Устройство для бурения скважины ударно-вращательным методом
Владельцы патента RU 2540675:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МГУПС (МИИТ)) Российская открытая академия транспорта (РОАТ) (RU)
Изобретение относится к бурению, а именно к добыче воды из буровых скважин с использованием устройства для бурения скважины ударно-вращательным методом. Устройство содержит увеличитель веса долота, устанавливаемый непосредственно над долотом - наддолотный утяжелитель - и закрепленный к колонне бурильных труб и к долоту с помощью переходников. Увеличитель веса долота выполнен в виде отрезка обсадной трубы, выполненной с возможностью установки на бурильную трубу с упором в переходник, соединяющий бурильную трубу с долотом с одной стороны и соединения с помощью переходника с колонной бурильных труб с другой стороны, при этом отрезок обсадной трубы отцентрован относительно бурильной трубы с помощью защитных муфт, а пространство между этими трубами заполнено свинцовой дробью и электрореологической жидкостью и оснащено устройством для создания электрического поля, повышающим вязкость электрореологической жидкости при нанесении удара по долоту. Обеспечивается повышение эффективности бурения скважин за счет увеличения скорости проходки. 2 ил.
Изобретение относится к бурению, а именно к добыче воды из буровых скважин с использованием устройства для бурения скважины ударно-вращательным методом.
В практике технологических процессов при проходке скважин для добычи подземных вод, а также полезных ископаемых широкое применение нашли устройства в виде виброударных буровых снарядов, которые обеспечивают нанесение по забою посредством подпружиненного ударника серии дополнительных ударов в момент контакта долота с породой в промежутке между основными ударами, что дает возможность увеличить интенсивность динамического воздействия на забой благодаря более эффективному использованию кинетической энергии снаряда [1].
Недостатком этих устройств является то, что они обеспечивают только одноимпульсное увеличение интенсивности динамического воздействия на разрушаемую породу без последовательного наращивания нагрузки, кроме того, для применения этих устройств требуется применение сложного специального оборудования.
Известно также устройство в виде наддолотного утяжелителя, которое содержит увеличитель веса долота, устанавливаемый непосредственно над долотом и закрепленный к колонне бурильных труб и к долоту с помощью переходников [2].
Недостатком известного устройства является то, что наддолотный утяжелитель включает внутреннюю трубу, состоящую из отдельных секций, соединяющихся между собой при помощи конических резьб, наружную трубу, состоящую из отдельных толстостенных труб и центраторов, установленных между ними, что усложняет процесс сборки бурильной колонны, а при необходимости изменения веса бурильного снаряда требует извлечения и переоборудования всего бурильного снаряда. Кроме того, осевое давление на долото (буровой снаряд) создается за счет веса наддолотного утяжелителя, при этом в процессе бурения осевое давление необходимо изменять, что сложно выполнить с использованием известного устройства. В то же время разрушение горной породы осуществляется при контактных напряжениях, возникающих при работе долота, которые также зависят от осевого усилия, которое должно последовательно нарастать, что затруднено выполнить при использовании известного устройства, вследствие чего разрушение горной породы происходит в меньшем объеме.
Целью изобретения является повышение эффективности проходки скважин, обеспечение возможности разрушения в большем объеме различных горных пород.
Указанная цель достигается последовательным увеличением времени контакта между инструментом и породой за счет оборудования на бурильной трубе увеличителя веса долота, который выполнен в виде отрезка обсадной трубы, выполненной с возможностью установки на бурильную трубу с упором в переходник, соединяющий бурильную трубу с долотом с одной стороны и соединения с помощью переходника с колонной бурильных труб с другой стороны, при этом отрезок обсадной трубы отцентрован относительно бурильной трубы с помощью защитных муфт, а пространство между этими трубами заполнено свинцовой дробью и электрореологической жидкостью и оснащено устройством для создания электрического поля, повышающего вязкость электрореологической жидкости при нанесении удара по долоту.
Как известно, величина пластической деформации зависит не только от величин приложенных сил, но и от характера изменения приложенной нагрузки с течением времени, так как при дальнейшем увеличении деформации может наступить разрыв (разрушение) тела.
Увеличитель веса долота, состоящий из отрезка обсадной трубы, заполненной свинцовой дробью и электрореологической жидкостью, оборудованный устройством создания электрического поля, вызывает при нанесении ударов по забою последовательное увеличение величины осевого давления за счет приращения импульса сил. Поэтому, разгоняя долото дополнительной постоянной силой за счет увеличения массы долота во времени и повышения скорости инструмента (энергии удара), обеспечивается увеличение глубины погружения долота при каждом ударе. Кроме того, за счет создания электрического поля вязкость электрореологической жидкости повышается до затвердевания, что создает дополнительную нагрузку на долото и увеличивает величину осевого давления на долото. Вследствие этого происходит скачкообразное развитие форм разрушения горной породы, что ведет к тому, что при увеличении начальной кинетической энергии удара происходит немонотонное увеличение как объема разрушения, так и энергоемкости разрушения породы при ударном воздействии. Это повышает эффективность проходки скважин, обеспечивает возможность разрушения в большем объеме различных горных пород, что увеличивает скорость проходки скважины.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна». Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники [3, 4] не позволяет выявить в них признаки, сходные с заявленным устройством для бурения скважины ударно-вращательным методом с использованием увеличителя веса долота, состоящего из отрезка обсадной трубы, заполненной свинцовой дробью и электрореологической жидкостью, который устанавливается на бурильную трубу со стороны свободного конца над долотом и оснащается устройством для создания электрического поля.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема устройства для бурения скважины ударно-вращательным методом; на фиг. 2 - его разрез по А-А.
Конструкция предлагаемого устройства для бурения скважины ударно-вращательным методом содержит бурильную трубу 1 с переходниками 2 и увеличителем веса бурового инструмента, состоящим из защитных муфт 3, устанавливаемых на отрезке обсадной трубы 4, заполненной свинцовой дробью и электрореологической жидкостью 5 и оснащенной устройством для создания электрического поля 6, располагаемых со стороны свободного конца выше долота 7, разрушающего горную породу при ударном воздействии при проходке скважины 8.
Работает конструкция предлагаемого устройства для бурения скважины ударно-вращательным методом следующим образом. При подготовке к бурению скважины на бурильную трубу навинчивается переходник и долото; на бурильную трубу со стороны свободного конца устанавливают увеличитель веса долота, который монтируется путем надевания отрезка обсадной трубы диаметром меньше долота до упора в переходник; бурильную трубу центруют в обсадной трубе с помощью защитных муфт, заполняют межтрубное пространство свинцовой дробью и электрореологической жидкостью, монтируют устройство для создания электрического поля и крепят к основной колонне бурильных труб с помощью переходника.
При бурении скважины увеличитель веса долота вызывает при нанесении ударов по забою последовательное увеличение величины осевого давления за счет приращения импульса сил, создаваемых увеличением массы долота во времени, которая повышается вследствие сил инерции дроби, заполняющей увеличитель веса долота, и электрореологической жидкости, затвердевающей под действием устройства для создания электрического поля, вследствие этого происходит скачкообразное развитие форм разрушения горной породы, что ведет к увеличению объема разрушения.
Таким образом, реализация предлагаемого устройства для бурения скважины ударно-вращательным методом с увеличителем веса долота обеспечивает возможность разрушения в большем объеме различных горных пород, что повышает эффективность бурения скважин за счет увеличения скорости их проходки.
Источники информации
1. Пособие по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84). М.: Стройиздат, 1989.
2. Авторское свидетельство SU №1502798, 23.08.1989, Ε21В 17/00, 7/10.
3. Султанов Б.З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны. М.: Недра, 1991, с.133.
4. Патент РФ №2078190, Е21В 7/00, Е21В 19/08, 1993.
Устройство для бурения скважины ударно-вращательным методом, содержащее увеличитель веса долота, устанавливаемый непосредственно над долотом - наддолотный утяжелитель - и закрепленный к колонне бурильных труб и к долоту с помощью переходников, отличающееся тем, что увеличитель веса долота выполнен в виде отрезка обсадной трубы, выполненной с возможностью установки на бурильную трубу с упором в переходник, соединяющий бурильную трубу с долотом с одной стороны и соединения с помощью переходника с колонной бурильных труб с другой стороны, при этом отрезок обсадной трубы отцентрован относительно бурильной трубы с помощью защитных муфт, а пространство между этими трубами заполнено свинцовой дробью и электрореологической жидкостью и оснащено устройством для создания электрического поля, повышающим вязкость электрореологической жидкости при нанесении удара по долоту.
