Устройство для бурения горизонтальных скважин из вертикальной скважины большого диаметра

 

Изобретение относится к области горной промышленности-ти и позволяет повысить надежность работы и увеличить производительность. Устройство смонтировано в заполненном защитной жидкостью гермитичном корпусе, разделенном эластичной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости и имеющем снаружи уплотнительный элемент. Устройство включает вращатель с механизмом подачи, закрепленный на колонне вертикальных труб в виде системы двойных труб, магазин для бурильных труб и распорный механизм. На вращателе установлен вертлюг, в канале которого и в канале бурильных труб размещены обратные клапаны. В нижней части системы двойных труб расположены нагнетательный и выходной трубопроводы, перепускной и нагнетательный каналы и золотниковый переключатель. Причем нагнетательный трубопровод связан гибким эластичным элементом с вертлюгом, а выходной трубопровод - с затрубьем горизонтальной скважины. Верхняя полость через редукционный клапан связана с перепускным каналом. Бурение на длину очередной трубы производят после фиксации устройства в скважине и включения циркуляции промывочной жидкости. Масло от насоса поступает в гидроцилиндры нижней полости, создающие на буровой став и долото осевую нагрузку. В дальнейшем золотниковый переключатель опускается, отсоединяя выходной и нагнетательный трубопроводы от выходного и нагнетательного каналов и соединяя их с внутрискважинным пространством. Осуществляют разжим плашек вращателя и далее - свинчивание буровой трубы и трубы става и его вращения. Процесс бурения возобновляется. 4 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности. Цель изобретения повышение надежности работы и увеличение производительности. На фиг. 1 показано устройство для бурения, общий вид; на фиг. 2 то же, при отключении промывки; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 схема гидросистемы управления устройством. Устройство состоит из герметичного корпуса 1, разделенного эластичной перегородкой 2 на верхнюю 3 и нижнюю 4 полости. Нижняя полость заполнена защитной жидкостью. Корпус подвешен на двойной колонне труб 5 с продольными каналами выходным 6 и нагнетательным 7. Канал 7, являющийся нагнетательным, соединен с верхней полостью 3 посредством подпиточного редукционного клапана 8. Нижний конец двойной колонны выполнен с золотниковым переключателем 9, имеющим две кольцевые выточки 10 и 11, а также перепускным каналом 12, выходным трубопроводом 13, нагнетательным трубопроводом 14. Золотниковый переключатель 9 посредством штока 15 жестко связан с поршнем 16, расположенным внутри цилиндра 17, имеющего каналы 18 и 19 для подвода масла. Выходной трубопровод 13 через боковое отверстие 20 связан с внутренней полостью 21 корпуса уплотнительного элемента 22, снабженного пакером 23 и сальником 24. В нижней полости 4 корпуса 1 расположено загрузочное устройство 25 с магазином для хранения бурильных труб 26, имеющее отсекатель-подаватель 27 с подпружиненным зажимом 28, жестко соединенный штоком с поршнем неподвижного силового гидроцилиндра (не показано), аналогичными со штоком 15 с поршнем 16 и цилиндром 17 золотникового переключателя. Загрузочное устройство имеет боковое проем-окно для поштучной выдачи труб. В нижней полости 4 также расположены неподвижные штоки 29 с поршнями 30 силовых гидроцилиндров 31 с каналами для подвода масла. К гидроцилиндрам жестко прикреплена каретка 32 вращателя 33, жестко связанного со стыковочным вертлюгом 34, снабженным обратным клапаном 35 в осевом канале, связанном с горловиной 36 каретки 32. Горловина соединена с помощью гибкого элемента 37 с нагнетательным трубопроводом 14. Вращатель 33 имеет клиновые зажимные плашки 38, связанные с соответствующим гидроцилиндром (не показано), а также трубчатый венец, связанный с ведущей шестерней, расположенной на валу двигателя, смонтированного на каретке (двигатель и ведущая шестерня не показаны). Кроме того, в нижней полости расположена гидросистема управления аппаратом, которая включает насос 39, бак 40, трубопроводы 41 и 42, распределительные гидропереключатели 43 (на фиг. 4 показан один), питающие трубопроводы 44 и 45, распределительный вал 46 с кулачками 47, профилированными согласно циклограмме работы аппарата и воздействующими на гидропереключатели 43. Распределительный вал 46 с помощью системы цепных звездочек 48 и приводной цепи 49 связан с кареткой 32 вращателя 33. Через уплотнительный элемент 22 проходит труба 50 бурового става, имеющего на переднем конце породоразрушающий инструмент (долото) 51 и обратный клапан 52, а на заднем конце к нему примыкает очередная труба 53 бурового става. Корпус 1 устройства снабжен выдвижными распорными домкратами 54, которые связаны со штоками соответствующих силовых гидроцилиндров (не показаны). Устройство работает следующим образом. Устройство спускается в вертикальную скважину большого диаметра на двойной колонне труб 5 и закрепляется распорными домкратами 54. После этого выдвигается уплотнительный элемент 22, который своим пакером 23 прижимается к стенке скважины. В исходном положении для бурения долото 51 находится во внутренней полости 21 корпуса уплотнительного элемента 22. Затем на поверхности земли включается циркуляция промывочной жидкости, приводится в действие насос 39 и привод вращателя 33. При этом циркуляция промывочной жидкости происходит по замкнутому пути: буровой насос нагнетательный канал 7 кольцевая выточка 10 золотникового переключателя 9 нагнетательный трубопровод 14 гибкий элемент 37 горловина 36 осевой канал вертлюга 34 очередная труба 53 труба 50 долото 51 полость 21 уплотнительного элемента боковое отверстие 20 выходной трубопровод 13 выходной канал 6 прием бурового насоса. Масло от насоса 39 (через соответствующие гидропереключатели 43) поступает в левые полости гидроцилиндров 31, которые создают через каретку 32, вращатель 33 на буровой став и долото осевую нагрузку. Таким образом происходит бурение на длину очередной трубы. После того, как каретка вращателя дойдет до крайнего левого положения, соответствующим гидропереключателем 43 прекращается подача масла в левые полости гидроцилиндров 31. Затем также с помощью соответствующего переключателя производится подача масла в верхнюю полость цилиндра 17, вследствие чего золотниковый переключатель перемещается в нижнее положение. При этом выходной 13 и нагнетательный 14 трубопроводы отсоединяются соответственно от каналов 6 и 7 циркуляционной системы, и циркуляция продолжается по линии нагнетательный канал 7 выходной канал 6. Одновременно выходной 13 и нагнетательный 14 трубопроводы соответственно через кольцевые выточки 10 и 11 сообщаются через перепускной канал 12 с внутрискважинным пространством, вследствие чего давление из трубопроводов 13 и 14, а также из труб 53, 50 бурового става через обратный клапан 52 перепускается во внутрискважинное пространство. Клапан 52 рассчитан на давление, несколько превышающее давление внутри корпуса 1, которое постоянно создается с помощью подпиточного редукционного клапана 8. Это положение переключателя циркуляции изображено на фиг. 2. После этого соответствующими переключателями производится разжим плашек 38 вращателя 33 (с помощью приводного гидроцилиндра) и перемещение гидроцилиндров 31 вместе с кареткой 32 и вращателем 33 в правое крайнее положение. При этом наличие обратного клапана 35 и обратного клапана 52 препятствует бесконтрольному уходу защитной жидкости из полости 4 корпуса 1 во внутрискважинное пространство, а наличие избыточного давления, создаваемого через клапан 8 в полости 1 и передаваемого через эластичную перегородку 2 в полость 4, предотвращает поступление внутрискважинной жидкости внутрь корпуса 1. После этого отсекатель-подаватель 27 перемещает на ось бурового става очередную трубу 53, которая предварительно через боковой проем-окно загрузочного устройства 25 выпадает в зев отсекателя-подавателя. В это время вращатель 33 с кареткой 32 с вертлюгом 34 начинают под действием гидроцилиндров 31 перемещаться влево, непрерывно вращаясь. При этом вертлюг 34 стыкуется с концом очередной трубы 53, плашки 38 обжимают трубу и вращатель приводит ее во вращение. В дальнейшем труба вместе с вращателем перемещается влево до соприкосновения с открытым концом буровой трубы 50, происходит свинчивание трубы 53 с трубой 50, после чего начинается вращение всего бурового става вращателем. В это время отсекатель-подаватель 27 возвращается в исходное положение для приема следующей очередной трубы из загрузочного устройства; золотниковый переключатель 9 перемещается в верхнее положение, при этом перепускной канал 12 закрывается, и таким образом восстанавливается циркуляция через буровой став и, следовательно, процесс бурения. При этом уход защитной жидкости из полости 4 в объеме труб, выходящих за пределы корпуса в процессе бурения, а также случайные утечки компенсируются поступлением буровой жидкости из циркуляционной системы через подпиточный редукционный клапан 8 в верхнюю полость 3. Жидкости в верхней и нижней полостях не перемешиваются благодаря наличию эластичной перегородки 2. В дальнейшем все перечисленные операции повторяются до исчерпания комплекта труб 26 магазина в загрузочном устройстве 25.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ИЗ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА, выключающее закрепленный на колонне вертикальных труб вращатель с механизмом подачи, магазин для хранения бурильных труб, буровой породоразрушающий инструмент и распорный механизм, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и увеличения производительности, оно снабжено вертлюгом, закрепленным на вращателе, и обратными клапанами, установленными соответственно в канале вертлюга и в канале бурильных труб, непосредственно связанных с породоразрушающим инструментом, при этом колонна вертикальных труб выполнена в виде системы двойных труб с размещенным в ее нижней части нагнетательным и выходным трубопроводами и золотниковым переключателем, который установлен для периодического сообщения нагнетательного и выходного трубопроводов с соответствующими каналами системы двойных труб и с внутрискважинным пространством вертикальной скважины посредством перепускного канала, выполненного в колонне двойных труб, причем нагнетательный трубопровод связан гибким эластичным элементом с вертлюгом, а выходной трубопровод - с затрубным пространством горизонтальной скважины, а устройство смонтировано в заполненном защитной жидкостью герметичном корпусе, который разделен эластичной перегородкой на две полости, верхняя из которых посредством редукционного клапана связана с нагнетательным каналом колонны двойных труб, а на внешней боковой поверхности корпуса установлен уплотнительный элемент для герметизации устья горизонтальной скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4