Скважинный дробитель в сборе

Изобретение относится к области буровых работ, связанных с нефтью и газом, и предназначено для устройств дробления скоплений материалов при борьбе с поглощениями бурового раствора и потерями текучей среды. Технический результат – повышение надежности работы устройства. Скважинный дробитель в сборе содержит собственно дробитель, выполненный с возможностью размещения внутри несущего бурильного инструмента. Дробитель имеет верхний крепежный элемент, выполнен с возможностью установки внутри несущего бурильного инструмента и имеет входное отверстие для текучей среды. Имеется нижняя секция с экраном дробителя. К этому экрану прикреплено множество резцов с возможностью снятия. Резцы ориентированы радиально относительно центральной оси экрана дробителя. Кроме того, экран дробителя представляет собой цилиндр с множеством прорезей и имеет нижнюю крышку с отверстием для текучей среды. 11 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] 1. Область техники, к которой относится изобретение

[0006] Настоящее изобретение относится к устройствам и способам, применяемым при буровых работах, связанных с нефтью и газом, для дробления скоплений материалов для борьбы с поглощением (LCM), которые применяются для устранения ухода бурового раствора и потерь текучей среды, и более конкретно - к таким устройствам, которые содержат элементы для измельчения больших масс LCM во время этапа дробления.

[0007] 2. Уровень техники

[0008] При бурении нефтяных или газовых скважин, при должных обстоятельствах в процессе бурения, буровые растворы и обломки выбуренной породы выводятся в радиальном направлении прочь от буровой коронки в кольцевое пространство вокруг бурильной штанги и выносятся на поверхность. Такие буровые растворы также важны для обеспечения гидростатического давления для предотвращения попадания пластовой текучей среды в буровую скважину, сохраняя буровую коронку холодной и чистой в процессе бурения, и удерживая во взвешенном состоянии обломки выбуренной породы при приостановке бурения и в случае, когда буровая компоновка вводится в канал и выводится из него. Поскольку правильная циркуляция критически важна в процессе бурения, любой уход бурового раствора является серьезной проблемой, которая должна быть решена для возобновления бурения.

[0009] Уход бурового раствора представляет собой частичную или полную потерю бурового раствора или цементного шлама в породе в процессе операций бурения или цементирования, или их обоих. Уход бурового раствора может быть обусловлен естественными причинами, такими как естественно трещиноватые породы или рыхлые зоны, или искусственными причинами, например, когда гидростатическое давление столба текучей среды превышает градиент давления гидроразрыва породы и поры породы разрушаются достаточно, чтобы вобрать (вместо того, чтобы сопротивляться) текучую среду. Когда происходит уход бурового раствора, это обычно приводит к тому, что потребуются дополнительные затраты времени и бурового раствора или цемента, значительно увеличивая общую затратность скважины.

[00010] Последствия ухода бурового раствора могут быть, начиная с таких малых, как потеря бурового раствора стоимостью в несколько долларов, заканчивая такими катастрофическими, как неконтролируемый выброс и человеческие жертвы. Если количество текучей среды в буровой скважине падает из-за ухода бурового раствора (или по любой другой причине), гидростатическое давление падает, что может позволить газу или текучей среде, находящимся под давлением, более высоким, чем пониженное гидростатическое давление, затекать в буровую скважину. Другим последствием ухода бурового раствора является сухое бурение. Сухое бурение происходит, если текучая среда полностью уходит из буровой скважины без прекращения осуществляемого бурения. Эффекты сухого бурения разнятся, начиная с таких малых, как разрушение коронки, заканчивая такими серьезными, как значительное повреждение буровой скважины с необходимостью бурения новой скважины. Сухое бурение также может вызвать значительное повреждение бурового трубопровода, включая растрескивание трубы, и самой буровой установки.

[00011] «Материалы для борьбы с поглощением» (LCM) является собирательным термином для веществ, добавляемых в буровые растворы, когда буровые растворы уходят в скважину в породе. Широко используемые виды LCM включают волокнистые (кора кедра, резаные стебли тростника, минеральные волокна и волосы), пластинчатые (чешуйки слюды и кусочки пластика или целлофановые обрезки) или зернистые (грунт и просеянный известняк или мрамор, древесина, ореховая скорлупа, Formica, кукурузные початки и хлопковая шелуха). LCM, в сочетании с другими текучими средами с увеличенной вязкостью, применяются для быстрого заполнения трещин и заполнения зоны поглощения.

[00012] При доставке LCM в зону поглощения могут возникнуть накопления и скопления LCM, что может создать препятствие для необходимого потока текучей среды к месту бурения. Таким образом, желательно предотвратить такие препятствия путем дробления таких скоплений или «комков» как можно раньше и быстрее. Учитывая природу некоторых видов LCM и их склонность к скоплению в такие комки, одним решением является введение таких комков в контакт с лезвиями или резцами, помещенными в канал с текучей средой, сопровождаемое при этом незначительным снижением необходимого потока текучей среды в процессе заполнения зоны поглощения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00013] Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение скважинного дробителя в сборе, содержащего дробитель, выполненный с возможностью размещения внутри несущего бурильного элемента, имеющего верхний крепежный элемент, выполненный с возможностью установки внутри несущего бурильного элемента и имеющий входное отверстие для текучей среды, и нижнюю секцию, имеющую экран дробителя; и множество резцов, прикрепленных с возможностью снятия к экрану дробителя, при этом резцы ориентированы радиально относительно центральной оси экрана дробителя.

[00014] Другой целью настоящего изобретения является обеспечение дробителя в сборе, при этом экран дробителя представляет собой цилиндр, имеющий множество прорезей дробителя, образованных в нем, и нижнюю крышку, имеющую отверстие для текучей среды.

[00015] Другой целью настоящего изобретения является обеспечение дробителя в сборе, при этом каждый из множества резцов имеет режущую кромку и крепежный выступ, и при этом крепежный выступ выполнен с возможностью сопрягаемого зацепления с одной из множества прорезей дробителя экрана дробителя.

[00016] Другой целью настоящего изобретения является обеспечение дробителя в сборе, при этом первый комплект резцов установлен на первой выбранной высоте вдоль центральной оси экрана дробителя, и при этом второй комплект резцов установлен на второй выбранной высоте вдоль центральной оси экрана дробителя. Резцы могут быть прикреплены к экрану дробителя таким образом, что режущие кромки являются либо внутренними, либо наружными относительно экрана дробителя.

[00017] Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение дробителя в сборе, который дополнительно содержит множество центрирующих элементов, смежных с экраном дробителя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[00018] Для дополнительного понимания сущности, целей и преимуществ настоящего изобретения будет сделана ссылка на следующее подробное описание, рассматриваемое совместно со следующими графическими материалами, где одинаковыми ссылками обозначены одинаковые элементы.

[00019] На фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе несущего бурильного элемента, содержащего предпочтительный вариант осуществления экрана дробителя согласно настоящему изобретению.

[00020] На фиг. 2 показан вид сбоку экрана дробителя по фиг. 1.

[00021] На фиг. 3 показан вид снизу экрана дробителя по фиг. 1.

[00022] На фиг. 4 показан вид сверху экрана дробителя по фиг. 1.

[00023] На фиг. 5 показан вид в перспективе экрана дробителя по фиг. 1, показывающий экранирующий цилиндр, имеющий внутренние резцы.

[00024] На фиг. 6 показан вид в перспективе экрана дробителя по фиг. 1 без экранирующего цилиндра для лучшего иллюстрирования местоположения внутренних резцов.

[00025] На фиг. 7 показан альтернативный вариант осуществления экрана дробителя, имеющего наружные резцы и нижний экранирующий цилиндр с прорезями.

[00026] На фиг. 8 показан вид снизу экрана дробителя по фиг. 7.

[00027] На фиг. 9 показан вид сверху экрана дробителя по фиг. 7.

[00028] На фиг. 10 показан вид в перспективе экрана дробителя по фиг. 7, показывающий экранирующий цилиндр, имеющий наружные резцы.

[00029] На фиг. 11 показан вид в перспективе экрана дробителя по фиг. 7 без экранирующего цилиндра для лучшего иллюстрирования местоположения наружных резцов.

[00030] На фиг. 12 показан дополнительный альтернативный вариант осуществления экрана дробителя, имеющего наружные резцы и нижний экран, выполненный из вертикальных стержней.

[00031] На фиг. 13 показан вид снизу экрана дробителя по фиг. 12.

[00032] На фиг. 14 показан вид сверху экрана дробителя по фиг. 12.

[00033] На фиг. 15 показан вид в перспективе экрана дробителя по фиг. 12, показывающий экранирующий цилиндр, имеющий наружные резцы.

[00034] На фиг. 16 показан вид в перспективе экрана дробителя по фиг. 12 без экранирующего цилиндра для лучшего иллюстрирования местоположения наружных резцов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[00035] Прежде чем настоящее изобретение будет описано далее, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления изобретения, описанными ниже, поскольку могут быть выполнены вариации конкретных вариантов осуществления, которые все еще подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения. Следует также понимать, что применяемая терминология предназначена для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения. Вместо этого объем настоящего изобретения будет определен прилагаемой формулой изобретения.

[00036] В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения элементы, указанные в единственном числе, могут включать таковые во множественном числе, если это явно не противоречит контексту. Если не указано иное, все технические и научные термины, применяемые здесь, имеют то же значение, которое обычно понятно специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Если в данном документе не указано иное, все материалы конструкции предпочтительно являются выполненными из стали, стойкой к коррозионным воздействиям, характерным для скважин.

[00037] Как показано на фигурах, предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 1-6 в виде скважинного дробителя в сборе 1, содержащего дробитель 2, выполненный с возможностью размещения внутри несущего бурильного элемента 3, имеющего верхний крепежный элемент 4, выполненный с возможностью установки внутри несущего бурильного элемента 3 и имеющий входное отверстие 5 для текучей среды, и нижнюю секцию, имеющую экран 6 дробителя. Как показано более подробно на фиг. 4 и 6, множество резцов 7 прикреплены с возможностью снятия к экрану 6 дробителя, при этом резцы 7 ориентированы радиально относительно центральной оси 8 экрана 6 дробителя. Экран 6 дробителя представляет собой цилиндр, имеющий множество прорезей 9 дробителя, образованных в нем, и нижнюю крышку 10, имеющую отверстие 11 для текучей среды.

[00038] В варианте осуществления, показанном на фиг. 1-6, дробитель в сборе 1 дополнительно содержит множество центрирующих элементов 16, смежных с экраном 6 дробителя, при этом каждый из центрирующих элементов 16 проходит между крепежным элементом 4 и нижней крышкой 10. Три центрирующих элемента 16 служат для удержания экрана 6 дробителя по центру внутри несущего бурильного элемента 3. Будет понятно, что центрирующие элементы 16 могут иметь широкий диапазон структурных форм, которые служат для центрирования экрана 6 дробителя внутри несущего бурильного элемента 3.

[00039] Как показано на фиг. 6, где цилиндрический экран 6 дробителя удален для ясности, каждый из множества резцов 7 имеет режущую кромку 12 и крепежный выступ 13, и при этом крепежный выступ 13 выполнен с возможностью сопрягаемого зацепления с одной из множества прорезей 9 дробителя экрана 6 дробителя. В предпочтительном варианте осуществления первый комплект 14 резцов 7 установлен на первой выбранной высоте HI вдоль центральной оси 8 экрана 6 дробителя, и второй комплект 15 резцов 7 установлен на второй выбранной высоте Н2 вдоль центральной оси 8 экрана 6 дробителя. В данном варианте осуществления, показанном на фиг. 1-6, резцы 7 прикреплены к экрану 6 дробителя таким образом, что режущие кромки 12 являются внутренними относительно экрана 6 дробителя. Должно быть понятно, что каждый отдельный резец 7 может размещаться в любой прорези 9 с обеспечением разнообразной и неупорядоченной схемы расположения резцов 7 на экране 6 дробителя. Однако считается, что с помощью упорядоченных комплектов резцов 7 на выбранных высотах можно обеспечивать более однородное разделение скоплений LCM по время дробления текучей среды через дробитель в сборе 1.

[00040] Как наилучшим образом показано на фиг. 6, дробитель в сборе 1 дополнительно содержит нижнее режущее устройство 17, проходящее от держателя 19, прикрепленного к нижней крышке 10 внутри относительно экрана 6 дробителя, при этом режущее устройство 17 содержит множество расположенных радиально режущих кромок 18, подобно резцам 7, расположенным выше режущего устройства 17. Режущее устройство 17 служит по существу как третья ступень этапа резания в дополнение к первому и второму комплекту 14, 15 резцов 7, перед тем как текучая 20 выйдет из экрана 6 дробителя через отверстие 11 для текучей среды.

[00041] В рабочей конфигурации текучая среда 20 течет через несущий бурильный элемент 3 и во впускное отверстие 5 крепежного элемента 4. Любые скопления LCM или комки в текучей среде 20 поступают к режущим кромкам 12 резцов 7, и разделяются на более мелкие части с накоплением внутри экрана 6 дробителя, в то время как текучая среда 20 может выпускаться из экрана 6 дробителя через прорези 9 дробителя и отверстие 11 для текучей среды.

[00042] Предпочтительный вариант осуществления, описанный выше, а также альтернативные варианты осуществления, описанные ниже, являются эффективными для дробления широкого диапазона текучих сред и материалов, включая буровые растворы на основе масла и воды, баритовые глинистые буровые растворы, цементные растворы, все буровые растворы, кислот для точечного нанесения для разрушения известняковых пород, смешанных материалов, смешиваемых в смешивающих баках, разрушения больших масс карбидных зарядов и комков раствора «с комками слежавшегося осадка», LCM, цементного раствора и подобного, которое формируется в трубопроводе или из-за плохого смешивания.

[00043] В альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг. 7-11, подобный дробитель в сборе выполнен с возможностью обеспечения потока текучей среды 20, таким образом, скопления LCM вынуждены контактировать с резцами 24, расположенными снаружи относительно экрана 21 дробителя, и при этом LCM, которые являются слишком большими для прорезей 9 дробителя, скапливаются на наружной стороне экрана 21 дробителя. Крепежный элемент 22 (подобный крепежному элементу 4) содержит впускное отверстие 23 для впуска текучей среды 20. Текучая среда 20 затем отклоняется конусообразным отклоняющим элементом 25, прикрепленным к мостику 26 внутри крепежного элемента 22 и расположенным между входным отверстием 23 для текучей среды крепежного элемента 22 и экраном 21 дробителя.

[00044] Как показано на фиг. 11, где цилиндрический экран 21 дробителя удален для ясности, каждый из множества резцов 24 имеет режущую кромку 27 и крепежный выступ 28, и при этом крепежный выступ 28 выполнен с возможностью сопрягаемого зацепления с одной из множества прорезей 9 дробителя экрана 21 дробителя. В данном варианте осуществления три комплекта резцов 7 установлены на выбранных высотах вдоль центральной оси 8 экрана 21 дробителя, подобно расположению, показанному на фиг. 6.

[00045] Как показано на фиг. 7-11, дробитель в сборе дополнительно содержит нижний элемент 30 дробителя, прикрепленный ниже экрана 21 дробителя, при этом нижний элемент 30 дробителя выполнен из цилиндра с прорезями. Нижняя крышка 31 прикреплена к нижней части нижнего элемента 30 дробителя и при этом содержит отверстие 32 для выпуска текучей среды. На фиг. 12-16 показан дополнительный вариант осуществления, который идентичен варианту осуществления по фиг. 7-11, за исключением нижнего элемента 30 дробителя, который выполнен из вертикальных стержней 33.

[00046] Все ссылки, приведенные в настоящем описании, включены в настоящий документ посредством ссылки, как если бы каждая ссылка была конкретно и индивидуально указана для включения посредством ссылки. Цитирование любой ссылки предназначено для ее раскрытия до даты подачи и не должно быть истолковано как признание того, что настоящее изобретение не имеет права на противопоставление в качестве источника информации с более ранним приоритетом такой ссылки в силу предшествующего изобретения.

[00047] Понятно, что каждый из описанных выше элементов или два или более вместе могут также найти полезное применение в других типах способов, отличающихся от описанного выше типа. Без дальнейшего анализа вышеизложенное будет полностью раскрывать сущность настоящего изобретения так, что другие могут, применяя текущие знания, легко адаптировать его для различных применений, не опуская признаков, которые, с точки зрения предшествующего уровня техники, точно составляют существенные характеристики основного или конкретных аспектов настоящего изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения. Вышеизложенные варианты осуществления представлены только в качестве примера; объем настоящего изобретения ограничен только следующей формулой изобретения.

1. Скважинный дробитель в сборе, содержащий:

a) дробитель, выполненный с возможностью размещения внутри несущего бурильного элемента, имеющий верхний крепежный элемент, выполненный с возможностью установки внутри несущего бурильного элемента и имеющий входное отверстие для текучей среды, и нижнюю секцию, имеющую экран дробителя;

b) множество резцов, прикрепленных, с возможностью снятия, к экрану дробителя, при этом резцы ориентированы радиально относительно центральной оси экрана дробителя.

2. Дробитель в сборе по п. 1, отличающийся тем, что экран дробителя представляет собой цилиндр, имеющий множество прорезей, образованных в нем, и нижнюю крышку, имеющую отверстие для текучей среды.

3. Дробитель в сборе по п. 2, отличающийся тем, что каждый из множества резцов имеет режущую кромку и крепежный выступ, при этом крепежный выступ выполнен с возможностью сопрягаемого зацепления с одной из множества прорезей экрана дробителя.

4. Дробитель в сборе по п. 3, отличающийся тем, что первый комплект резцов установлен на первой выбранной высоте вдоль центральной оси экрана дробителя, при этом второй комплект резцов установлен на второй выбранной высоте вдоль центральной оси экрана дробителя.

5. Дробитель в сборе по п. 3, отличающийся тем, что резцы установлены на экран дробителя таким образом, что режущие кромки являются внутренними относительно экрана дробителя.

6. Дробитель в сборе по п. 3, отличающийся тем, что резцы установлены на экран дробителя таким образом, что режущие кромки являются наружными относительно экрана дробителя.

7. Дробитель в сборе по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно содержит множество центрирующих элементов, смежных с экраном дробителя.

8. Дробитель в сборе по п. 7, отличающийся тем, что каждый из центрирующих элементов проходит между крепежным элементом и нижней крышкой.

9. Дробитель в сборе по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно содержит нижнее режущее устройство, проходящее от нижней крышки внутри относительно экрана дробителя, при этом режущее устройство содержит множество радиально расположенных режущих кромок.

10. Дробитель в сборе по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно содержит нижний элемент дробителя, расположенный ниже экрана дробителя, при этом нижний элемент дробителя выполнен из цилиндра с прорезями.

11. Дробитель в сборе по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно содержит нижний элемент дробителя, расположенный ниже экрана дробителя, при этом нижний элемент дробителя выполнен из вертикальных стержней.

12. Дробитель в сборе по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно содержит отклоняющий элемент, расположенный между входным отверстием для текучей среды крепежного элемента и экраном дробителя.