Скважинный раздвижной расширитель

Скважинный раздвижной расширитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Истребование приоритета

По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной патентной заявки US 60/872744, поданной 04.12.2006, "Скважинный раздвижной расширитель со скользящими лопастями", полное содержание которой включено в настоящую заявку в качестве ссылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится в общем к устройству раздвижного расширителя, предназначенному для разбуривания ствола скважины ниже обсадной трубы или колонны-хвостовика.

Предшествующий уровень техники

Раздвижные расширители обычно используют для увеличения диаметра ствола подземной скважины. Традиционно при бурении нефтяных, газовых и геотермальных скважин устанавливают и цементируют обсадную трубу для предотвращения образования пустот в стволе скважины, тем самым укрепляя ее для проведения последующего бурения и достижения большей глубины. Обсадную трубу устанавливают также для разобщения различных пластов с целью предотвращения перетока пластовых флюидов и для обеспечения возможности исследования пластовых флюидов и давления в процессе бурения скважины. Для увеличения глубины уже пробуренной скважины новую обсадную трубу вводят в установленную обсадную колонну и выдвигают ниже нее. Хотя добавление дополнительных обсадных труб дает возможность достигнуть большей глубины, такое действие вызывает нежелательное сужение ствола скважины. Сужение ствола скважины накладывает ограничения на диаметр последующих секций, так как буровое долото и дополнительные обсадные трубы должны проходить через существующую обсадную колонну. Так как уменьшение диаметра скважины нежелательно из-за ограничения дебета продуктивной нефтяной и газовой скважины, часто требуется расширить подземную скважину и получить больший диаметр ствола, чтобы устанавливать дополнительные обсадные трубы за уже смонтированными, а также достичь увеличения выхода углеводородов из скважины.

Для увеличения диаметра ствола скважины использовали множество способов. В одном из обычных способов увеличения скважины используются эксцентрические и бицентрические долота. Например, эксцентрическое долото с выступающими в боковом направлении или увеличенными режущими частями вращается вокруг своей оси и увеличивает диаметр ствола скважины. Пример использования эксцентрического долота раскрыт в патенте US 4635738, права на который переданы правопреемнику настоящего изобретения. В узле бицентрического долота используют две в продольном направлении наложенные друг на друга секции с поперечным смещением осей, которые при вращении увеличивают диаметр ствола скважины. Пример использования бицентрического долота раскрыт в патенте US 5957223, права на который также переданы правопреемнику настоящего изобретения.

Другой известный способ расширения подземной скважины включает использование удлиненной забойной компоновки с пилотным буровым долотом на ее удаленном конце и устройства расширителя на некотором расстоянии выше забойной компоновки. Такое расположение дает возможность использовать любое стандартное долото роторного бурения - будь это буровое долото для скальных пород или долото для бурения по мягким породам - в качестве пилотного долота, а удлиненная конструкция забойной компоновки дает большую подвижность при прохождении мест сужения ствола скважины, а также возможность эффективной стабилизации пилотного долота, так чтобы направляющий ствол и последующий расширитель задавали необходимое направление ствола скважины. Эта идея удлиненной забойной компоновки особенно продуктивна при наклонно-направленном бурении. С этой целью правопреемник настоящего изобретения разработал конструкции расширителей с так называемыми лопастями (лезвиями) расширителей, которые в общем содержат трубчатый корпус, снабженный ловителем с резьбовым соединением в верхней концевой части и поверхность плашки ключа в нижней своей части, также имеющей резьбовое соединение. Права на оба патента US 5497842 и 5495899, в которых раскрыты конструкции таких расширителей, в том числе лопастей расширителей, переданы правопреемнику настоящего изобретения. Средняя часть устройства лопастного расширителя снабжена одной или более протяженных в продольном направлении лопастями, выступающими в общем по радиусу наружу из трубчатого корпуса, причем на наружных краях лопастей имеются режущие элементы из поликристаллических синтетических алмазов.

Как упомянуто выше, обычные раздвижные расширители могут быть использованы для увеличения диаметра подземной скважины и могут содержать лопасти, выполненные с возможностью поворота или шарнирно скрепленные с трубчатым корпусом и приводимые в действие с помощью поршня, расположенного в корпусе, как раскрыто в патенте US 5402856 (Warren). Кроме того в патенте US 6360831 (Akesson и др.) раскрыт обычный буровой расширитель, содержащий корпус, снабженный по меньшей мере двумя бурильными лопастями с режущим средством, которые могут выдвигаться из положения хранения в корпусе в активное положение под действием давления бурового раствора, проходящего через корпус. Лопасти этих расширителей в исходном положении втянуты, что позволяет опускать устройство в скважину на бурильной колонне, и после продвижения устройства за край обсадной трубы лопасти выдвигаются, так что ниже обсадной трубы диаметр ствола может быть увеличен.

Лопастям обычных раздвижных расширителей придан такой размер, чтобы минимизировать зазор между ними и трубчатым корпусом, предотвращая осаждение буровой грязи и фрагментов породы в зазорах и заедание лопастей в трубчатом корпусе. Для приведения в действие лопастей этих обычных расширителей используется давление, прикладываемое извне устройства, и создаваемое им усилие направлено по радиусу наружу на поршень, перемещающий лопасти, несущие режущие элементы, в поперечном направлении наружу. Можно понять, что само решение, заложенное в обычные расширители, может приводить к появлению произвольно направленных сил, вызывающих колебание и заедание поршней и лопастей, препятствуя возвращению их пружиной в поперечном направлении вовнутрь. Кроме того конструкция этих обычных расширителей не может способствовать предотвращению поломки лопастей при контакте с обсадной колонной при их заедании и последующем вытягивании вверх вдоль ствола скважины. Более того в некоторых расширителях, приводимых в действие гидравлически, используются дорогостоящие уплотнения, устанавливаемые на поверхностях очень сложной формы, и дорогостоящие поршни или лопасти, несущие режущие элементы. Для предотвращения перекоса, чтобы избежать возможного заклинивания, в некоторых конструкциях обычных расширителей поршень имеет причудливую форму, требующую сложной конфигурации сопряженного с ним уплотнения. Можно опасаться, что эти уплотнения подвержены протечкам после продолжительного использования.

В других известных расширителях требуются очень строгие допуски вблизи поршней или лопастей (такие как одна или две десятых миллиметра на некоторых участках). Испытания показывают, что основной проблемой может быть неспособность втянуть лопасти обратно в устройство из-за заедания, вызванного частицами, содержащимися в буровом растворе.

Несмотря на различные известные в предшествующем уровне техники подходы к бурению и (или) расширению ствола скважины ниже участка ствола с меньшим диаметром, существует потребность в усовершенствованных устройствах и способах выполнения этих операций. Например, бицентрические устройства и устройства лопастных расширителей ограничены в смысле того, что регулировка таких устройств для прохождения через ограниченный диаметр отсутствует, и все определяется диаметром расширителя. Более того, обычные бицентрические и эксцентрические долота могут иметь тенденцию к биению и отклонению от траектории, намеченной для скважины. Обычные устройства раздвижных расширителей, хотя иногда и более стабильные, чем бицентричные и эксцентричные, могут быть подвержены поломкам при прохождении через суженные участки скважины или обсадной трубы, могут быть преждевременно приведены в действие и при извлечении их из скважины после использования могут возникать трудности.

Соответственно имеется необходимость улучшения или доработки устройств раздвижного расширителя, так чтобы избавиться от зависимости от вида поземной формации, в которой производится бурение. Есть также потребность в устройстве раздвижного расширителя, в котором обеспечено безотказное втягивание лопастей, надежно спроектированное с применением уплотнений или втулок обычной конфигурации, и в котором не требуется выдерживать строгие допуски между подвижными деталями.

Раскрытие изобретения

Для предотвращения или по меньшей мере снижения заедания лопастей, несущих режущие элементы, предназначенные для расширения ствола скважины, предложено устройство, содержащее по меньшей мере в одном из вариантов выполнения изобретения лопасти, приспособленные для скольжения вверх по направляющей, выполненной в корпусе устройства, что дает возможность приложения большего усилия к лопастям устройства при развертывании лопастей в полностью выдвинутое положение без повреждения или заедания при одновременном обеспечении возможности втягивания лопастей непосредственно по той же направляющей.

В других вариантах выполнения изобретения предложено устройство раздвижного расширителя, предназначенное для бурения подземной формации и содержащее трубчатый корпус, одну или более лопасти, позиционно связанные с направляющей, выполненной в трубчатом корпусе, толкающую гильзу и проходящий через трубчатый корпус проход (траектория) для бурового раствора (промывочной жидкости), по которому пропускается буровой раствор. Трубчатый корпус имеет продольную ось, внутренний канал, наружную поверхность и по меньшей мере одну направляющую, проходящую через трубчатый корпус между внутренним каналом и наружной поверхностью и содержащую наклонную плоскость, ориентированную под острым углом к продольной оси. Каждая из одной или более лопастей содержит режущий элемент, приспособленный и ориентированный для удаления материала со стенки ствола скважины, пробуренной в подземной формации, который предназначен для увеличения диаметра ствола скважины при вращении устройства. Толкающая гильза позиционно связана с внутренним каналом трубчатого корпуса и связана с по меньшей мере одной лопастью таким образом, чтобы по выбору предоставлять возможность буровому раствору, проходящему через трубчатый корпус, вызывать осевое перемещение толкающей гильзы под воздействием усилия или давления бурового раствора, так чтобы линейно перемещать по меньшей мере одну лопасть по направляющей из втянутого положения в выдвинутое положения для расширения ствола скважины.

В других вариантах выполнения изобретения предложено устройство раздвижного расширителя, предназначенное для бурения подземной формации и содержащее трубчатый корпус, содержащий смещающий элемент и толкающую гильзу, расположенную во внутреннем канале трубчатого корпуса, причем смещающий элемент контактирует с толкающей гильзой и ориентирован таким образом, чтобы смещать толкающую гильзу в направлении по оси вниз для обратного перемещения по меньшей мере одной лопасти вдоль по меньшей мере одной направляющей, выполненной в трубчатом корпусе, во втянутое положение, когда на толкающую гильзу не действует усилие или давление бурового раствора.

В дополнительных вариантах выполнения изобретения предложен направляющих узел, предназначенный для позиционного закрепления и ориентирования по меньшей мере одной лопасти в по меньшей мере одной направляющей устройства раздвижного расширителя.

В других вариантах выполнения изобретения предложено устройство раздвижного расширителя, предназначенное для бурения подземной формации и содержащее ограничивающий перемещение элемент, помещенный между трубчатым корпусом и толкающей гильзой для установления предела осевого выдвижения толкающей гильзы.

В других вариантах выполнения изобретения предложено устройство раздвижного расширителя, предназначенное для бурения подземной формации и содержащее подвижную гильзу, помещенную во внутреннем канале трубчатого корпуса и выполненную с возможностью по выбору изоляции толкающей гильзы и лопастей от воздействия или давления бурового раствора.

В вариантах выполнения изобретения подвижная гильза в исходном положении зафиксирована по оси во внутреннем канале трубчатого корпуса устройства раздвижного расширителя срезным узлом, предназначенным для крепления подвижной гильзы.

В других вариантах выполнения изобретения толкающая гильза закреплена по оси в исходном положении узлом нижней фиксации, связанным с трубчатым корпусом устройства раздвижного расширителя и включающим нижний край подвижной гильзы таким образом, чтобы обеспечить возможность осевого линейного перемещения толкающей гильзы между втянутым положением и выдвинутым положением после того как подвижная гильза линейно перемещена в достаточной степени, чтобы высвободить толкающую гильзу из узла нижней фиксации.

В еще других вариантах выполнения изобретения предложен верхний трубчатый фиксатор, предназначенный для закрепления подвижной гильзы с целью предотвращения перемещения ее в трубчатом корпусе устройства раздвижного расширителя, достаточного для того, чтобы толкающая гильза подверглась воздействию или давлению бурового раствора, проходящего по своей траектории потока.

В вариантах выполнения изобретения также предложено измерительное устройство, предназначенное для определения диаметра расширенного ствола скважины.

Другие варианты выполнения изобретения включают по меньшей мере один заменяемый блок стабилизатора, установленный в продольном направлении у конца по меньшей мере одной направляющей для ограничения выдвижения наружу одной или более лопастей устройства раздвижного расширителя.

Предложены и возможны и другие варианты выполнения устройства раздвижного расширителя.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - вид сбоку варианта выполнения устройства раздвижного расширителя по настоящему изобретению;

на фиг.2 - поперечное сечение устройства раздвижного расширителя по линии 2-2 с фиг.1;

на фиг.3 - продольное сечение устройства раздвижного расширителя с фиг.1;

на фиг.4 - увеличенное продольное сечение части устройства раздвижного расширителя с фиг.1;

на фиг.5 - увеличенное сечение другой части устройства раздвижного расширителя с фиг.3;

на фиг.6 - увеличенное сечение еще одной части устройства раздвижного расширителя с фиг.3;

на фиг.7 - увеличенное сечение следующей часть устройства раздвижного расширителя;

на фиг.8 - сечение срезного узла по одному из вариантов выполнения устройства раздвижного расширителя;

на фиг.9 - сечение узла сопла по одному из вариантов выполнения устройства раздвижного расширителя;

на фиг.10 - вид сверху лопасти по одному из вариантов выполнения изобретения;

на фиг.11 - продольное сечение лопасти, взятое по линии 11-11 с фиг.10;

на фиг.12 - продольный вид с края лопасти с фиг.10;

на фиг.13 - сечение лопасти, взятое по линии 13-13 с фиг.11;

на фиг.14 - сечение лопасти, взятое по линии 14-14 с фиг.11;

на фиг.15 - сечение верхнего трубчатого фиксатора по одному из вариантов выполнения устройства раздвижного расширителя;

на фиг.16 - вид в перспективе хомута по одному из вариантов выполнения устройства раздвижного расширителя;

на фиг.17 - частичное изображение в продольном сечении по одному из вариантов выполнения устройства раздвижного расширителя, находящегося в закрытом или втянутом положении;

на фиг.18 - частичное изображение в продольном сечении устройства раздвижного расширителя с фиг.17, находящегося в исходном положении, в котором в проход флюида вводят шар;

на фиг.19 - частичное изображение в продольном сечении устройства раздвижного расширителя с фиг.17, находящегося в исходном положении, в котором шар переместился до седла ловителя и захвачен в нем;

на фиг.20 - частичное изображение в продольном сечении устройства раздвижного расширителя с фиг.17, в котором при возрастании давления срабатывает срезной узел и подвижная гильза начинает перемещаться в устройстве вниз из исходного положения устройства;

на фиг.21 - частичное изображение в продольном сечении устройства раздвижного расширителя с фиг.17, в котором подвижная гильза перемещается к нижнему, фиксированному положению, в то время как лопасть, проталкиваемая толкающей гильзой, принудительно перемещается к выдвинутому положению под действием давления флюида;

на фиг.22 - частичное изображение в продольном сечении устройства раздвижного расширителя с фиг.17, в котором лопасти (показана одна) удерживаются в полностью выдвинутом положении толкающей гильзой под действием давления флюида, а подвижная гильза перемещена в фиксированное положение;

на фиг.23 - частичное изображение в продольном сечении устройства раздвижного расширителя с фиг.17, в котором лопасти (показана одна) перемещены во втянутое положение смещающей пружиной при сбросе давления флюида;

на фиг.24 - частичное изображение в продольном сечении устройства раздвижного расширителя с фиг.17, включающего скважинное устройство измерения линейных размеров по другому варианту выполнения изобретения;

на фиг.25 - продольное сечение по варианту выполнения устройства раздвижного расширителя, включающему элемент ограничения перемещения; и

на фиг.26 - продольное сечение по варианту выполнения устройства раздвижного расширителя, включающему другой элемент ограничения перемещения.

Варианты осуществления изобретения

Представленные в данной заявке иллюстрации в некоторых случаях не являются действительными изображениями конкретного расширителя, режущего элемента или другой детали расширителя, а служит просто схематическим представлением, используемым для описания настоящего изобретения. Кроме того элементы, встречающиеся на различных фигурах, могут сохранять одинаковые цифровые обозначения.

На фиг.1 представлено устройство 100 раздвижного расширителя, выполненное в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения. Устройство 100 раздвижного расширителя в общем может содержать цилиндрический трубчатый корпус 108, имеющий продольную ось L₈. Трубчатый корпус 108 устройства 100 раздвижного расширителя может иметь нижнюю концевую часть 190 и верхнюю концевую часть 191. Используемые в отношении концевых частей 190, 191 термины "нижняя" и "верхняя" соответствуют обычному положению концевых частей 190, 191 друг относительно друга при нахождении устройства 100 раздвижного расширителя в скважине. Нижняя концевая часть 190 трубчатого корпуса 108 устройства 100 раздвижного расширителя может включать несколько резьбовых элементов (например, резьбовой охватываемый элемент), предназначенных для соединения нижней концевой части 190 с другими секциями бурильной колонны или другими элементами компоновки низа бурильной колонны, такими как, например, удлинитель или переходник, несущий пилотное буровое долото для бурения скважины. Аналогично верхняя концевая часть 191 трубчатого корпуса 108 устройства 100 раздвижного расширителя может включать несколько резьбовых элементов (например, резьбовой охватывающий элемент), предназначенных для соединения верхней концевой части 191 с другими секциями бурильной колонны или другими элементами компоновки низа бурильной колонны.

Три скользящие режущие головки или лопасти 101, 102, 103 (смотри фиг.2) удерживаются в положениях, разнесенных друг от друга по окружности в трубчатом корпусе 108, как будет описано ниже, и могут быть установлены в положении вдоль устройства 100 раздвижного расширителя, промежуточном между первой нижней концевой частью 190 и второй верхней концевой частью 191. Лопасти 101, 102, 103 могут содержать материал, представляющий собой сталь, карбид вольфрама, композит с внедренными частицами (например, твердыми частицами, распределенными в материале матрицы) или другие подходящие материалы, известные в предшествующем уровне техники. Лопасти 101, 102, 103 удерживаются в исходном, втянутом положении в трубчатом корпусе 108 устройства 100 раздвижного расширителя, как показано на фиг.17, но при необходимости под воздействием гидравлического давления могут быть перемещены в выдвинутое положение, показанное на фиг.22, или перемещены во втянутое положение, показанное на фиг.23, как будет описано далее. Устройство 100 раздвижного расширителя может быть выполнено таким образом, чтобы лопасти 101, 102, 103 приходили во взаимодействие со стенками подземной формации (породы), окружающей ствол скважины, в котором размещено устройство 100, удаляя материал формации при нахождении лопастей 101, 102, 103 в выдвинутом положении, но не могли взаимодействовать со стенками подземной формации в стволе скважины при нахождении лопастей 101, 102, 103 во втянутом положении. Хотя устройство 100 раздвижного расширителя содержит три лопасти 101, 102, 103, подразумевается, что могут с успехом использоваться одна, две или более трех лопастей. Более того, хотя лопасти 101, 102, 103 расположены симметрично по окружности относительно проходящей вдоль трубчатого корпуса 108 оси, эти лопасти могут быть также расположены асимметрично по окружности, а также асимметрично вдоль оси L₈ в направлении обеих концевых частей 190 и 191.

На фиг.2 представлено сечение устройства 100 раздвижного расширителя с фиг.1, взятое по линии 2-2, изображенной на фиг.1. Как видно на фиг.2, трубчатый корпус 108 охватывает канал 192 прохождения флюида (бурового раствора), идущий в продольном направлении через трубчатый корпус 108. По каналу 192 прохождения флюида он в общем направляется через внутренний канал 151 в подвижной гильзе 128, минуя лопасти 101, 102, 103, что защищает их от воздействия бурового раствора особенно в направлении поперечном или нормальном к продольной оси L₈. С точки зрения работы устройства 100 раздвижного расширителя предпочтительно защитить лопасти 101, 102, 103, чтобы насыщенный твердыми частицами флюид как можно меньше на них воздействовал. Однако понятно, что эффективная защита лопастей 101, 102, 103 не нужна для работы устройства 100 раздвижного расширителя, в котором, как будет подробно объяснено ниже, работа, то есть выдвижение из исходного положения, нахождение в выдвинутом положении и во втянутом положении, происходит под воздействием направленного по оси усилия, то есть суммарного воздействия давления флюида и силы смещающей пружины. В этом варианте выполнения на лопасти 101, 102, 103 непосредственно воздействует направленное по оси усилие, развиваемое воздействующими в осевом направлении приводными элементами, такими как, например, толкающая гильза 115, показанная на фиг.3, что не является ограничительным свойством, как лучше описано ниже.

На фиг.2 для лучшего описания свойств изобретения лопасти 102 и 103 показаны в исходном или втянутом положении, в то время как лопасть 101 показана в наружном или выдвинутом положении. Устройство 100 раздвижного расширителя может быть выполнено так, чтобы наиболее отстоящие по радиусу или в боковом направлении части каждой лопасти 101, 102, 103 не выходили за очертания трубчатого корпуса 108 при нахождении лопастей в исходном или втянутом положении, то есть чтобы они не выступали за наружный диаметр трубчатого корпуса 108. Такое расположение может защитить лопасти 101, 102, 103 при нахождении устройства 100 раздвижного расширителя в обсадной трубе ствола скважины и дает возможность устройству 100 раздвижного расширителя проходить через такую обсадную трубу в скважину. В других вариантах выполнения наиболее выступающие по радиусу части лопастей 101, 102, 103 могут слегка выходить за наружный диаметр трубчатого корпуса 108 или совпадать с ним. Как видно на примере лопасти 101, лопасти могут выступать за наружный диаметр трубчатого корпуса 108 при нахождении в выдвинутом положении, взаимодействуя со стенками ствола скважины при выполнении операции разбуривания.

На фиг.3 представлено другое сечение устройства 100 раздвижного расширителя с фигур 1 и 2, взятое по линии 3-3, изображенной на фиг.2. Можно также обратиться к фигурам 4-7, на которых показаны увеличенные продольные сечения различных частей устройства 100 раздвижного расширителя с фиг.3. При необходимости можно возвратиться также обратно к фигурам 1 и 2. В трубчатом корпусе 108 три скользящие режущие головки или лопасти 101, 102, 103 позиционно закреплены в трех направляющих 148 лопастей. Каждая из лопастей 101, 102, 103 несет на себе группу режущих элементов 104, взаимодействующих с материалом подземной формации, формируя стенку необсаженной скважины при выдвинутом положении лопастей 101, 102, 103, показанном на фиг.22. Режущими элементами могут быть выполненные по порошковой технологии режущие элементы с внедренными поликристаллическими алмазами или другие режущие элементы, известные специалисту в данной области техники и в общем описанные в патенте US 7036611 "Раздвижной расширитель ствола скважины при бурении и способ его применения".

Устройство 100 раздвижного расширителя содержит срезной узел 150, предназначенный для удержания устройства 100 раздвижного расширителя в исходном положении путем скрепления подвижной гильзы 128 с верхней концевой частью 191 устройства. На фиг.8 можно видеть частичный вид срезного узла 150. Срезной узел 150 содержит верхний трубчатый фиксатор 124, некоторое количество срезных винтов 127 и подвижную гильзу 128. Верхний трубчатый фиксатор 124 закреплен во внутреннем канале 151 трубчатого корпуса 108 между уступом 152 и крепежным кольцом 132, показанным на фиг.7, и включает кольцевое уплотнение 135 круглого сечения, предназначенное для предотвращения перетекания флюида между наружным каналом 153 верхнего трубчатого фиксатора 124 и внутренним каналом 151 трубчатого корпуса 108. Верхний трубчатый фиксатор 124 снабжен пазами 154 для размещения каждого из срезных винтов 127, причем в данном варианте выполнения изобретения каждый срезной винт 127 ввинчен в нарезное отверстие 155 подвижной гильзы 128. Срезные винты 127 удерживают подвижную гильзу 128 во внутреннем канале 156 верхнего трубчатого фиксатора 124 для предотвращения перемещения подвижной гильзы 128 в осевом направлении 157 вниз вдоль ствола скважины, то есть в направлении к нижней концевой части 190 устройства 100 раздвижного расширителя. Верхний трубчатый фиксатор 124 снабжен уступом 158, направленным вовнутрь и служащим для предотвращения перемещения подвижной гильзы 128 в направлении 159 вверх вдоль ствола скважины, то есть в направлении к верхней концевой части 191 устройства 100 раздвижного расширителя. Кольцевое уплотнение 134 круглого сечения создает герметизацию между подвижной втулкой 128 и внутренним каналом 156 верхнего трубчатого фиксатора 124. При разрушении срезных винтов 127 подвижная гильза 128 получает возможность перемещения в осевом направлении в трубчатом корпусе 108 в направлении 157 вниз вдоль ствола скважины. Предпочтительно, чтобы части срезных винтов 127 после разрушения оставались в верхнем трубчатом фиксаторе 124 и подвижной гильзе 128 для предотвращения потери этих частей или заклинивания их в других компонентах при бурении скважины. Хотя показаны срезные винты 127, могут быть с успехом применены другие срезные элементы, например, но не в порядке ограничения, срезной пруток, срезная проволока и срезной штифт. Дополнительно другие срезные элементы могут иметь приспособления для надежного удержания их в составных частях устройства после разрушения аналогично срезным винтам 127 в данном варианте выполнения изобретения.

Как видно на фиг.6, верхний трубчатый фиксатор 124 содержит также зажим 160, удерживающий в осевом направлении уплотнительную втулку 126, находящуюся между внутренним каналом 151 трубчатого корпуса 108 и наружным каналом 162 подвижной гильзы 128. Верхний трубчатый фиксатор 124 имеет одну или более консоли 163 и одну или более прорези 161, вытянутые в осевом направлении. Если подвижная гильза 128 находится на достаточном расстоянии по оси в направлении 157 вниз вдоль ствола скважины, одна или более консоли 163 пружиняще выдаются вовнутрь, блокируя перемещение подвижной гильзы 128 между проушинами 163 верхнего трубчатого фиксатора 124 и между амортизирующим элементом 125, закрепленным под верхним краем уплотнительной втулки 126. Кроме того, если подвижная гильза 128 находится на достаточном расстоянии по оси в направлении 157 вниз вдоль ствола скважины, одна или более прорези 161 верхнего трубчатого фиксатора 124 открыты для флюида, давая ему возможность поступать в сопловидное входное отверстие (насадки) 164 из канала 192 прохождения флюида. Амортизирующий элемент 125 уплотнительной втулки 126 обеспечивает упругое закрепление подвижной гильзы 128 проушинами верхнего трубчатого фиксатора 124, а также смягчает удар со стороны подвижной гильзы 128 при прекращении ее движения уплотнительной втулкой 126.

Амортизирующий элемент 125 может содержать упругий или податливый материал, такой как, например, эластомер или другой полимер. В одном из вариантов амортизирующий элемент может содержать нитрилакрильный каучук, Использование амортизирующего элемента 125 между подвижной втулкой 128 и уплотнительной втулкой 126 может уменьшить или предотвратить деформацию по меньшей мере одного элемента из подвижной гильзы 128 и уплотнительной втулки 126, которая могла бы произойти в противном случае.

Следует отметить, что любые раскрытые здесь уплотнительные элементы или амортизирующие элементы, входящие в устройство 100 раздвижного расширителя, могут включать известные в предшествующем уровне техники подходящие материалы, такие как, например, полимер или эластомер. Дополнительно материал, составляющий уплотнительный элемент, может быть выбран со свойствами, пригодными для использования при относительно высокой температуре (например, при температуре около 400°F (205°C) или выше). Например, в уплотнения могут входить тефлон™, полиэфиркетон (PEEK™), полимер, или эластомер, или они могут включать уплотнение металл по металлу, пригодное для использования в предполагаемых скважинных условиях. В частности, любой раскрытый здесь уплотнительный элемент или амортизирующий элемент, такой как амортизирующий элемент 125 или уплотнительные элементы 134 и 135, рассмотренные выше, или уплотнительные элементы, такие как уплотнение 136, рассмотренное ниже, или другие уплотнительные элементы, входящие в устройство раздвижного расширителя по настоящему изобретению, могут содержать материал, пригодный для работы при относительно высокой температуре, а также в условиях, способствующих интенсивной коррозии.

Уплотнительная втулка 126 снабжена кольцевым уплотнением 136 круглого сечения, герметизирующим внутренний канал 151 трубчатого корпуса 108, и Т-образным уплотнением 137, герметизирующим наружный канал 162 подвижной гильзы 128, что завершает уплотнение флюида между подвижной втулкой 128 и сопловидным входным отверстием 164. Более того, уплотнительная втулка 126 в осевом направлении устанавливает, направляет и удерживает подвижную гильзу 128 в трубчатом корпусе 108. Кроме того уплотнения 136 и 137 уплотнительной втулки могут предотвращать утечку жидкости, находящейся внутри устройства 100 раздвижного расширителя, наружу из устройства 100 раздвижного расширителя через сопловидное входное отверстие 164 до того как подвижная гильза 128 освобождена из своего исходного положения.

Нижняя концевая часть 165 подвижной гильзы 128 (смотри также фиг.5), включающая стопорную втулку 130, ориентирована или направлена по оси и закреплена кольцевым поршнем или нижним трубчатым фиксатором (узлом нижней фиксации) 117. Нижний трубчатый фиксатор 117 в осевом направлении сопряжен с толкающей гильзой 115, которая по окружности удерживается между подвижной втулкой 128 и внутренним каналом 151 трубчатого корпуса 108. Когда при бурении подвижная гильза 128 находится в положении "готовности" или в исходном положении, гидравлическое давление между наружным каналом 162 подвижной гильзы 128 и внутренним каналом 151 трубчатого корпуса 108 может воздействовать на толкающую гильзу 115, концентрическую оси устройства, и на нижний трубчатый фиксатор 117. При наличии гидравлического давления или без него, когда устройство 100 раздвижного расширителя находится в исходном положении, движение толкающей гильзы 115 в направлении 159 вверх вдоль ствола скважины предотвращает узел нижней фиксации, то есть один или более упоры 166 нижнего трубчатого фиксатора 117. Позиционно упоры 166 зажаты между кольцевой проточкой 167 во внутреннем канале 151 трубчатого корпуса 108 и стопорной втулкой 130. Каждый упор 166 нижнего трубчатого фиксатора 117 представляет собой зажим или замковую защелку, имеющую выступающий фиксатор 168, который может взаимодействовать с пазом 167 трубчатого корпуса 108 при надавливании на него стопорной втулки 130.

Упоры 166 удерживают на месте нижний трубчатый фиксатор 117 и предотвращают перемещение толкающей гильзы 115 в направлении 159 вверх вдоль ствола скважины до тех пор, пока "конечная" или стопорная втулка 130 со своим большим наружным диаметром 169 не переместится за нижний трубчатый фиксатор 117, давая возможность упорам 166 втянуться вовнутрь в направлении оси до меньшего наружного диаметра 170 подвижной гильзы 128, При втянутых вовнутрь в направлении оси упорах 166 они могут выйти из проточки 167 трубчатого корпуса 108, давая возможность гидравлическому давлению воздействовать на толкающую гильзу 115 в основном в направлении оси, то есть в направлении 159 вверх вдоль ствола скважины.

Для срабатывания срезного узла 150 требуется выполнение побуждающего действия, такого как введение шара или другого постороннего предмета в устройство 100 раздвижного расширителя, чтобы вызвать увеличение давление жидкости перед разрушением срезных винтов 127.

Нижняя концевая часть 165 подвижной гильзы 128 содержит в своем внутреннем канале ловитель 129 шара (шариковый фиксатор), включающий пробку 131. Кольцевое уплотнение 139 круглого сечения может также обеспечить герметизацию между ловителем 129 шара и пробкой 131. Посторонний элемент в виде шара 147 может быть введен в устройство 100 раздвижного расширителя для запуска в работу устройства 100 раздвижного расширителя путем инициализации или "срабатывания" срезного механизма 150. После введения шара 147 флюид доставит его в ловитель 129 шара, давая возможность шару 147 быть захваченным и герметизированным на опорной поверхности пробки 131 и ловителя 129 шара. Когда захваченный в ловителе 129 шар 147 перекроет поток флюида, давление флюида или гидравлическое давление внутри устройств 100 раздвижного расширителя будет возрастать до тех пор, пока не произойдет разрушение срезных винтов 127. После разрушения срезных винтов 127 подвижная гильза 128 вместе с коаксиально закрепленной стопорной втулкой 130 будет перемещаться вдоль оси под действием гидравлического давления в направлении 157 вниз вдоль ствола скважины до тех пор, пока подвижная гильза 128 снова не будет задержана верхним трубчатым фиксатором 124, как описано выше, или не переместится в нижнее положение. После этого поток флюида может восстановиться через отверстия 173 прохождения флюида, выполненные в подвижной гильзе 128 выше шара 147.

Дополнительно шар 147, используемый для активации устройства 100 раздвижного расширителя, может взаимодействовать с деформируемыми ловителем 129 и пробкой 131, так что шар может в них обжиматься для предотвращения проворота шара 147 и возможного возникновения проблем или повреждения устройства 100 раздвижного расширителя.

Кроме того, для закрепления подвижной гильзы 128 и смягчения вибраций после остановки ее осевого перемещения стопорная втулка 130 и нижняя концевая часть 165 подвижной гильзы 128 зажимаются в муфте-стабилизаторе 122. Здесь можно также сослаться на фигуры 5 и 22. Муфта-стабилизатор 122 сопряжена с внутренним каналом 151 трубчатого корпуса 108 и зафиксирована между крепежным кольцом 133 и защитной втулкой 121, удерживаемой кольцевым уступом 171 во внутреннем канале 151 трубчатого корпуса 108. Крепежное кольцо 133 удерживается в кольцевом пазе 172, выпо