Гідравлічний розширювач свердловин з штовхачем зі вставною пробкою змінної форми

Реферат: Гідравлічний розширювач свердловин складається з корпуса з центральним промивним каналом, всередині якого розташований штовхач. Для забезпечення розширення ствола свердловини в необхідному діапазоні діаметрів центральний промивний канал в корпусі виконаний двоступінчатим, у верхній розширеній циліндричній частині якого розташований штовхач, виконаний у вигляді рухомого циліндричного поршня з вставною пробкою із легкодеформівного матеріалу у вигляді циліндра змінної форми, розміщеною під поршнем на опорі, встановленій на ступінчатому переході центрального промивного каналу і виконаній за ступінчатою формою, що відповідає формі цього переходу, з можливістю взаємодії поршня UA 99775 C2 (12) UA 99775 C2 штовхача змінною формою пробки щонайменше з трьома робочими елементами у вигляді лап, оснащених різцями і встановлених на осях у стінках корпуса у вертикальних прорізах, симетрично зміщених один відносно одного на кут, пропорційний кількості прорізів і робочих елементів, з можливістю вільного провертання на осях і максимального розкриття під дією поршня штовхача і змінної форми пробки. UA 99775 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 заплічниками глушника розташована пружина і із штовхачем з'єднаний фіксатор [Гідравлічний розширювач. А. св. СРСР №247165, МКИ Е21В 7/28 від 04.04.1969р.]. 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. cв. СРСР на винахід №1535965, МКИ Е21В 7/28, Бюл.№2,15.01.1990р.]. 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. У процесі розширення стінкам свердловини не завжди вдається надати форму циліндра належного діаметра в процесі застосування цього пристрою. 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 ефективним взаємозв'язком штовхача з мобільними 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 в гідравлічному розширювачі свердловин з штовхачем із вставною пробкою змінної форми, що складається з корпуса з центральним промивним каналом, всередині якого розташований штовхач, шарнірно закріплених на корпусі робочих елементів, що взаємодіють із штовхачем, який оснащений радіально встановленим у боковій виточці корпуса фіксатором, і пробкою, розташованою у центральному промивному каналі, при цьому у корпусі виконані бокові промивні канали, які розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивним каналом, згідно з пропонованим винаходом, центральний промивний канал в корпусі виконаний двоступінчатим, у верхній розширеній циліндричній частині якого розташований штовхач, виконаний у вигляді рухомого циліндричного поршня зі вставною пробкою із легкодеформівного матеріалу у вигляді циліндра змінної форми, розміщеною під поршнем на опорі, встановленій на ступінчатому переході центрального промивного каналу і виконаній за ступінчатою формою, що відповідає формі цього переходу, з можливістю взаємодії поршня штовхача змінною формою пробки щонайменше з трьома робочими елементами у вигляді лап, оснащених різцями і встановлених на осях у стінках корпуса у вертикальних прорізах, симетрично зміщених один відносно одного на кут, 1 UA 99775 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пропорційний кількості прорізів і робочих елементів, з можливістю вільного провертання на осях і максимального розкриття під дією поршня штовхача і змінної форми пробки, при цьому на зовнішній стороні корпуса і на лапах, відповідно, виконана кругова виточка, у якій розміщено пружинне кільце-фіксатор робочих елементів, поршень оснащений обмежувачем ходу у вигляді вертикального бічного паза під радіально встановлений у корпусі фіксатор поршня, кількість бокових промивних каналів пропорційна кількості робочих елементів, канали виконані у корпусі зигзагоподібно, із двох похилих до низу ділянок і однієї вертикальної, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивним каналом після приведення поршня в робоче положення і направлені на зовнішню сторону робочих елементів, при цьому нетехнологічна частина цих каналів у нижній вертикальній і верхній бічній частинах ділянок закрита заглушками. Саме завдяки пропонованим суттєвим ознакам, зокрема двоступінчатого виконання центрального промивного каналу маємо можливість у його верхній розширеній циліндричній частині встановити штовхач у вигляді рухомого циліндричного поршня з пробкою змінної форми, при цьому ця змінна форма забезпечується виконанням пробки із легкодеформівного матеріалу, як приклад із поліуролетану, у вигляді вставного циліндра, який під тиском поршня набуває змінної форми, тобто розширюється, оскільки розміщений під поршнем на опорі, встановленій на ступінчатому переході центрального промивного каналу, і повертається до попередньої форми після зняття тиску і повернення поршня у вихідне положення. Розширення пробки/циліндра по діаметру забезпечує можливість взаємодії щонайменше з трьома робочими елементами у вигляді лап, оснащених різцями і встановлених у стінках корпуса у вертикальних прорізах, симетрично зміщених один відносно одного на кут, пропорційний кількості прорізів і робочих елементів на осях з можливістю вільного провертання і максимального розкриття під дією поршня і змінної форми пробки в залежності від тиску промивної рідини на поршень. Промислову придатність за принципом роботи забезпечує, крім того, передбачення виконання на зовнішній стороні корпуса і на лапах, відповідно, кругової виточки, у якій розміщено пружинне кільце-фіксатор робочих елементів, що обмежує розкриття лап у робочому стані і забезпечує їх повернення у транспортний стан. Поршень в свою чергу оснащений обмежувачем ходу у вигляді вертикального бічного паза під радіально встановлений у корпусі фіксатор. Конкретизуючими і доповнюючими ознаками є визначена кількість бокових промивних каналів, які визначають і виконують у корпусі пропорційно кількості робочих елементів, тобто щонайменше трьох, канали виконані зигзагоподібно, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивним каналом після приведення поршня в робоче положення і направлені на зовнішню сторону робочих елементів, при цьому нетехнологічну частину каналів у нижній вертикальній і верхній бічній частині ділянках закривають заглушками, забезпечуючи таким чином можливість суміщення порожнин бічних промивних каналів з центральним промивним каналом після приведення поршня, а відповідно і лап робочих елементів в робоче положення і направлення на зовнішню сторону елементів в місце руйнування гірських порід промивальної рідини, що полегшує руйнування гірських порід різцям робочих елементів. 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 кресленнями. На Фіг. 1 наведено гідравлічний розширювач свердловин з штовхачем із пробкою змінної форми в повздовжньому розрізі (транспортне положення); на Фіг. 2 - теж з приведеними робочими елементами у робочий стан і на Фіг. 3 - розширювач у поперечному розрізі по лінії АА. Гідравлічний розширювач свердловин зі штовхачем із пробкою змінної форми складається з корпуса 1 з приєднувальними різьбами у вигляді муфти 2 і ніпеля 3. У центральній частині корпуса (1) виконаний двоступінчатий прохідний канал 4, всередині якого на ступінчатому переході встановлена опора 5, на яку опирається вставна пробка/вставний циліндр змінної форми 6, виконана з легкодеформівного матеріалу, як приклад з поліуретану. Над вставним циліндром (6) встановлений рухомий циліндричний поршень штовхача 7 з пазом 8 під фіксатор 9, радіально закріплений у корпусі (1). У стінках корпуса (1) виконані вертикальні прорізи 10, як приклад конкретного виконання три, зміщені один відносно одного на 120°, в яких встановлені відповідно три робочі елементи 11, у вигляді лап, оснащені різцями 12. Робочі елементи (11) закріплені на осях 13, відносно яких можуть вільно провертатись. У корпусі (1) виконані, як приклад, три промивні канали 14, зміщені один відносно одного на 120° для подачі промивальної рідини у зону руйнування гірської породи, при цьому кількість каналів (14) відповідає кількості робочих елементів (11) і виконані зигзагоподібно таким чином, що подача промивальної рідини у зону руйнування гірської породи 2 UA 99775 C2 5 10 15 20 25 30 35 після приведення поршня в робочий стан здійснюється на зовнішній бік лап, оснащених різцями (12) . Нетехнологічна частина каналів (14) закрита заглушками 15 (у нижній вертикальній ділянці) і 16 (у верхній похилій бічній ділянці). Крім того, на зовнішній стороні корпуса (1) і відповідно на лапах робочих елементів (11) виконана кругова виточка 17, у якій встановлено пружинне кільце - фіксатор 18 робочих елементів (11). Гідравлічний розширювач свердловин зі штовхачем із вставною пробкою змінної форми працює наступним чином. Підготовлений до роботи на поверхні розширювач у компоновці низу бурильної колони за допомогою приєднувальних різьб 2 і 3 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 штовхача 7, оскільки бічні промивні канали 14 перекриті поршнем 7. Під дією перепаду тиску рухомий поршень штовхача 7 зміщується вниз на довжину паза 8, довжина якого визначає ступінь деформації вставної пробки і, як наслідок, величину розкриття робочих елементів. Зміщуючись вниз, поршень 7 деформує вставну пробку/вставний циліндр 6, виконану, як приклад, з поліуретану, яка збільшуючись у радіальному напрямку, взаємодіє з робочими елементами 11 (з їх тильною стороною), розкриваючи їх (Фіг. 2). Одночасно зі зміщенням поршня 7 вниз, відкриваються бічні промивні канали 14 для подачі промивальної рідини у зону руйнування гірської породи у місце її контакту з різцями 12 робочих елементів 11. Створюючи осьове навантаження і одночасно обертаючи колону труб, проводять розширення ствола свердловини до розміру, що забезпечується максимальним розкриттям робочих елементів 11 розширювача. По закінченні операції розширення припиняють циркуляцію промивальної рідини, перепад тиску зменшується, поршень штовхача 7 повертається у вихідне положення і вставна пробка 6 набуває початкової циліндричної форми. Під дією пружного кільця-фіксатора 18 робочі елементи 11 повертаються у транспортне положення (Фіг. 1). За потреби, вставну пробку можна легко замінити на нову, відповідної пружності, що узгоджується з твердістю гірських порід і передачею належного зусилля робочим органам розширювача, для підтримування їх в розкритому (робочому) положенні і забезпечення потрібної ефективності роботи розширювача. Використання пропонованого винаходу забезпечує розширення ствола свердловини в необхідному діапазоні діаметрів, причому руйнування порід забезпечується незалежно від класу їх твердості, а ефективність руйнування підвищується за рахунок спорядження пристрою ефективним взаємозв'язком штовхача з мобільними і ефективними робочими елементами, що взаємодіють із штовхачем з вставною пробкою із змінною формою, і подачею промивальної рідини безпосередньо у зону руйнування значно підвищують ефективність розширювача, оперативність проведення такої операції, що зумовлює зниження витрат на спорудження свердловин. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 Гідравлічний розширювач свердловин зі штовхачем із вставною пробкою змінної форми, що складається з корпуса з центральним промивним каналом, всередині якого розташований штовхач, шарнірно закріплених на корпусі робочих елементів, що взаємодіють із штовхачем, який оснащений радіально встановленим у боковій виточці корпуса фіксатором, і пробкою, розташованою у центральному промивному каналі, при цьому у корпусі виконані бокові промивні канали, які розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивним каналом, який відрізняється тим, що центральний промивний канал в корпусі виконаний двоступінчатим, у верхній розширеній циліндричній частині якого розташований штовхач, виконаний у вигляді рухомого циліндричного поршня зі вставною пробкою із легкодеформівного матеріалу у вигляді циліндра змінної форми, розміщеною під поршнем на опорі, встановленій на ступінчатому переході центрального промивного каналу і виконаній за ступінчатою формою, що відповідає формі цього переходу, з можливістю взаємодії поршня штовхача змінною формою пробки щонайменше з трьома робочими елементами у вигляді лап, оснащених різцями і встановлених на осях у стінках корпуса у вертикальних прорізах, симетрично зміщених один відносно одного на кут, пропорційний кількості прорізів і робочих елементів, з можливістю вільного провертання на осях і максимального розкриття під дією поршня штовхача і змінної форми пробки, при цьому на зовнішній стороні корпуса і на лапах, відповідно, виконана кругова виточка, у якій розміщено пружинне кільце-фіксатор робочих елементів, поршень оснащений обмежувачем ходу у вигляді вертикального бічного паза під радіально встановлений у корпусі фіксатор поршня, кількість бокових промивних каналів пропорційна кількості робочих елементів, 3 UA 99775 C2 5 канали виконані у корпусі зигзагоподібно, із двох похилих до низу ділянок і однієї вертикальної, розміщені з можливістю суміщення їх порожнин з центральним промивним каналом після приведення поршня в робоче положення і направлені на зовнішню сторону робочих елементів, при цьому нетехнологічна частина цих каналів у нижній вертикальній і верхній бічній частинах ділянок закрита заглушками. 4 UA 99775 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 5