RU2578135C1

RU2578135C1 - Well expander

Info

Publication number: RU2578135C1
Application number: RU2015105154/03A
Authority: RU
Inventors: Фарит Фоатович Ахмадишин; Нигаматьян Хамитович Хамитьянов; Альберт Салаватович Ягафаров; Денис Владимирович Максимов; Рустам Хисамович Илалов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-03-20

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to devices for enlargement of wells diameter within specified limits. Rounder includes a hollow housing with an inner ledge and radial holes. Holes accomodate extending hinged cutting elements with internal shanks and hard-alloy teeth on the working surface. Inside the housing cavity there is a hollow pusher with a device for connection to the drill string and cone-shaped holder. Retainer is configured to interact with the shanks of cutting elements in order to pull them out during the downward movement of the pusher. Pusher above the projection has a running thrust no-go thread on the outer surface. Housing is equipped with a spring-loaded inside element interacting with recesses of the running thread. In non-operating position the cutting elements retainer has the shape of an interacting in the upper position of the pusher internal projections of a cutting element shank with an outer retainer ring catch. Latter is configured to enable disengagement from projections of the shank during downward movement of the pusher. This excludes wear of the rounder caused by abrasive substances, pumped with cleaning fluid. Invention allows to perform intermediate washing of the well shaft.

EFFECT: ensures complete opening of the device in working position.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к устройствам для увеличения диаметра скважин в заданном интервале.The invention relates to the field of drilling equipment, and in particular to devices for increasing the diameter of wells in a given interval.

Известен расширитель скважин (патент РФ №64255, МПК E21B 7/20, опубл. в Бюл. №18 от 27.06.2007 г.), 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 боковым отверстием, ниже которого внутри установлена насадка, сужающая его проходное сечение, 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, фиксатор, жестко соединенный с низом кольцевого поршня и выполненный в виде конической призмы, сужающейся вниз с выступами на плоскостях типа «ласточкин хвост», которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими пазами режущих элементов, закрепленных на хвостовиках, изготовленных в виде лап с возможностью ограниченного перемещения относительно плоскостей фиксатора, который выполнен с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов, и устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный ниже боковых отверстий поршня в гидравлической камере расширителя, при этом устройство для стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня и ответных этим сегментам углублений в цилиндре, а между дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения режущих элементов установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя, при этом хвостовик на наружной поверхности снабжен плоскостью, наклоненной снизу вверх к оси корпуса, с перпендикулярной осью, а режущие элементы выполнены в виде шарошек, выполненных в виде фигуры вращения, с центральным отверстием, взаимодействующим с осью хвостовика с возможностью вращения. A well-known extender wells (RF patent No. 64255, IPC E21B 7/20, published in Bull. No. 18 dated 06/27/2007), comprising a hollow body with an internal protrusion and radial holes in which retractable cutting elements with carbide teeth are mounted on a cutting piston and shanks, an annular piston with a lateral bore located in the cavity of the housing with a rotation lock, below which a nozzle is installed to narrow its bore, with upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill string, qi a cylinder connected to the housing and forming a hydraulic chamber with the annular piston, communicated by its side hole with the housing cavity, a latch rigidly connected to the bottom of the annular piston and made in the form of a conical prism, tapering down with protrusions on dovetail planes, which are made with the possibility of interaction with the corresponding grooves of the cutting elements mounted on the shanks, made in the form of paws with the possibility of limited movement relative to the planes of the retainer, which is made can interact with the shanks of the cutting elements, and a device for locking the cutting elements in the idle position, containing an additional annular piston located below the side holes of the piston in the hydraulic chamber of the expander, while the device for locking the cutting elements in the idle position is made in the form of radially spring-loaded annular segments located in the outer grooves of the annular piston and corresponding to these segments of the recesses in the cylinder, and between the additional piston and the count the pusher is installed in the central segments of the locking device for cutting elements to withdraw said segments from engagement with the expander’s cylinder, while the shank on the outer surface is provided with a plane inclined from the bottom to the axis of the body with a perpendicular axis, and the cutting elements are made in the form of cones made in the form of a figure rotation, with a Central hole interacting with the axis of the shank with the possibility of rotation.

Недостатками данной конструкции являются:The disadvantages of this design are:

- одновременное врезание плашек и подъем корпуса за счет гидравлики, так как плашки, врезаясь в стенку скважины, затрудняют подъем корпуса, препятствуют полному раскрытию расширителя в рабочее положение и, как следствие, происходит расширение ствола скважины на величину меньше проектной;- the simultaneous insertion of the dies and the lifting of the casing due to hydraulics, since the dies, crashing into the wall of the well, make it difficult to lift the casing, prevent the expander from fully opening into the working position and, as a result, the borehole expands by an amount less than the design;

- гидравлический принцип действия не дает возможности проводить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска инструмента;- the hydraulic principle of operation makes it impossible to carry out intermediate flushing of the wellbore during the descent of the tool;

- наличие насадки, уменьшающей площадь проходного сечения внутри расширителя, является причиной недостаточной промывки на долоте, что ведет к накоплению шлама на забое, прихвату и заклиниванию инструмента;- the presence of a nozzle that reduces the passage area inside the expander is the reason for insufficient washing on the bit, which leads to accumulation of sludge at the bottom, sticking and jamming of the tool;

- сужение внутри расширителя ведет к увеличению скорости движения промывочной жидкости и износу деталей расширителя.- narrowing inside the expander leads to an increase in the speed of movement of the flushing fluid and the wear of the parts of the expander.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин (патент РФ №83533, МПК E21B 7/28, опубл. в Бюл. №16 от 10.06.2009 г.), 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, при этом 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.The closest in technical essence and the achieved result is a well expander (RF patent No. 83533, IPC E21B 7/28, published in Bul. No. 16 of 06/10/2009), including a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable cutting elements with carbide teeth on the cutting surface and with shanks are installed, an annular piston is placed in the cavity of the housing with rotation locking, which interacts in working position with the shanks, side hole, upper and lower stops on the outer surface and means of connecting to the drill string, a cylinder connected to the housing and forming a hydraulic chamber with an annular piston communicated by its side hole with the body cavity, 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 corresponding to the recesses in the cylinder and between the additional piston and the annular segments of the locking device of the cutting elements there is a pusher for disengaging these segments from the extender housing, while the cutting elements are spring-loaded inward and pivotally connected to the housing with the possibility of rotation in a plane passing through the longitudinal geometric axes of the housing and the 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, wherein the inner cavity of the annular piston or retainer below the side opening is made tapering.

- возможность разрушения твердосплавных зубков режущих элементов при спуске и подъеме расширителя, так как отсутствует надежная фиксация плашек в транспортном положении;- the possibility of destruction of the carbide teeth of the cutting elements during the descent and ascent of the expander, since there is no reliable fixation of the dies in the transport position;

- износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью, за счет сужений для увеличения перепадов давления;- wear of the parts of the expander with abrasive substances pumped by the flushing fluid due to contractions to increase pressure drops;

- гидравлический принцип действия не дает возможности проводить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска и подъема инструмента и не гарантирует полное раскрытие расширителя в рабочее положение из-за перепадов давления промывочной жидкости.- the hydraulic principle of operation does not make it possible to carry out intermediate flushing of the wellbore during the descent and lifting of the tool and does not guarantee the full opening of the expander in the working position due to pressure drops in the flushing fluid.

Технической задачей предлагаемого расширителя скважин является создание конструкции расширителя, позволяющей надежно фиксировать плашки в транспортном состоянии, исключить износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью (буровым раствором), производить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска и подъема инструмента, а также гарантированное полное раскрытие расширителя в рабочее положение.The technical objective of the proposed well reamer is to create a reamer design that allows to securely fix the dies in the transport state, to eliminate wear of the reamer parts with abrasive materials pumped by flushing fluid (drilling fluid), to carry out intermediate flushing of the wellbore during descent and lifting of the tool, as well as guaranteed full disclosure expander into working position.

Техническая задача решается расширителем скважин, включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарнирные режущие элементы с внутренними хвостовиками и твердосплавными зубками на рабочей поверхности, размещенный в полости корпуса полый толкатель со средством присоединения к бурильной колонне и конусным фиксатором, выполненным с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов для выдвижения их наружу при перемещении толкателя вниз, и устройство стопорения режущих элементов в нерабочем положении.The technical problem is solved by a well expander, including a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable articulated cutting elements with internal shanks and carbide teeth are installed on the working surface, a hollow pusher located in the body cavity with a means of attachment to the drill string and conical fixer made with the possibility of interaction with the shanks of the cutting elements to extend them outward when moving the pusher down, and the locking device impeding elements in the inoperative position.

Новым является то, что толкатель выше выступа оснащен на наружной поверхности ходовой упорной непроходной резьбой, а корпус - подпружиненным внутрь элементом, взаимодействующим с впадинами ходовой резьбы, при этом устройство стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде взаимодействующих при верхнем положении толкателя внутренних выступов хвостовиков режущих элементов с наружным кольцевым зацепом фиксатора, выполненным с возможностью выхода из взаимодействия с выступами хвостовика при перемещении толкателя вниз.What is new is that the pusher above the protrusion is equipped on the outer surface with a thrust bypass thread and the housing is equipped with a spring-loaded element interacting with the troughs of the thread, while the device for locking the cutting elements in the idle position is made in the form of internal shank protrusions interacting with the upper position of the pusher cutting elements with an external annular catch of the clamp, made with the possibility of exit from the interaction with the protrusions of the shank when moving the pusher in out.

На фиг. 1 показан расширитель скважин в транспортном положении.In FIG. 1 shows a well reamer in transport position.

На фиг. 2 показан расширитель скважин в рабочем положении.In FIG. 2 shows a well reamer in working position.

Расширитель скважин (фиг. 1, 2) содержит корпус 1 с внутренним выступом 2 и радиальными отверстиями 3, в которых при помощи шарниров 4 установлены выдвижные режущие элементы 5 с внутренними хвостовиками 6 и твердосплавными зубками 7. В полости корпуса 1 размещен полый толкатель 8, имеющий резьбу 9 для соединения со скважинным оборудованием и выступ 10. В нижней части полый толкатель 8 оборудован конусным фиксатором 11, который взаимодействует с хвостовиками 6 режущих элементов 5 для выдвижения их наружу при перемещении толкателя 8 вниз, а также устройством стопорения 12 режущих элементов 5 в нерабочем положении, выполненным в виде взаимодействующих при верхнем положении толкателя 8 внутренних выступов 13 хвостовиков 6 режущих элементов 5 с наружным кольцевым зацепом 14 фиксатора 11, и с возможностью выхода из взаимодействия с выступами 13 хвостовиков 6 при перемещении толкателя вниз. Кроме этого, толкатель 8 выше выступа 10 оснащен на наружной поверхности ходовой упорной непроходной резьбой 15, а корпус - подпружиненным внутрь элементом 16, взаимодействующим с впадинами 17 ходовой резьбы 15.The well expander (Fig. 1, 2) comprises a housing 1 with an internal protrusion 2 and radial holes 3, in which, using hinges 4, retractable cutting elements 5 are installed with internal shanks 6 and carbide teeth 7. A hollow plunger 8 is placed in the cavity of the housing 1, having a thread 9 for connection with downhole equipment and a protrusion 10. In the lower part, the hollow pusher 8 is equipped with a conical retainer 11, which interacts with the shanks 6 of the cutting elements 5 to extend them outward when the pusher 8 is moved down, as well as by locking the 12 cutting elements 5 in the idle position, made in the form of internal protrusions 13 of the shanks interacting with the pusher 8 at the upper position 6 of the cutting elements 5 with the outer ring hook 14 of the clamp 11, and with the possibility of coming out of interaction with the protrusions 13 of the shanks 6 when the pusher is moved down . In addition, the pusher 8 above the protrusion 10 is equipped on the outer surface of the running thrust non-through thread 15, and the body is a spring-loaded element 16, interacting with the depressions 17 of the running thread 15.

Расширитель работает следующим образом.The expander works as follows.

Расширитель (фиг. 1) в транспортном положении с помощью резьбы 9 соединяют с винтовым забойным двигателем (на фиг. не показан) и на колонне бурильных труб (на фиг. не показана) спускают в скважину (на фиг. не показана) в заданный интервал. После этого подают промывочную жидкость (буровой раствор), в результате чего винтовой забойный двигатель начинает вращать расширитель, одновременно придавая поступательное движение вниз, при этом за счет взаимодействия корпуса 1 расширителя и режущих элементов 5 с твердосплавными зубками 7 со стенками скважины он остается на месте, а толкатель 8 (фиг. 2) по ходовой резьбе 15 двигается вниз до упора выступом 10 во внутренний выступ 2 корпуса 1. При этом наружный кольцевой зацеп 14 выходит из взаимодействия с выступами 13 хвостовиков 6, а конусный фиксатор 11, взаимодействуя с хвостовиками 6 режущих элементов 5 на шарнирах 4, выдвигает их из радиальных отверстий 3 корпуса 1 наружу до рабочего положения. После этого производят расширение ствола скважины. Причем механический принцип действия расширителя исключает необходимость создания перепадов давления для вывода режущих элементов 5 в рабочее положение, что в свою очередь исключает износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью (буровым раствором). После окончания расширения заданного интервала ствола скважины прекращают подачу промывочной жидкости (бурового раствора) и поступательное движение инструмента вниз. При подъеме расширителя из-за контакта режущих элементов 5 (фиг. 1) со стенками скважины он остается на месте, а толкатель 8 за счет наклонной поверхности 18 ходовой резьбы 15 отжимает подпружиненный элемент 16 корпуса 1 и поднимается вверх. При этом конусный фиксатор 11 толкателя 8 выходит из взаимодействия с хвостовиками 6 и устройство стопорения 12 наружным кольцевым зацепом 14, взаимодействуя с внутренними выступами 13 хвостовиков 6, фиксирует их в транспортном положении, что позволяет свободно извлечь расширитель на поверхность.The expander (Fig. 1) in the transport position using thread 9 is connected to a downhole screw motor (not shown in FIG.) And lowered into a well (not shown) in a drill pipe string (not shown) in a predetermined interval . After that, flushing fluid (drilling fluid) is supplied, as a result of which the downhole screw motor starts to rotate the expander, while simultaneously translating downward, while due to the interaction of the expander body 1 and the cutting elements 5 with carbide teeth 7 with the borehole walls, it remains in place, and the pusher 8 (Fig. 2) along the running thread 15 moves down to the stop by the protrusion 10 into the inner protrusion 2 of the housing 1. In this case, the outer ring hook 14 is out of interaction with the protrusions 13 of the shanks 6, and the conical fi the xator 11, interacting with the shanks 6 of the cutting elements 5 on the hinges 4, pushes them out of the radial holes 3 of the housing 1 to the working position. After that, the borehole is expanded. Moreover, the mechanical principle of the expander eliminates the need for pressure drops to bring the cutting elements 5 to the working position, which in turn eliminates the wear of the expander parts with abrasive materials pumped by the flushing fluid (drilling mud). After the extension of the specified interval of the wellbore is completed, the flow of flushing fluid (drilling mud) and the translational movement of the tool down are stopped. When the expander rises due to the contact of the cutting elements 5 (Fig. 1) with the walls of the well, it remains in place, and the pusher 8, due to the inclined surface 18 of the running thread 15, squeezes the spring element 16 of the housing 1 and rises up. In this case, the conical latch 11 of the pusher 8 leaves the interaction with the shanks 6 and the locking device 12 with the outer ring hook 14, interacting with the inner protrusions 13 of the shanks 6, fixes them in the transport position, which allows the expander to be freely removed to the surface.

Преимущество предлагаемого расширителя скважин заключается в том, что благодаря надежной фиксации плашек в транспортном положении зубки защищены от скалывания при спуске в интервал расширения и подъеме после расширения. Механический принцип действия расширителя позволяет исключить износ деталей расширителя абразивными веществами, перекачиваемыми промывочной жидкостью (буровым раствором), производить промежуточные промывки ствола скважины во время спуска и подъема инструмента, а также гарантированное полное раскрытие расширителя в рабочее положение.The advantage of the proposed well expander is that due to the reliable fixation of the dies in the transport position, the teeth are protected from chipping during descent into the expansion interval and ascent after expansion. The mechanical principle of the expander’s operation eliminates the wear of the expander’s parts with abrasive materials pumped by flushing fluid (drilling fluid), performs intermediate flushing of the wellbore during descent and lifting of the tool, as well as guaranteed full opening of the expander to its working position.

Claims

Расширитель скважин, включающий полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарнирные режущие элементы с внутренними хвостовиками и твердосплавными зубками на рабочей поверхности, размещенный в полости корпуса полый толкатель со средством присоединения к бурильной колонне и конусным фиксатором, выполненным с возможностью взаимодействия с хвостовиками режущих элементов для выдвижения их наружу при перемещении толкателя вниз, и устройство стопорения режущих элементов в нерабочем положении, отличающийся тем, что толкатель выше выступа оснащен на наружной поверхности ходовой упорной непроходной резьбой, а корпус - подпружиненным внутрь элементом, взаимодействующим с впадинами ходовой резьбы, при этом устройство стопорения режущих элементов в нерабочем положении выполнено в виде взаимодействующих при верхнем положении толкателя внутренних выступов хвостовиков режущих элементов с наружным кольцевым зацепом фиксатора, выполненным с возможностью выхода из взаимодействия с выступами хвостовика при перемещении толкателя вниз. A well extender comprising a hollow body with an internal protrusion and radial holes, in which retractable articulated cutting elements with internal shanks and carbide teeth are installed on the working surface, a hollow pusher located in the body cavity with a means of attachment to the drill string and conical retainer configured to interact with shanks of the cutting elements to extend them outward when the pusher is moved down, and a device for locking the cutting elements in the non-working floor In particular, the pusher above the protrusion is equipped on the outer surface with a thrust bypass thread and the housing is equipped with a spring-loaded element interacting with the troughs of the thread, while the device for locking the cutting elements in the idle position is made in the form of internal protrusions interacting with the upper position of the pusher shanks of cutting elements with an external annular catch of the clamp, configured to exit from interaction with the protrusions of the shank when moving sense of Tell-down.