Гідравлічний розширювач свердловини з ексцентричними робочими елементами

Реферат: Гідравлічний розширювач свердловини складається з корпуса з приєднувальними різьбами у вигляді муфт і робочих елементів, встановлених і шарнірно закріплених у корпусі з можливістю розкриття під дією промивної рідини в процесі руйнування гірських порід. Для підвищення ефективності операції розширення свердловини в необхідному діапазоні діаметрів та оперативності проведення такої операції у центральній частині корпуса виконаний поздовжній прохідний канал, всередині якого встановлений пружинний елемент у вигляді гумового рукава, кінці якого закріплені з корпусом круговими металевими кільцями і болтами, у стінках корпуса UA 97903 C2 (12) UA 97903 C2 виконано щонайменше три вертикальні прорізи, симетрично зміщені один відносно одного на кут, пропорційний кількості прорізів, у яких встановлені ексцентричні кулачки, оснащені робочими ріжучими елементами, закріпленими на осях з можливістю вільного провертання і максимального розкриття під дією промивної рідини в процесі руйнування гірських порід, при цьому на зовнішній стороні корпуса і ексцентричних кулачках, відповідно, виконана кругова виточка, у якій розміщено пружинне кільце-фіксатор. UA 97903 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. М.: Недра, 1981. - С. 48, рис. 20]. 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, МКИ Е21В7/28 від 04.04.1969 р.]. Однак і цей розширювач має суттєві конструктивні недосконалості 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 промивним 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 промивному 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 промивні канали, які розміщені з можливістю суміщення їх порожнин після приведення лап в робоче положення. Крім того, в розширювачі бокові промивні канали корпуса направлені на зовнішню сторону лап і торець фіксатора з боку пробки виконаний з нахилом, верхня грань якого є дотичною з поверхнею центрального промивного каналу [Гідравлічний розширювач. А. c. СРСР на винахід №1535965, МКИ Е21В7/28, Бюл. №2, 15.01.1990 р.]. Проте 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. У процесі розширення тиск, який створюють бурові насоси, нестабільний, що впливає на зміну положення лап, через що стінкам свердловини не вдається надати форму циліндра належного діаметра в процесі застосування цього пристрою. Крім того, 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 ефективний гідравлічний розширювач з можливістю розширення ствола свердловини в необхідному діапазоні діаметрів, в тому числі і свердловин з твердими породами буріння, шляхом спорядження пристрою ексцентричними робочими елементами, придатними для руйнування твердих 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 гідравлічний розширювач свердловини, що складається з корпуса з приєднувальними різьбами у вигляді муфт і робочих елементів, встановлених і шарнірно закріплених у корпусі з можливістю розкриття під дією промивної рідини в процесі руйнування гірських порід, згідно з пропонованим винаходом, у центральній частині корпуса виконаний поздовжній прохідний канал, всередині якого встановлений пружинний елемент у вигляді гумового рукава, кінці якого закріплені з корпусом круговими металевими кільцями і болтами, у стінках корпуса виконано щонайменше три вертикальні прорізи, симетрично зміщені один відносно одного на кут, пропорційний кількості прорізів, у яких встановлені ексцентричні кулачки, оснащені робочими ріжучими елементами, закріпленими на осях з можливістю вільного провертання і максимального розкриття під дією промивної рідини в процесі руйнування гірських порід, при цьому на зовнішній стороні корпуса і ексцентричних кулачках, відповідно, виконана кругова виточка, у якій розміщено пружинне кільце-фіксатор. Саме завдяки встановленню всередині центрального прохідного каналу корпуса пружинного елемента у вигляді гумового рукава, кінці якого закріплені в корпусі круговими металевими 1 UA 97903 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 кільцями і болтами, і виконанню у стінках вертикальних прорізів, симетрично зміщених один відносно одного на кут, пропорційний кількості таких прорізів, як приклад щонайменше трьох, коли кут зміщення між ними становить 120°, і встановлення у ці прорізи ексцентричних кулачків, оснащених робочими ріжучими елементами, закріпленими на осях з можливістю вільного провертання, забезпечують можливість максимального розкриття робочих органів під дією промивної рідини в процесі руйнування гірських порід. При цьому для забезпечення надійності фіксації такого механізму на зовнішній стороні корпуса і ексцентричних кулачках, відповідно, виконана кругова виточка, у якій розміщено пружинне кільце-фіксатор. Таким чином сукупністю відомих і внесених суттєвих ознак маємо комплексне технічне рішення, яке забезпечує досягнення технічного результату, достатнього для вирішення поставленої задачі винаходу. Суть винаходу пояснюється кресленням. На Фіг. 1 наведено гідравлічний розширювач свердловини з ексцентричними робочими елементами в повздовжньому розрізі; на Фіг. 2 - теж у поперечному розрізі. Гідравлічний розширювач з ексцентричними робочими органами складається з корпуса 1 з приєднувальними різьбами у вигляді муфт 2. У центральній частині корпуса (1) виконаний прохідний канал 3, всередині якого встановлений пружний елемент у вигляді гумового рукава 4, кінці якого закріплені круговими металевими кільцями 5 за допомогою болтів 6. У стінках корпуса (1) виконані вертикальні прорізи 7, як приклад конкретного виконання три, зміщені один відносно одного на 120°, в яких встановлені відповідно три ексцентричні кулачки 8, оснащені робочими ріжучими елементами 9. Кулачки закріплені на осях 10, відносно яких можуть вільно провертатись. Крім того, на зовнішній стороні корпуса (1) і відповідно на ексцентричних кулачках (8) виконана кругова виточка 12, в якій встановлено пружинне кільце-фіксатор 11. Гідравлічний розширювач свердловини з ексцентричними робочими елементами працює наступним чином. Підготовлений до роботи на поверхні розширювач у компоновці низу бурильної колони за допомогою приєднувальних різьб 2 і у транспортному положенні (фіг. 1) спускають у визначений інтервал необхідного розширення свердловини. З досягненням визначеної глибини відновлюють циркуляцію промивної рідини, за рахунок чого всередині колони труб утворюється перепад тиску. Під дією перепаду тиску пружинний елемент 4 розширюється, виштовхуючи ексцентричні робочі елементи 8 назовні, шляхом провертання їх відносно осі 10. Створюючи осьове навантаження і одночасно обертаючи колону труб, проводять розширення ствола свердловини до розміру, що забезпечується максимальним поворотом ексцентричних робочих елементів на кут 90° відносно їх транспортного положення. По закінченні операції розширення ствола свердловини припиняють циркуляцію промивної рідини, перепад тиску зникає і під дією пружинного кільця 11 робочі ексцентричні елементи 8 повертаються у вихідне положення. Розширювач стає готовим до підйому або переміщення у інший інтервал свердловини для проведення наступної операції розширення. Використання гідравлічного розширювача з ексцентричними робочими елементами згідно з пропонованим винаходом, забезпечує розширення ствола свердловини в необхідному діапазоні діаметрів, в тому числі і свердловин з твердими породами буріння, за рахунок спорядження пристрою ексцентричними робочими елементами, придатними для руйнування твердих гірських порід, що значно підвищує ефективність розширювача, оперативність проведення такої операції і зумовлює зниження витрат на спорудження свердловин. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Гідравлічний розширювач свердловини, що складається з корпуса з приєднувальними різьбами у вигляді муфт і робочих елементів, встановлених і шарнірно закріплених у корпусі з можливістю розкриття під дією промивної рідини в процесі руйнування гірських порід, який відрізняється тим, що у центральній частині корпуса виконаний поздовжній прохідний канал, всередині якого встановлений пружинний елемент у вигляді гумового рукава, кінці якого закріплені з корпусом круговими металевими кільцями і болтами, у стінках корпуса виконано щонайменше три вертикальні прорізи, симетрично зміщені один відносно одного на кут, пропорційний кількості прорізів, у яких встановлені ексцентричні кулачки, оснащені робочими ріжучими елементами, закріпленими на осях з можливістю вільного провертання і максимального розкриття під дією промивної рідини в процесі руйнування гірських порід, при цьому на зовнішній стороні корпуса і ексцентричних кулачках, відповідно, виконана кругова виточка, у якій розміщено пружинне кільце-фіксатор. 2 UA 97903 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 3