RU62417U1

RU62417U1 - WELL EXPANDER

Info

Publication number: RU62417U1
Application number: RU2006141685/22U
Authority: RU
Inventors: Нигаматьян Хамитович Хамитьянов; Наиль Назымович Вильданов; Анатолий Вениаминович Киршин; Альберт Салаватович Ягафаров; Виталий Петрович Филиппов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2007-04-10

Abstract

Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины или обсадной колонны в заданном интервале. Расширитель скважин содержит корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, взаимодействующий со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности. Рабочая поверхность лап состоит из центрирующей и режущей частей, выполнена в виде частей фигур вращения с осью, совпадающей с осью корпуса, причем центрирующая часть выполнена в виде цилиндрической поверхности с продольными зубками, вставленными заподлицо, а режущая часть выполнена в виде фрезерных зубьев с максимальным диаметром, равным диаметру цилиндрической поверхности центрирующей части, причем режущие части зубьев оборудованы продольными рядами зубков, одинаково выступающими над их поверхностью. Кроме этого, зубки в продольных рядах рабочей поверхности выполнены с продольным смещением. Применение предлагаемой конструкции расширителя скважин позволяет улучшить качество расширяемой поверхности скважины или обсадной колонны со стабильными геометрическими параметрами по всей длине и значительно увеличить ресурс его работы за счет оптимального распределения режущих элементов (зубков), а так же самой геометрической формы лап. 4 илл. на 2 л.The proposal relates to drilling equipment in the oil and gas industry, in particular, to devices for increasing the diameter of the borehole or casing in a given interval. The well expander comprises a housing with inclined grooves and a rod located therein, a piston interacting with the rod, which is annular and placed in a chamber formed by the outer wall of the stem and the internal wall of the housing, fixed in inclined grooves of the housing and connected by means of rods to the piston of the paw with teeth on work surface. The working surface of the paws consists of a centering and cutting parts, made in the form of parts of rotation figures with an axis coinciding with the axis of the body, the centering part being made in the form of a cylindrical surface with longitudinal teeth inserted flush, and the cutting part made in the form of milling teeth with a maximum diameter equal to the diameter of the cylindrical surface of the centering part, and the cutting parts of the teeth are equipped with longitudinal rows of teeth, equally protruding above their surface. In addition, the teeth in the longitudinal rows of the working surface are made with longitudinal displacement. The application of the proposed design of the well expander can improve the quality of the expandable surface of the well or casing with stable geometric parameters along the entire length and significantly increase the resource of its work due to the optimal distribution of cutting elements (teeth), as well as the very geometric shape of the paws. 4 ill. for 2 liters

Description

Предложение относится к буровой технике нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для увеличения диаметра скважины или обсадной колонны в заданном интервале.The proposal relates to drilling equipment in the oil and gas industry, in particular, to devices for increasing the diameter of the borehole or casing in a given interval.

Известен «Расширитель скважин» (патент RU №2117747, Е 21 В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.1998 г.), включающим полый корпус с внутренним выступом и радиальными отверстиями, в которых установлены выдвижные шарошки с хвостовиками, размещенный в полости корпуса с фиксацией от проворота кольцевой поршень с 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, установленный в кольцевом поршне с возможностью взаимодействия с хвостовиками шарошек и внутренним выступом фиксатор и устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении, содержащее дополнительный кольцевой поршень, расположенный в гидрокамере расширителя, согласно изобретению устройство для стопорения шарошек в нерабочем положении выполнено в виде радиально подпружиненных кольцевых сегментов, расположенных в наружных пазах кольцевого поршня и ответных этим сегментам углублений - в цилиндре, причем дополнительный кольцевой поршень размещен в гидрокамере ниже бокового отверстия основного поршня, а дополнительным поршнем и кольцевыми сегментами устройства стопорения шарошек установлен толкатель для вывода указанных сегментов из зацепления с цилиндром расширителя.The well-known "Expander wells" (patent RU No. 2117747, E 21 B 07/28, publ. Bull. No. 23 from 08.20.1998), including a hollow body with an internal protrusion and radial holes in which retractable cones with shanks are installed, an annular piston located in the body cavity with rotation lock, with a side hole, upper and lower stops on the outer surface and means for connecting to the drill string, a cylinder connected to the body and forming a hydraulic chamber with the ring piston communicated by its side hole with the core cavity a mustache installed in the annular piston with the possibility of interaction with the shanks of the cones and the inner protrusion of the retainer and the device for locking the cones in the idle position, containing an additional annular piston located in the hydraulic chamber of the expander, according to the invention, the device for locking the cones 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, with an additional ring howl piston disposed in the lateral opening below gidrokamere main piston and the additional piston and ring segments mounted cones locking device pusher to output said segments out of engagement with the cylinder of the expander.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Расширитель скважин» (патент RU №2172385, Е 21 В 07/28, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2001 г.), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, поршень, взаимодействующий со штоком, и закрепленные наклонных в пазах корпуса лапы с цапфами, на которых установлены шарошки с зубками, при этом лапы снабжены опорами, соединенными посредством тяг с поршнем и имеющими отверстия, в которых расположены свободные концы цапф лап, а поршень выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, причем зубки на каждой из шарошек размещены с различным шагом.The closest in technical essence and the achieved result is the “Expander wells” (patent RU No. 2172385, E 21 B 07/28, publ. Bull. No. 23 from 08.20.2001), containing a housing with inclined grooves and a rod placed in it , a piston interacting with the rod, and paws with trunnions inclined in the grooves of the body of the pivots, on which the cones with teeth are mounted, the paws are provided with supports connected by rods to the piston and having openings in which the free ends of the paw trunks are located, and the piston is made ring and placed in the chamber, formed by the outer wall of the rod and the inner wall of the housing, and the teeth on each of the cones are placed with different steps.

Недостатками данных конструкций являются невысокая долговечность инструмента, связанная с ограниченной возможностью применения породоразрушающих элементов в виде круглых зубков, подвергающихся при работе касательному, в том числе и ударному относительно крепления воздействию, что приводит к быстрому выходу его из строя, а также невозможность использования при увеличении диаметра обсадной колонны.The disadvantages of these designs are the low durability of the tool, associated with the limited possibility of using rock cutting elements in the form of round teeth, which are subjected to tangential, including impact, relative to the attachment during operation, which leads to its quick failure, as well as the inability to use it with increasing diameter casing string.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной и долговечной конструкции породоразрушающей рабочей поверхности расширителя, а так же расширение технологических возможностей инструмента, позволяющего качественно производить как расширение скважин, так и увеличение диаметра обсадной колонны.The technical task of the proposed utility model is the creation of a reliable and durable construction of the rock-cutting working surface of the expander, as well as the expansion of the technological capabilities of the tool, which allows to qualitatively produce both the expansion of the wells and the increase in the diameter of the casing string.

Техническая задача решается расширителем скважин, содержащим корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, взаимодействующий со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные наклонных в пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками в форме прямоугольных пластин на рабочей поверхности (далее по тексту - зубки).The technical problem is solved by a well expander containing a housing with inclined grooves and a rod placed in it, a piston interacting with the rod, which is annular and placed in a chamber formed by the outer wall of the stem and the internal wall of the housing, fixed inclined in the grooves of the housing and connected by rods to the piston paws with teeth in the form of rectangular plates on the working surface (hereinafter referred to as teeth).

Новым является то, что рабочая поверхность лап, состоящая из центрирующей и режущей частей, выполнена в виде частей фигур вращения с осью, совпадающей с осью корпуса, причем центрирующая часть выполнена в виде цилиндрической поверхности с продольными зубками, вставленными заподлицо, а режущая часть выполнена в виде фрезерных зубьев с максимальным диаметром, равным диаметру цилиндрической поверхности центрирующей части, причем режущие части зубьев оборудованы продольными рядами зубков, одинаково выступающими над их поверхностью.New is that the working surface of the legs, consisting of a centering and cutting parts, is made in the form of parts of rotation figures with an axis coinciding with the axis of the housing, the centering part being made in the form of a cylindrical surface with longitudinal teeth inserted flush and the cutting part is made in in the form of milling teeth with a maximum diameter equal to the diameter of the cylindrical surface of the centering part, and the cutting parts of the teeth are equipped with longitudinal rows of teeth, equally protruding above their surface.

Новым является также то, что зубки в продольных рядах рабочей поверхности выполнены с продольным смещением.Also new is the fact that the teeth in the longitudinal rows of the working surface are made with longitudinal displacement.

На Фиг.1 изображена конструкция расширителя скважин с частичным осевым разрезом.Figure 1 shows the design of the reamer wells with a partial axial section.

На Фиг.2 изображена лапа - вид сбоку.Figure 2 shows a paw - side view.

На Фиг.3 изображена лапа - вид сзади.Figure 3 shows a paw - rear view.

На Фиг.4 изображена лапа - вид сверху.Figure 4 shows a paw - top view.

Расширитель скважин содержит корпус 1 (см. Фиг.1) с наклонными пазами 2 и размещенным в нем штоком 3, взаимодействующий со штоком 3 поршень 4, который выполнен кольцевым и размещен в камере 5, образованной наружной стенкой штока 3 и внутренней стенкой корпуса 1, закрепленные наклонных в пазах 2 корпуса 1 (например The well expander comprises a housing 1 (see FIG. 1) with inclined grooves 2 and a rod 3 located therein, interacting with a rod 3 a piston 4, which is annular and placed in a chamber 5, formed by the outer wall of the rod 3 and the inner wall of the housing 1, fixed inclined in the grooves 2 of the housing 1 (for example

при помощи «ласточкиного хвоста» или Т-образного паза) и соединенные посредством тяг 6 с поршнем 4 лапы 7. Лапы 7 (см. Фиг.2 и Фиг.3) имеют рабочую поверхность, состоящую из центрирующей 8 (см. Фиг.2) и режущей 9 частей. Центрирующая часть 8 выполнена в виде цилиндрической поверхности с продольными зубками 10 (см. Фиг.4), вставленными заподлицо, а режущая часть выполнена в виде фрезерных зубьев 12 (см. Фиг.3) с максимальным диаметром равным диаметру цилиндрической поверхности центрирующей части, причем режущие части зубьев оборудованы продольными рядами зубков 11 (см. Фиг.4),, одинаково выступающими над их поверхностью на высоту, равную глубине резания породы или обсадной колонны. Лапы 7 соединены с тягами 6 (см. Фиг.1), при помощи шарниров 13.using the "dovetail" or T-shaped groove) and connected via rods 6 to the piston 4 of the legs 7. Feet 7 (see Figure 2 and Figure 3) have a working surface consisting of a centering 8 (see Figure 2 ) and cutting 9 parts. The centering part 8 is made in the form of a cylindrical surface with longitudinal teeth 10 (see Fig. 4) inserted flush, and the cutting part is made in the form of milling teeth 12 (see Fig. 3) with a maximum diameter equal to the diameter of the cylindrical surface of the centering part, the cutting parts of the teeth are equipped with longitudinal rows of teeth 11 (see Figure 4), equally protruding above their surface to a height equal to the depth of cut of the rock or casing. Paws 7 are connected with rods 6 (see Figure 1), using hinges 13.

Расширитель работает следующим образом.The expander works as follows.

Корпус 1 (см. Фиг.1) при помощи верхней 14 и нижней 15 резьб соединяется соответственно с верхним 16 и нижним 17 переводниками скважинного оборудования (на Фиг. не показано). Шток 3 поджимают вниз пружиной 18 относительно верхнего переводника 16, нижний переводник 17 снабжен ссужающимся центральным каналом 19. После чего конструкцию в сборе в составе скважинного оборудования спускают в скважину (на Фиг. не показана) в интервал расширения (на Фиг. не показан). Затем скважинному оборудованию придают вращательное и поступательное движение, прокачивая по его внутренней полости (на Фиг. не показана) жидкость. Благодаря сужающемуся центральному каналу 19 в камере 5 снизу поршня 4 создается повышенное давление, которое перемещает вверх поршень 4, а вместе с ним шток 3, сжимая пружину 18, тяги 6 и лапы 7. Лапы 7, перемещаясь по наклонным пазам 2, расходятся благодаря шарнирному соединению 10 с тягами 6 от центра корпуса 1 до соприкосновения лап 7 со стенками скважины. При этом зубки 11 (см. Фиг.4), зафиксированные на режущей части 9 (см. Фиг.2), рабочей поверхности лап 7, взаимодействуя со стенками скважины (или обсадной колонны), производят ее расширение. А центрирующая часть 8 рабочей поверхности лап 7 с зубками 10 (см. Фиг.4) центрирует инструмент относительно стенок скважины (или обсадной колонны), что исключает радиальное биение инструмента и, тем самым предохраняет зубки от скалывания и увеличивает ресурс работы лап 7. Зубки 11 (см. Фиг.4) в продольных рядах рабочей поверхности 9 (см. Фиг.2), выполнены с продольным смещением, чем исключается возможность поломки зубков во всех рядах одновременно. Так как зубки 11 выступают над поверхностью лапы 7 на одинаковую высоту, основную работу при расширении выполняют впереди стоящие зубки своей торцевой поверхностью, а все остальные только калибруют и подчищают расширенную поверхность. По мере износа впереди стоящих зубков 11, в работу вступают последующие зубки и так далее.The housing 1 (see Figure 1) using the upper 14 and lower 15 threads is connected, respectively, with the upper 16 and lower 17 sub of the downhole equipment (Fig. Not shown). The rod 3 is pressed downward by a spring 18 relative to the upper sub 16, the lower sub 17 is equipped with a contracting central channel 19. After that, the complete assembly of the downhole equipment is lowered into the well (not shown in Fig.) In the expansion interval (not shown in Fig.). Then, the downhole equipment is given rotational and translational motion, pumping fluid along its internal cavity (not shown in Fig.). Due to the tapering Central channel 19 in the chamber 5 from the bottom of the piston 4 creates increased pressure, which moves up the piston 4, and with it the rod 3, compressing the spring 18, rod 6 and legs 7. The legs 7, moving along the inclined grooves 2, diverge due to the articulated connection 10 with rods 6 from the center of the housing 1 to the contact of the legs 7 with the walls of the well. In this case, the teeth 11 (see Figure 4), fixed on the cutting part 9 (see Figure 2), the working surface of the paws 7, interacting with the walls of the well (or casing), produce its expansion. And the centering part 8 of the working surface of the paws 7 with teeth 10 (see Figure 4) centers the tool relative to the walls of the well (or casing), which eliminates radial runout of the tool and thereby protects the teeth from chipping and increases the working life of the paws 7. Teeth 11 (see Figure 4) in the longitudinal rows of the working surface 9 (see Figure 2), are made with longitudinal displacement, which eliminates the possibility of breaking teeth in all rows at the same time. Since the teeth 11 protrude above the surface of the paws 7 to the same height, the main work during expansion is performed by the front teeth in front of them, and all the others only calibrate and clean the expanded surface. As the teeth in front of the teeth 11 wear, subsequent teeth enter the work and so on.

Все вышесказанное позволяет значительно увеличить качество расширяемой поверхности и увеличить ресурс работы расширителя скважин.All of the above can significantly increase the quality of the expandable surface and increase the life of the expander wells.

По завершении работы продольную подачу, вращение скважинного оборудования и подачу жидкости через него прекращают. В результате под действием пружины 18 (см. Фиг.1) шток 3 с поршнем 4, тягами 6 и лапами 7 перемещаются вниз (см. Фиг.1). В результате расширитель скважин возвращается в исходное (транспортное) состояние и извлекается из скважины.Upon completion of the work, the longitudinal flow, rotation of the downhole equipment and the flow of fluid through it are stopped. As a result, under the action of the spring 18 (see Figure 1), the rod 3 with the piston 4, rods 6 and paws 7 are moved down (see Figure 1). As a result, the well expander returns to its original (transport) state and is removed from the well.

Применение предлагаемой конструкции расширителя скважин позволяет улучшить качество расширяемой поверхности скважины или обсадной колонны со стабильными геометрическими параметрами по всей длине и значительно увеличить ресурс его работы за счет оптимального распределения режущих элементов (зубков), а так же самой геометрической формы лап.The application of the proposed design of the well expander can improve the quality of the expandable surface of the well or casing with stable geometric parameters along the entire length and significantly increase the resource of its work due to the optimal distribution of cutting elements (teeth), as well as the very geometric shape of the paws.

Claims

1. A well extender comprising a housing with inclined grooves and a rod located therein, a piston interacting with the rod, which is annular and placed in a chamber formed by the outer wall of the stem and the internal wall of the housing, fixed in inclined grooves of the housing and connected via rods to the piston paws with teeth on the working surface, characterized in that the working surface of the legs, consisting of a centering and cutting parts, is made in the form of parts of rotation figures with an axis coinciding with the axis of the body, and the centering portion is a cylindrical surface with longitudinal teeth inserted flush, and the cutting portion is made as a cutting tooth having a maximum diameter equal to the diameter of the cylindrical surface of the centering portion, the cutting portion equipped with teeth cloves longitudinal rows, projecting equally over their surface.

2. The well expander according to claim 1, characterized in that the teeth in the longitudinal rows of the working surface are made with longitudinal displacement.