RU153208U1 - Borehole Expander - Google Patents

Abstract

1. Расширитель скважинный, содержащий трубчатый корпус с внутренним каналом и радиальными окнами, выдвижные режущие элементы, кольцевой поршень, срезной элемент, пружину, шар, отличающийся тем, что на трубчатом корпусе выполнен упорный торец, ограничивающий движение режущих элементов, наклонная направляющая выполнена в виде гладкого конуса, соединительные узлы включают одну ось вращения, причем в транспортном положении соединительные узлы расположены внутри трубчатого корпуса, на верхнем торце кольцевого поршня выполнено седло с возможностью посадки шара для обеспечения принудительной деактивации.2. Расширитель скважинный по п. 1, отличающийся тем, что на каждом из режущих элементов выполнен промывочный канал.1. A downhole extender comprising a tubular body with an internal channel and radial windows, retractable cutting elements, an annular piston, a shear element, a spring, a ball, characterized in that a stop face is made on the tubular body restricting the movement of the cutting elements, the inclined guide is made in the form smooth cone, the connecting nodes include one axis of rotation, and in the transport position the connecting nodes are located inside the tubular body, at the upper end of the annular piston there is a saddle with the possibility of by landing the ball to ensure forced deactivation. 2. Downhole extender according to claim 1, characterized in that a flushing channel is made on each of the cutting elements.

Description

Полезная модель относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины в заданном интервале.The utility model 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.

Известен расширитель скважинный, включающий корпус, выдвижные режущие элементы, установленные в продольных пазах корпуса, поршень на подвижном пустотелом штоке с блокирующим кольцевым утолщением на наружной поверхности, цилиндрическую пружину, струйные насадки (патент РФ №2299303, МПК E21B 7/28, публ. 20.01.2007 г.).Known borehole extender, comprising a housing, retractable cutting elements installed in the longitudinal grooves of the housing, a piston on a movable hollow stem with a blocking annular thickening on the outer surface, a coil spring, jet nozzles (RF patent No. 2299303, IPC E21B 7/28, publ. 20.01 .2007).

Недостатком данного устройства является его невысокая надежность, связанная с возможностью заклинивания режущих элементов и невозврата их в транспортное положение из-за засорения шламом полости между корпусом и блокирующим кольцевым утолщением.The disadvantage of this device is its low reliability, associated with the possibility of jamming of the cutting elements and not returning them to the transport position due to clogging by the sludge of the cavity between the body and the blocking annular thickening.

Недостатком является отсутствие фиксации режущих элементов в транспортном положении при спуске расширителя в скважину до заданного интервала и, как следствие, возможность зацепа вооружения лопастей за породу, их поломка, заклинивание расширителя.The disadvantage is the lack of fixation of the cutting elements in the transport position when lowering the expander into the well to a predetermined interval and, as a result, the possibility of engaging the arms of the blades for the rock, their breakage, jamming of the expander.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является расширитель скважинный, содержащий трубчатый корпус с внутренним каналом и радиальными окнами, выдвижные режущие элементы, содержащие рельсы в форме ласточкина хвоста, срезной элемент, наклонная направляющая в трубчатом корпусе с пазами в форме ласточкина хвоста, кольцевой поршень, размещенный во внутреннем канале трубчатого корпуса и связанный с каждым из режущих элементов с возможностью осевого перемещения режущих элементов вдоль направляющих, пружину, размещенную во внутреннем канале трубчатого корпуса в контакте с кольцевым поршнем, соединительные узлы, имеющие две оси вращения и связывающие кольцевой поршень с каждым из режущих элементов, шар (патент RU №2451153, МПК E21B 10/32, публ. 20.05.2012 г.), который принят за прототип.The closest set of essential features is a borehole extender containing a tubular body with an internal channel and radial windows, retractable cutting elements containing dovetail rails, a shear element, an inclined guide in a tubular body with dovetail grooves, an annular piston placed in the inner channel of the tubular body and connected with each of the cutting elements with the possibility of axial movement of the cutting elements along the guides, a spring placed in about the inner channel of the tubular body in contact with the annular piston, connecting nodes having two axis of rotation and connecting the annular piston to each of the cutting elements, ball (patent RU No. 2451153, IPC E21B 10/32, publ. 05.20.2012), which is taken as a prototype.

Недостатком является его низкая надежность, обусловленная наличием таких многоэлементных конструкций как соединительные узлы, связывающие кольцевой поршень с каждым из режущих элементов и представляющие собой шарнирные соединения (с двумя осями вращения), так как существует большая вероятность засорения их полостей шламом и заклинивание лопастей.The disadvantage is its low reliability, due to the presence of such multi-element structures as connecting nodes that connect the annular piston to each of the cutting elements and are hinged joints (with two rotation axes), since there is a high probability of clogging of their cavities with sludge and jamming of the blades.

Недостатком является то, что данное устройство не содержит средства обеспечения гарантированного втягивания режущих элементов, предназначенное для дополнительного содействия в извлечении расширителя из скважины.The disadvantage is that this device does not contain means to ensure guaranteed retraction of the cutting elements, designed to further assist in removing the expander from the well.

Также существует риск заедания режущих элементов при попадании частиц, содержащихся в буровом растворе, в пазы наклонной направляющей в форме ласточкина хвоста, по которым перемещаются рельсы режущих элементов, что приводит к их поломке при извлечении из скважины.There is also a risk of sticking of the cutting elements when particles contained in the drilling fluid fall into the slots of the inclined guide in the form of a dovetail, along which the rails of the cutting elements move, which leads to their breakage when removed from the well.

Недостатком известного расширителя является его сложная конструкция, что значительно повышает себестоимость изделия и трудоемкость его изготовления.A disadvantage of the known expander is its complex design, which significantly increases the cost of the product and the complexity of its manufacture.

Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении надежности работы расширителя скважинного и упрощении его конструкции.The technical problem to which the utility model is directed is to increase the reliability of the borehole expander and simplify its design.

Технический результат достигается за счет того, что в расширителе скважинном, содержащем трубчатый корпус с внутренним каналом и радиальными окнами, выдвижные режущие элементы, кольцевой поршень, срезной элемент, пружину, шар, согласно полезной модели, на трубчатом корпусе выполнен упорный торец, ограничивающий движение режущих элементов, наклонная направляющая выполнена в виде гладкого конуса, соединительные узлы включают одну ось вращения, причем в транспортном положении соединительные узлы расположены внутри трубчатого корпуса, на верхнем торце кольцевого поршня выполнено седло с возможностью посадки шара для обеспечения принудительной деактивации.The technical result is achieved due to the fact that in the borehole extender comprising a tubular body with an internal channel and radial windows, retractable cutting elements, an annular piston, a shear element, a spring, a ball, according to a utility model, an end face is made on the tubular body restricting the movement of the cutting elements, the inclined guide is made in the form of a smooth cone, the connecting nodes include one axis of rotation, and in the transport position, the connecting nodes are located inside the tubular body, a saddle is made at the upper end of the annular piston with the possibility of landing the ball to ensure forced deactivation.

Кроме того, на каждом из режущих элементов выполнен промывочный канал.In addition, a flushing channel is made on each of the cutting elements.

Преимуществом предлагаемой полезной модели является то, что наклонная направляющая, закрепленная в трубчатом корпусе и контактирующая с режущими элементами при их выдвижении, выполнена в виде гладкого конуса. Таким образом, в отличие от прототипа, наклонная направляющая которого снабжена пазами в форме ласточкина хвоста, по которым перемещаются режущие элементы, снабженные рельсами в форме ласточкина хвоста, в предлагаемой конструкции исключается вероятность заклинивания режущих элементов, что повышает надежность работы всего устройства.An advantage of the proposed utility model is that the inclined guide fixed in the tubular body and in contact with the cutting elements when they are extended is made in the form of a smooth cone. Thus, unlike the prototype, the inclined guide of which is provided with grooves in the form of dovetail, along which the cutting elements provided with rails in the form of dovetail are moved, the proposed design eliminates the possibility of jamming of the cutting elements, which increases the reliability of the entire device.

В отличие от прототипа, в котором соединительные узлы, связывающие кольцевой поршень с каждым из режущих элементов, включают две оси вращения и представляют собой шарнирное соединение, в предлагаемой полезной модели соединительные узлы включают одну ось вращения, что значительно упрощает их конструкцию, делая ее более надежной, а сведенные к минимуму зазоры исключают риск попадания в них породы и заклинивания режущих элементов.In contrast to the prototype, in which the connecting nodes connecting the annular piston to each of the cutting elements include two rotation axes and are a hinge, in the proposed utility model, the connecting nodes include one rotation axis, which greatly simplifies their design, making it more reliable , and minimized gaps eliminate the risk of rock ingress and jamming of cutting elements.

Кроме того, соединительные узлы в транспортном положении (нерабочем) расширителя скважинного расположены внутри трубчатого корпуса, тем самым предохраняя режущие элементы от самопроизвольного раскрытия и дублируя функцию срезного винта, предназначенного для этой же цели, что также повышает надежность расширителя скважинного.In addition, the connecting nodes in the transport position (inoperative) of the borehole extender are located inside the tubular body, thereby protecting the cutting elements from spontaneous opening and duplicating the function of the shear screw designed for the same purpose, which also increases the reliability of the borehole extender.

В отличие от прототипа, в предлагаемой полезной модели на трубчатом корпусе выполнен упорный торец, ограничивающий движение режущих элементов, что является надежным механизмом их фиксации в рабочем положении.In contrast to the prototype, in the proposed utility model, a thrust end is made on the tubular body, restricting the movement of the cutting elements, which is a reliable mechanism for their fixation in the working position.

В отличие от прототипа, предлагаемая конструкция устройства обеспечена гарантированным втягиванием режущих элементов при принудительной деактивации. В случае, если при сбросе гидравлического давления режущие элементы не возвратятся в транспортное положение под действием усилия пружины, в трубу (канал) бросают шар. На верхнем торце кольцевого поршня предлагаемой полезной модели выполнено седло с возможностью посадки шара при принудительной деактивации устройства. Таким образом, шар, садясь на седло, вынуждает кольцевой поршень перемещаться, приводя режущие элементы в транспортное положение. В прототипе, для сравнения, введение шара требуется для срабатывания срезного элемента и активации устройства.Unlike the prototype, the proposed design of the device is provided with guaranteed retraction of the cutting elements during forced deactivation. If, when the hydraulic pressure is released, the cutting elements do not return to the transport position under the action of the spring force, a ball is thrown into the pipe (channel). At the upper end of the annular piston of the proposed utility model, a saddle is made with the possibility of landing the ball during forced deactivation of the device. Thus, the ball, sitting on the saddle, forces the annular piston to move, leading the cutting elements to the transport position. In the prototype, for comparison, the introduction of the ball is required to trigger the shear element and activate the device.

Кроме того, для более интенсивной циркуляции промывочной жидкости, разделенной на потоки, на каждом из режущих элементов полезной модели выполнен промывочный канал.In addition, for a more intensive circulation of the washing liquid, divided into flows, a washing channel is made on each of the cutting elements of the utility model.

Предлагаемая конструкция расширителя скважинного гарантирует высокую надежность его работы, содержит меньшее количество деталей, уменьшает трудоемкие технологические операции при изготовлении, что снижает себестоимость изделия.The proposed design of the borehole extender guarantees high reliability of its operation, contains fewer parts, reduces labor-intensive technological operations in the manufacture, which reduces the cost of the product.

На Фиг. 1 показан продольный разрез расширителя скважинного.In FIG. 1 shows a longitudinal section through a borehole extender.

На Фиг. 2 показан вид сверху режущего элемента.In FIG. 2 shows a top view of a cutting member.

Расширитель скважинный содержит трубчатый корпус 1 (Фиг. 1) с внутренним каналом 2 и радиальными окнами 3, в которых установлены режущие элементы 4 выдвижные (Фиг. 2) с твердосплавными зубками 5 на режущей поверхности, причем на каждом из режущих элементов 4 выполнен промывочный канал 6. Во внутреннем канале 2 трубчатого корпуса 1 размещен кольцевой поршень 7, подпружиненный пружиной 8. Кольцевой поршень 7 связан с каждым из режущих элементов 4 с помощью соединительных узлов 9, включающих одну ось вращения 10. Устройство снабжено наклонной направляющей 11, выполненной в виде гладкого конуса, закрепленной в трубчатом корпусе 1 и контактирующей с режущими элементами 4 при их выдвижении, причем движение режущих элементов 4 ограничивает упорный торец 12, выполненный на трубчатом корпусе 1. Кольцевой поршень 7 оснащен гидромониторными насадками 13. На верхнем торце 14 кольцевого поршня 7 выполнено седло 15 с возможностью посадки шара (на Фиг. 1, 2 не показан) для обеспечения принудительной деактивации устройства. Для соединения с колонной бурильных труб трубчатый корпус 1 в верхней части оснащен резьбой 16, а в нижней части - резьбой 17 для соединения с долотом или другим инструментом, создающим перепад гидравлического давления. Для удержания устройства в исходном положении расширитель скважинный содержит срезной элемент 18. Устройство работает следующим образом.The downhole extender comprises a tubular body 1 (Fig. 1) with an internal channel 2 and radial windows 3 in which retractable cutting elements 4 are installed (Fig. 2) with carbide teeth 5 on the cutting surface, and a washing channel is made on each of the cutting elements 4 6. In the inner channel 2 of the tubular body 1 is placed an annular piston 7, spring-loaded with a spring 8. The annular piston 7 is connected to each of the cutting elements 4 by means of connecting nodes 9, including one axis of rotation 10. The device is equipped with an inclined guide her 11, made in the form of a smooth cone, mounted in a tubular body 1 and in contact with the cutting elements 4 when they are extended, and the movement of the cutting elements 4 limits the thrust end 12 made on the tubular body 1. The annular piston 7 is equipped with hydraulic nozzles 13. On the upper the end face 14 of the annular piston 7 is made saddle 15 with the possibility of landing the ball (in Fig. 1, 2 is not shown) to ensure the forced deactivation of the device. For connection with a drill pipe string, the tubular body 1 is equipped with a thread 16 in the upper part and a thread 17 in the lower part for connection with a chisel or other tool that creates a differential pressure drop. To keep the device in its original position, the borehole extender contains a shear element 18. The device operates as follows.

С помощью резьбы 16 расширитель скважинный присоединяют к колонне бурильных труб, с помощью резьбы 17 - к долоту или другому буровому инструменту и спускают в скважину. При этом режущие элементы 4 находятся в транспортном положении, а от самопроизвольного выхода в рабочее положение зафиксированы при помощи срезного элемента 18, а также благодаря тому, что соединительные узлы 9 в транспортном положении расположены внутри трубчатого корпуса 1.Using thread 16, a borehole extender is connected to the drill pipe string, with thread 17, to a bit or other drilling tool and lowered into the well. In this case, the cutting elements 4 are in the transport position, and from spontaneous exit to the working position are fixed using the shear element 18, and also due to the fact that the connecting nodes 9 in the transport position are located inside the tubular body 1.

На заданной глубине скважины колонну бурильных труб начинают вращать с одновременной подачей в нее промывочной жидкости (бурового раствора), которая под действием перепада давления воздействует на кольцевой поршень 7, передавая ему поступательное движение, вследствие чего происходит срез срезного элемента 18, сжатие пружины 8 и выведение режущих элементов 4 через радиальные окна 3 в рабочее положение по наклонной направляющей 11 до соприкосновения с упорным торцем 12 на трубчатом корпусе 1. При поддержании перепада давления происходит расширение пилотного ствола скважины в заданном интервале. Вынос шлама и охлаждение работающих режущих элементов 4 осуществляется через гидромониторные насадки 13.At a given depth of the well, the drill pipe string begins to rotate with the simultaneous supply of flushing fluid (drilling fluid) into it, which, under the action of a differential pressure, acts on the annular piston 7, transmitting translational motion to it, as a result of which the shear element 18 is cut, the spring 8 is compressed and the output cutting elements 4 through the radial windows 3 in the working position along the inclined guide 11 until it contacts the thrust end 12 on the tubular body 1. When maintaining the pressure drop, renie pilot borehole at a predetermined interval. Removal of sludge and cooling of the working cutting elements 4 is carried out through the hydraulic nozzle 13.

После окончания расширения скважины нагнетание промывочной жидкости прекращают и начинают подъем устройства вверх. При снижении давления пружина 8 возвращает режущие элементы 4 в транспортное положение. Также конструктивно предусмотрена принудительная деактивация устройства с помощью шара (на Фиг. 1, 2 не показан), который при необходимости бросается в трубу для посадки на седло 15.After the completion of the expansion of the well, the injection of flushing fluid is stopped and the device begins to rise upward. When the pressure decreases, the spring 8 returns the cutting elements 4 to the transport position. Forced deactivation of the device by means of a ball (not shown in Fig. 1, 2), which, if necessary, is thrown into the pipe for landing on the saddle 15, is also constructively provided.

Таким образом, выполнение полезной модели с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить высокоэффективный надежный расширитель скважинный.Thus, the implementation of the utility model with the indicated distinctive features in combination with the known features allows to obtain a highly efficient reliable downhole extender.

Claims (2)

1. Расширитель скважинный, содержащий трубчатый корпус с внутренним каналом и радиальными окнами, выдвижные режущие элементы, кольцевой поршень, срезной элемент, пружину, шар, отличающийся тем, что на трубчатом корпусе выполнен упорный торец, ограничивающий движение режущих элементов, наклонная направляющая выполнена в виде гладкого конуса, соединительные узлы включают одну ось вращения, причем в транспортном положении соединительные узлы расположены внутри трубчатого корпуса, на верхнем торце кольцевого поршня выполнено седло с возможностью посадки шара для обеспечения принудительной деактивации.1. A downhole extender comprising a tubular body with an internal channel and radial windows, retractable cutting elements, an annular piston, a shear element, a spring, a ball, characterized in that a stop face is made on the tubular body restricting the movement of the cutting elements, the inclined guide is made in the form smooth cone, the connecting nodes include one axis of rotation, and in the transport position the connecting nodes are located inside the tubular body, at the upper end of the annular piston there is a saddle with the possibility of by landing the ball to ensure forced deactivation. 2. Расширитель скважинный по п. 1, отличающийся тем, что на каждом из режущих элементов выполнен промывочный канал.

2. Downhole extender according to claim 1, characterized in that a flushing channel is made on each of the cutting elements.

Images