Способ бурения и крепления ствола скважины и устройство для его осуществления

 

Использование: при бурении и креплении скважин, обеспечивает снижение затрат на бурение и крепление. Сущность изобретения: по способу доставляют бурильный инструмент на забой, осуществляют бурение скважины, подают тампонажный материал по колонне бурильных труб и формируют крепь. Сам процесс скважины чередуют с бурением осуществляют с применением складывающегося породоразрушающего инструмента. После бурения инструмент транспортируют на устье по колонне бурильных труб. Предварительно колонну бурильных труб заполняют флюидом. Затем подают буровой раствор в заколонное пространство. Плотность раствора превышает плотность флюида. В качестве тампонажного материала применяют термопластичный материал. Его расплавляют на забое. Крепь скважины формируют с одинаковым проходным сечением по глубине скважины. Устройство по способу включает бурильную колонну, извлекаемый узел крепления и породоразрушающий инструмент. Он выполнен в виде цилиндра с пазами на внутренней боковой поверхности и осевым каналом. Он перекрыт подпружиненным шаровым клапаном. Устройство имеет долото-расширитель, выполненное в виде не менее трех складывающихся шарошек, одна из которых жестко связана со штоком, размещенным под шаровым клапаном, две других установлены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра по его пазам. Узел крепления выполнен с камерой нагрева и помещенных в ней электронагревательных элементов. Узел крепления имеет также ограничитель верхнего перемещения, выполненный в виде штока с электромагнитным приводом. На наружной поверхности бурильных труб помещены кабели. 2 с.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к горной технике в частности к способам бурения и крепления ствола скважины.

Известно вставное долото для бурения ствола скважины [1].

Недостаток его в высокой себестоимости работ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ бурения и крепления ствола скважины, включающий доставку бурильного инструмента на забой, бурение скважины, крепление скважины подачей тампонажного материала по колонне бурильных труб, формирование крепи скважины [2] . Недостатком способа является высокая себестоимость работ. Необходимый технический результат достигается тем, что по способу бурения и крепления ствола скважины, включающем доставку бурильного инструмента на забой, бурение скважины, крепление скважины подачей тампонажного материала по колонне бурильных труб, формирование крепи скважины, что крепление скважины чередуют с ее бурением, которое осуществляют с применением складывающегося породоразрушающего инструмента и расширением ствола скважины до конечной ее глубины, а после бурения инструмент транспортируют на устье по колонне бурильных труб, предварительно заполняя ее флюидом с последующей подачей бурового раствора в заколонное пространство, причем плотность раствора превышает плотность флюида, а в качестве тампонажного материала применяют термопластичный материал, который расплавляют на забое, причем крепь скважины формируют с одинаковым проходным сечением по всей глубине скважины.

Наиболее близким решением по устройству является устройство для бурения и крепления ствола скважины, включающее бурильную колонну, породоразрушающий инструмент, извлекаемый узел крепления ствола скважины. Недостатком устройства является невысокая надежность его работы.

Необходимый технический результат по устройству достигается тем, что в устройстве на бурение и крепление ствола скважины, включающем бурильную колонну, породоразрушающий инструмент, извлекаемый узел крепления ствола скважины, породоразрушающий инструмент выполнен в виде цилиндра с пазами на внутренней боковой поверхности, фиксатором в верхней части, осевым каналом, перекрытым подпружиненным шаровым клапаном, подпружиненным штоком, помещенным под шаровым клапаном и долотом-расширителем в виде не менее трех складывающихся шарошек, одна из которых жестко связана со штоком, а две других установлены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра по его пазам, при этом узел крепления выполнен с камерой нагрева и помещенных в ней электронагревательных элементов, ограничителя верхнего перемещения в виде штока с электромагнитным приводом и канала передачи энергии в виде кабелей, помещенных на наружной поверхности бурильных труб.

На фиг. 1 показано устройство для бурения в транспортном положении; на фиг. 2 - устройство для бурения в узле крепления; на фиг.3 - устройство для бурения, закрепленное в рабочем положении; на фиг.4 - узел I переключения в первом положении на фиг.1; на фиг.5 - сечение по А-А устройства для бурения на фиг. 3; на фиг.6 - сечение по Б-Б устройства для бурения на фиг.3; на фиг.7 - устройство для крепления ствола скважины в момент подачи раствора в заколонное пространство и подъема поршня; на фиг.8 - гидромеханический замок крышки устройства для крепления ствола скважин, узел III на фиг.7; на фиг. 9 - сечение по Д-Д устройства для крепления ствола скважины на фиг.7; на фиг. 10 - сечение по Г-Г устройства крепления ствола скважины на фиг.7; на фиг.11 - разрез по В-В на фиг.4; на фиг.12 - узел IV на фиг.7; на фиг.13 - узел II на фиг.1; на фиг.14 - узел V на фиг.7.

Устройство для осуществления способа включает в себя узел крепления, состоящий из корпуса 1, навинченного на нижнюю секцию колонны бурильных труб, на внутренней поверхности которого выполнен паз 2, представляющий собой канавку прямоугольного профиля, в верхней части корпуса 1, выполненную в виде спирали для гарантированного попадания пальца 3, подпружиненного пружиной 4 в паз 2. Верхний торец ее выполнен с конусным выходом для выхода пальца 3 из паза 2, в корпусе имеется паз 5 вышеуказанного профиля, служащий для выхода пальца 3 из паза 2 при подъеме устройства для бурения, паз 6 служит для поворота устройства для бурения при установке его в рабочее положение, в пазах 5 и 6 имеются подпружиненные пластины 7, пропускающие палец 3 только вверх и служащие для управления движением пальца 3. Пазы 5 и 6 в нижней части переходят в узел переключения (фиг.4), включающий в себя укрепленный на оси с возможностью поворота рычаг 8, состоящий из трех пластин и пружины 9, фиксирующий рычаг в двух положениях, а также канавки 10 (фиг. 4, фиг.11), выполненные в виде уступов с одной стороны с плавным выходом с другой для предотвращения движения подпружиненного пальца 3 в обратном направлении. Корпус 1 имеет в нижней части прорези для выхода лап 17 шарошек 11, 12, 13, устройство для ограничения движения устройств вверх, включающие в себя электромагнит 14, шток 15 с пружиной 16 (фиг.14); на уступе для ограничения движения устройств вниз - шлицевые канавки для захода шлицов устройства для крепления ствола скважины.

Узел крепления лап 17 шарошек (фиг.6) расположен в нижней части корпуса 1 и включает в себя шток 18, соединенный с пружинной диафрагмой 19, без возможности взаимного движения, полости 20, заполненные маслом, соединенные между собой каналами. Устройство для бурения (фиг.1,2,3) включает в себя поршень 21, в котором находится палец 3 с пружиной 4, клапан, состоящий из шарика 22 и пружины 23, которая установлена на оси 24, закрепленной на поршне 21 без возможности взаимного перемещения, три шарошки 11, 12, 13, закрепленные на лапах 17, которые крепятся с возможностью вращения на осях 25, при этом ось шарошки 11 установлена в поршне 21 без возможности перемещения вдоль оси поршня 21, а оси 25 шарошек 12 и 13 установлены в пазах с возможностью перемещения вдоль оси поршня 21, но без возможности вращения, ось шарошки 13 подпружинена пружинами 26, а ось шарошки 12 - пружинами 27, лапы шарошек и оси 25 соединяется пружинами 28 (фиг.13), которые разворачивают шарошки в рабочее положение при выходе шарошек из узла крепления устройства.

Устройство для крепления ствола скважины включает в себя корпус 29, поршень 30, с подпружиненной крышкой 31, электронагревательные элементы 32, энергия к которым подводится по кабелям 33, в нижней части корпуса 29 перед затирочным узлом 35, установлены датчики давления 36 и температуры 37. Затирочный узел 34 включает в себя лопатки 38, установленные под углом к оси устройства на поршнях 39, подпружиненных пружиной 40, толкатель 41, рычаги 42, установленные с возможностью вращения на оси 43, гидромеханический замок, установленный в поршне 30 и включающий в себя шток 44, подпружиненный пружиной 45, рычаг 47, подпружиненный пружиной 48, фиксатор 49, подпружиненный пружиной 50, шток 51, подпружиненный пружиной 52, в поршне 30 выполнены каналы 46 и 53.

Устройство для бурения и крепления ствола скважины работает следующим образом. Устройство для бурения опускается в колонну бурильных труб, заполненную буровым раствором, при достижении им спирального паза 2 в корпусе 1 палец 3 под действием пружины 4 перемещается, заходит в паз 2, достигает узла переключения, производит давление на правую пластину рычага 8, переводит его во второе положение, фиксируемое пружиной 9 и попадает в канавку 10, фиксируется в ней, при этом шарошки 11, 12, 13 под действием пружин 28 поворачиваются, занимая положение, показанное на фиг.2, буровой раствор подается в заколонное пространство, устройство для бурения, приподнимается вверх, палец 3 движется в пазу 6, достигает пластины 7, проходит ее, поднимая, пластина 7 под действием пружины возвращается в исходное положение, лапы 17 шарошек заходят в пазы, расположенные в нижней части корпуса 1, устройство для бурения опускается до забоя, шарошки 11, 12, 13 принимают положение, изображенное на фиг.3, буровой раствор подается в колонну труб, проходит через клапан, отжимая подпружиненный пружиной 23, шарик 22. Лапы 17 шарошек 11, 12, 13 производят давление на штоки 18, соединенные с пружинными диафрагмами 19, при этом жидкость, заполняющая полости 20, например масло, передает давление на боковые диафрагмы, соединенные с зажимами, которые зажимают лапы 17 шарошек 11, 12, 13, после окончания процесса бурения, колонна труб приподнимается над забоем, подача бурового раствора прекращается, устройство для бурения опускается вниз под действием пружин 26, 27, устройство принимает положение, изображенное на фиг.2, при этом палец 3 опускается вниз, заходя в паз 2, поворачивая при этом устройство для бурения, заходит в узел переключения (рычаг 8 находится во втором положении), проходит его, переводит рычаг 8 в первое положение, заходит в канавку 10 паза 5, колонну бурильных труб заполняют веществом, удельный вес которого меньше удельного веса бурового раствора н.п. водой, буровой раствор подается в заколонное пространство, устройство для бурения поднимается вверх, при этом лапы крепления шарошек поворачиваются, упираясь в нижней торец корпуса 1 и принимают положение изображенное на фиг.1. После извлечения устройства для бурения в колонну бурильных труб опускается устройство для крепления ствола скважины, ориентация которого производится аналогично, палец 3 заходит в пазы 2, шлицы корпуса 29 заходят в шлицевые пазы корпуса 1, палец 15, под действием электромагнита 14, управление которым производится с поверхности, перемещается влево, фиксируя положение устройства для крепления ствола скважины, буровой раствор подается в заколонное пространство, поршень 30, находящийся внизу, поднимается, при достижении верхнего положения, подпружиненный палец 44 перемещается вправо, заходя в отверстие в корпусе 29, фиксируя положение поршня 30; при этом раствор, заходя в канал 53, производит давление на шток 51, подпружиненный пружиной 52, перемещает его вправо, предоставляя возможность движения вниз рычагу 47, подпружиненного пружиной 48, который при этом открывает крышку 31, после чего производится доставка материала для крепления, например: композитные материалы, сплавы черных или цветных металлов, через колонну бурильных труб, вместе с буровым раствором в камеру нагрева, снабженную электронагревательными элементами 32, энергия к которым подается по кабелям 33, после доставки необходимого количества материала, подача бурового раствора прекращается, крышка 31 под действием пружины, закрывается, рычаг 47 поднимается, открывая канал 46, начинается нагрев материала крепления, после полного расплавления его, буровой раствор подается в колонну труб, который через канал 46 производит давление на подпружиненный пружиной 45 шток 44, который, смещаясь влево, выходит из отверстия корпуса 29, освобождая путь поршню 30 вниз, расплавленный материал для крепления под воздействием поршня выдавливается через сопла 35 и попадает на лопатки 38 затирочного узла 34, при этом устройство для крепления вращается вместе с колонной бурильных труб, крутящий момент передается через шлицевые соединения, формируя обсадный ствол, колонна труб поднимается и производится соединение обсадного ствола с выполненным ранее, лопатки 38 затирочного узла 34, закрепленные на поршнях 39, подпружиненные пружиной 40 раздвигаются под действием толкателя 41, воспринимающего давление расплавленного материала для крепления; после прекращения подачи раствора, пружина 40 сжимает через рычаги 42 поршни 39 с укрепленными на них лопатками 38, контроль за креплением осуществляется с помощью датчика давления 35 и датчика температуры 37. После формирования участка ствола скважины, шток 15 электромагнита 14 перемещают вправо, в колонну труб подается вещество с удельным весом меньшим, чем удельный вес раствора, н.п. воду, в заколонное пространство подается буровой раствор и устройство для крепления ствола скважины поднимается на поверхность.

Формула изобретения

СПОСОБ БУРЕНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ бурения и крепления ствола скважины, включающий доставку бурильного инструмента на забой, бурение скважины, крепление скважины подачей тампонажного материала по колонне бурильных труб, формирование крепи скважины, отличающийся тем, что крепление скважины чередуют с ее бурением, которое осуществляют с применением складывающегося породоразрушающего инструмента и расширением ствола скважины до конечной ее глубины, а после бурения породоразрушающий инструмент транспортируют на устье по колонне бурильных труб, предварительно заполняя ее флюидом с последующей подачей бурового раствора в заколонное пространство, причем плотность раствора превышает плотность флюида, а в качестве тампонажного материала применяют термопластичный материал, который расплавляют на забое, причем крепь скважины формируют с одинаковым проходным сечением по всей глубине скважины.

2. Устройство для бурения и крепления ствола скважины, включающее бурильную колонну, породоразрушающий инструмент и извлекаемый узел крепления ствола скважины, отличающееся тем, что породоразрушающий инструмент выполнен в виде цилиндра с пазами на внутренней боковой поверхности, фиксатором в верхней части, осевым каналом, перекрытым подпружиненным шаровым клапаном, подпружиненным штоком, помещенным под шаровым клапаном и долотом-расширителем в виде не менее трех складывающихся шарошек, одна из которых жестко связана со штоком, а две другие установлены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра по его пазам, при этом узел крепления выполнен с камерой нагрева и помещенными в ней электронагревательными элементами, ограничителем верхнего перемещения в виде штока с электромагнитным приводом и каналом передачи энергии в виде кабелей, помещенных на наружной поверхности бурильных труб.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14