі, пружина якої встановлена у циліндричній виточці заглушеного ніпеля, забезпечується можливість переміщатися поршню-штовхачу по вертикалі під дією тиску промивальної рідини і повертатися у вихідне положення після зниження тиску, чим забезпечується можливість взаємодії конічної частини поршня-штовхача з лапами робочих елементів, які оснащені руйнівним інструментом і встановлені у стінках циліндричної частини корпуса у відповідних шести горизонтальних циліндричних прорізах, симетрично зміщених один відносно одного на кут 60°, і зафіксовані на циліндричному стрижні пружним кільцем-фіксатором, для чого лапи мають внутрішню циліндричну опору, ззовні якої передбачена кільцева виточка під пружне кільце-фіксатор, і верхня частина циліндричної опори кожної лапи має скошену поверхню під конічну частину поршня; передбачення комбінацій використання руйнівного інструменту - трьох різців, і/або трьох шарошок, і/або поперемінно трьох різців і трьох шарошок, при цьому для розміщення шарошок у транспортному положенні у горизонтальних циліндричних прорізах в стінках циліндричної частини корпуса, передбачені почергово через один розширені комірки, зміщені відносно одна одної на кут 120° - розширює діапазон руйнування порід будь-якої твердості, руйнування яких підсилюється гідроефектом, для чого передбачені бокові промивальні канали, кількість яких пропорційна кількості робочих елементів, при цьому канали виконані у стінках циліндричної частини корпуса зигзагоподібно, із двох похилих до низу ділянок і однієї вертикальної, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом після приведення поршня в робоче положення і направлені на зовнішній бік робочих елементів. Нетехнологічна частина цих каналів у верхній вертикальній і верхній бічній частинах ділянок закрита заглушками. Таким чином сукупністю відомих і внесених суттєвих ознак маємо комплексне технічне рішення, яке забезпечує досягнення технічного результату, що досягається при вирішенні поставленої задачі винаходу. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На фіг. 1 зображено комбінований гідравлічний розширювач свердловин з робочим інструментом у вигляді лап, оснащених різцями (поздовжній переріз) у транспортному положенні; на фіг. 2 - те ж у робочому положенні; на фіг. 3 - поперечний переріз А-А фіг. 2; на фіг. 4 - комбінований гідравлічний розширювач свердловин з робочим інструментом у вигляді лап, оснащених шарошками (поздовжній переріз) у транспортному положенні; на фіг. 5 - те ж у робочому положенні; на фіг. 6 - поперечний переріз Б-Б фіг. 5; на фіг. 7 - комбінований гідравлічний розширювач свердловин з робочим інструментом у вигляді лап, оснащених 2 UA 99386 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 поперемінно різцями і шарошками (поздовжній переріз) у транспортному положенні; на фіг. 8 те ж у робочому положенні і на фіг. 9 - поперечний переріз В-В фіг. 8. Комбінований гідравлічний розширювач свердловин складається з корпуса, виконаного із збірних елементів, що включають основну циліндричну частину 1, верхню приєднувальну муфту 2 з приєднувальною різьбою 29 і нижній заглушений ніпель 3 з приєднувальною різьбою 30. Герметичність різьбових з'єднань корпуса забезпечується ущільнюючими кільцями 4. У стінках циліндричної частини корпуса виконано шість горизонтальних циліндричних прорізів 5, симетрично зміщених один відносно одного на кут 60°, в яких розміщені робочі елементи у вигляді лап 7. Лапи (7) оснащені руйнівним інструментом 8 і 9. Горизонтальні прорізи (5) почергово через один мають розширені комірки 6 для розміщення в транспортному положенні руйнівних інструментів (9). У внутрішній циліндричній частині корпуса (1) розташований рухомий циліндричний поршень-штовхач 10, нижня частина якого має конічну форму 11, нижній торець якої переходить в циліндричний стрижень 12, розміщений на підпружиненій опорі 13, пружина 14 якої встановлена у циліндричній ступінчатій виточці 15 заглушеного ніпеля (3) з можливістю взаємодії конічною частиною (11) поршня-штовхача (10) щонайменше з трьома робочими елементами (7). Робочі елементи/лапи (7) встановлені у стінках циліндричної частини корпуса (1) в горизонтальних циліндричних прорізах (5) з можливістю переміщення в осьовому напрямку і зафіксовані на циліндричному стрижні (12) пружним кільцем-фіксатором 16. Лапи (7) мають внутрішню циліндричну опору 17, ззовні якої передбачена кільцева виточка 18 під кільцефіксатор (16). Верхня частина циліндричної опори (17) кожної лапи (7) має скошену поверхню 19 під конічну частину (11) поршня (10). Кількість бокових промивальних каналів 20 пропорційна кількості робочих елементів (7). Канали (20) виконані у стінках циліндричної частини корпуса (1) зигзагоподібно, із двох похилих до низу ділянок 21 і 22 і однієї вертикальної 23, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом 24 після приведення поршня (10) в робоче положення і направлені на зовнішній бік робочих елементів (7). Нетехнологічна частина каналів (20) у верхній вертикальній і верхній бічній частинах ділянок закрита заглушками 25 і 26. Крім того комбінований гідравлічний розширювач передбачає варіанти, в яких: щонайменше три робочі елементи у вигляді лап (7) оснащені руйнівним інструментом у вигляді різців 8 зі зміщенням один відносно одного на 120°, при цьому бічні промивальні канали (20) над відсутніми робочими елементами (7) закриті заглушками 27; щонайменше три робочі елементи у вигляді лап (7) оснащені руйнівним інструментом у вигляді шарошок 9 зі зміщенням одна відносно одної на 120° і розміщенням у розширених комірках (6) горизонтальних прорізів (5), при цьому бічні промивальні канали (20) над відсутніми робочими елементами (7) закриті заглушками 28; робочі елементи у вигляді лап (7) поперемінно оснащені руйнівним інструментом - три у вигляді різців (8) і три у вигляді шарошок (9). Комбінований гідравлічний розширювач свердловин працює так. Компонують розширювач на поверхні відповідно до твердості порід. У випадку необхідності розширювання свердловини у порадах незначної твердості розширювач компонують трьома робочими інструментами у вигляді лап 7, оснащених різцями 8 з розміщенням у горизонтальних прорізах 5 зі зміщенням між собою на 120°. Три інші бічні промивальні канали 20 над вільними прорізами 5 закривають заглушками 27. Підготовлений таким чином до роботи на поверхні розширювач у компонуванні низу бурильної колони з допомогою приєднувальних різьб 29 і 30 у транспортному положенні (фіг. 1) спускають у визначений інтервал необхідного розширення свердловини. З досягненням визначеної глибини колону труб заповнюють промивальною рідиною і насосом створюють перепад тиску на рухомий поршень-штовхач 10, оскільки бічні промивальні канали 20 перекриті циліндричною частиною поршня 10. Під дією перепаду тиску рухомий поршень-штовхач 10 зміщується вниз і конічною частиною 11 взаємодіє з лапами робочих елементів 7, з їх скошеною поверхнею 19, заставляючи лапи 7 переміщатися в осьовому напрямку по горизонталі, розкриваючи їх (фіг. 2). Одночасно зі зміщенням поршня 10 вниз відкриваються бічні промивальні канали 20 для подачі промивальної рідини у зону руйнування гірської породи у місце її контакту з різцями 8 робочих елементів 7. Створюючи осьове навантаження і одночасно обертаючи колону труб, проводять розширення ствола свердловини до розміру, що забезпечується максимальним розкриттям робочих елементів 7 розширювача. По закінченні операції розширення припиняють циркуляцію промивальної рідини, перепад тиску зменшується, поршень-штовхач 10 повертається у вихідне положення і під дією пружного кільця-фіксатора 16 робочі елементи 7 повертаються у транспортне положення (фіг. 1). 3 UA 99386 C2 5 10 15 У випадку необхідності розширення свердловини у породах середньої і незначної твердості розширювач компонують трьома робочими інструментами у вигляді лап 7, оснащених шарошками 9 (фіг. 4, фіг. 5 і фіг. 6) з розміщенням шарошок 9 у розширених комірках 6 горизонтальних прорізів 5 зі зміщенням між собою на 120°. Три інші бічні промивальні канали 20 над вільними прорізами 5 закривають заглушками 28. Операцію розширення здійснюють аналогічно наведеному вище. У випадку необхідності розширення свердловини у твердих і надтвердих породах розширювач компонують трьома робочими інструментами у вигляді лап 7, оснащених поперемінно різцями 8 і шарошками 9 (фіг. 7, фіг. 8 і фіг. 9), при цьому всі бокові промивальні канали 20 залишають відкритими. Операцію розширення здійснюють аналогічно наведеному вище. Використання пропонованого винаходу забезпечує розширення ствола свердловини в необхідному діапазоні діаметрів з руйнуванням порід будь-якого класу твердості, а ефективність руйнування підвищується за рахунок забезпечення пристрою ефективним взаємозв'язком поршня-штовхача з робочими елементами, оснащеними комбінованим руйнівним інструментом, придатним для руйнування порід будь-якої твердості, і подачею промивальної рідини безпосередньо у зону руйнування, що значно підвищує ефективність розширювача, оперативність проведення такої операції і зумовлює зниження витрат на спорудження свердловин. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Комбінований гідравлічний розширювач свердловин, що складається з корпуса з центральним промивальним каналом, всередині якого розташований підпружинений штовхач з можливістю переміщення, і закріплених на корпусі лап робочих елементів, що взаємодіють із штовхачем, при цьому у корпусі виконані бокові промивальні канали, які розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом після приведення лап в робоче положення, який відрізняється тим, що корпус виконаний із збірних елементів, що включають основну циліндричну частину, верхню приєднувальну муфту і нижній заглушений ніпель із різьбовими з'єднаннями, герметичність яких забезпечується ущільнюючими кільцями, у стінках циліндричної частини корпуса виконано шість горизонтальних циліндричних прорізів для розміщення робочих елементів, симетрично зміщених один відносно одного на кут 60°, які почергово через один мають розширені комірки, зміщені одна відносно одної на кут 120°, у внутрішній циліндричній частині корпуса розташований штовхач, виконаний у вигляді рухомого циліндричного поршня, нижня частина якого має конічну форму, нижній торець якої переходить в циліндричний стрижень, розміщений на підпружиненій опорі, пружина якої встановлена у циліндричній виточці заглушеного ніпеля, з можливістю взаємодії конічною частиною поршняштовхача щонайменше з трьома робочими елементами у вигляді лап, оснащених руйнівним інструментом, котрі встановлені у стінках циліндричної частини корпуса в горизонтальних циліндричних прорізах з можливістю переміщення в осьовому напрямку і зафіксовані на циліндричному стрижні пружним кільцем-фіксатором, для чого лапи мають внутрішню циліндричну опору, ззовні якої передбачена кільцева виточка під кільце-фіксатор, і верхня частина циліндричної опори кожної лапи має скошену поверхню під конічну частину поршня, при цьому кількість бокових промивальних каналів пропорційна кількості робочих елементів, канали виконані у стінках циліндричної частини корпуса зигзагоподібно, із двох похилих до низу ділянок і однієї вертикальної, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивальним каналом після приведення поршня в робоче положення і направлені на зовнішній бік робочих елементів, для чого нетехнологічна частина цих каналів у верхній вертикальній і верхній бічній частинах ділянок закрита заглушками. 2. Комбінований гідравлічний розширювач свердловин за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше три робочі елементи у вигляді лап оснащені руйнівним інструментом у вигляді різців, зміщених один відносно одного на 120°, при цьому бічні промивальні канали над відсутніми робочими елементами закриті заглушками. 3. Комбінований гідравлічний розширювач свердловин за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше три робочі елементи у вигляді лап оснащені руйнівним інструментом у вигляді шарошок, які розміщені в розширених комірках горизонтальних циліндричних прорізів в стінках циліндричної частини корпуса і зміщені один відносно одного на 120°, при цьому бічні промивальні канали над відсутніми робочими елементами закриті заглушками. 4. Комбінований гідравлічний розширювач свердловин за п. 1, який відрізняється тим, що робочі елементи у вигляді лап поперемінно оснащені руйнівним інструментом - три у вигляді 4 UA 99386 C2 різців і три у вигляді шарошок, при цьому шарошки розміщені в розширених комірках горизонтальних циліндричних прорізів в стінках циліндричної частини корпуса і зміщені одна відносно одної на 120°. 5 UA 99386 C2 6 UA 99386 C2 7 UA 99386 C2 8 UA 99386 C2 9 UA 99386 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10