БУРОВОЙ СНАРЯД Российский патент 1994 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к буровой технике и используется для обеспечения высокопроизводительного процесса бурения при проходке геологоразведочных скважин в особо сложных геологических условиях.

Известно бурение с отбором керна, предотвращающем обрушение стенок скважины с применением ходовой колонны обсадных труб, забиваемой или задавливаемой в скважину после очередной углубки забоя и извлечения бурового снаряда на поверхность [1]. В этом случае диаметр ходовой колонны больше диаметра примененного породоразрушающего инструмента и следовательно часть горной породы срезается заостренным концевым элементом обсадной колонны.

Отсутствие промывочного потока в затрубном пространстве ходовой обсадной колонны сопровождается накоплением растертого породного материала с образованием сальников из глинопесчаных образований, что в конечном итоге не дает возможности глубже продвигать обсадную колонну. Дальнейшее бурение осуществляется без ходовой колонны обсадных труб из расчета закрепления вскрытых неустойчивых интервалов скважины стационарными колоннами обсадных труб с постепенным переходом на меньший диаметр бурения. Необходимость применения телескопа обсадных колонн удорожает бурение в сложных геологических условиях, сопровождается уменьшением диаметра скважины и количества получаемого кернового материала, увеличением затрат времени на спуско-подъемные операции в связи с ограничением проходки за рейс.

Известно также техническое решение для бескернового бурения с одновременной обсадкой скважины, в особо сложных геологических условиях, ходовой колонной обсадных труб и буровым снарядом большего диаметра, чем обсадная колонна. В этом случае бурильная колонна имеет устройство с фиксаторами передачи осевой нагрузки и крутящего момента, размещенными в удлинителе-переходнике. Обсадная колонна находится над колонковой трубой и погружается в скважину одновременно с углубкой скважины. Отбор керна в процессе бурения не предусматривается, бурильная колонна не извлекается из обсадной колонны до окончания бурения [2].

Недостатками данного технического средства, использующего устройство с запирающими фиксаторами, являются следующие:
- при раздельном подъеме и спуске обсадной и бурильной колонны в скважину потребуются значительные затраты времени на поиск боковых отверстий в колонковой трубе, находящейся в скважине и точное совмещение с ним фиксаторов после каждого подъема керна на поверхность;
- фиксаторы во время спуско-подъемных операций соприкасаются под давлением пружин со стенками обсадной колонны и изнашиваются, а также деформируются при ударах и зацепляются за ниппельные и резьбовые соединения, что замедлит спуск и подъем снаряда;
- на фиксаторах сосредоточены нагрузки в виде крутящего момента и осевого давления, передаваемого на забой скважины, в связи с чем они подвержены сложным напряжениям, деформации и быстрому выходу из строя, что вызовет остановки при осуществлении спуско-подъемных операций.

Целью изобретения является сокращение времени на спуско-подъемные операции при бурении в особо сложных геологических условиях. Указанная цель достигается тем, что в буровом снаряде, содержащем обсадную колонну, присоединенный к ней снизу, с возможностью независимого вращения, трубчатый корпус с коронкой, внутреннюю бурильную колонну, и узел передачи крутящего момента и осевой нагрузки на трубчатый корпус от внутренней бурильной колонны, узел передачи крутящего момента и осевой нагрузки выполнен в виде ограничительной подвижной втулки, размещенной в верхней части трубчатого корпуса, удлинителя с продольными канавками на наружной поверхности, связанного с бурильной колонной, и вкладышей с плоскими пружинами. При этом в корпусе выполнены продольные пазы, а вкладыши с плоскими пружинами размещены в продольных пазах корпуса с возможностью вхождения вкладышей в продольные канавки удлинителя в момент посадки его на ограничительную подвижную втулку и вращения удлинителя.

Такое выполнение узла передачи крутящего момента и осевой нагрузки кроме сокращения времени на спуско-подъемные операции повышает надежность работы бурового снаряда за счет того, что вкладыши выполняют функцию передачи только крутящего момента, а осевая нагрузка передается через ограничительную втулку и частично через обсадную колонну.

На фиг. 1 представлен узел передачи крутящего момента и осевой нагрузки в продольном разрезе; на фиг. 2 - то же в поперечном разрез А-А на фиг. 1.

Представленный буровой снаряд, (см. фиг. 1) содержит невращающуюся ходовую обсадную колонну 1 и внутреннюю бурильную колонну 2, на которую снизу навинчен удлинитель 3 с продольными канавками 4. Обсадная колонна 1 через подшипники скольжения 5 взаимодействует с трубчатым корпусом 6, имеющем пазы 7, с размещенными в них вкладышами 8 на плоских пружинах 9 и в верхней части корпуса 6 подвижную ограничительную втулку 10 с манжетой 11. К корпусу 6 присоединена колонковая труба 12 с коронкой 13, внутрь колонковой трубы 12 на удлинителе 3 опускается керноприемная труба 14.

Работа предлагаемым буровым снарядом с ходовой обсадной колонной осуществляется следующим образом. В скважину спускается, путем наращивания отдельных звеньев труб, колонна обсадных труб 1 с подвижно присоединенной колонковой трубой 12 и коронкой 13. Затем в колонну обсадных труб 1 спускается на бурильной колонне 2 с удлинителем 3 керноприемная труба 14 до упора с ограничительной втулкой 10. При этом вкладыши 8 окажутся на уровне канавок 4 в удлинителе 3. После включения медленного вращения происходит их совмещение, то есть вкладыши 8 войдут в канавки 4 и произойдет зацепление удлинителя 3 с корпусом 6. Надежность зацепления обеспечивается работой плоских пружин 9, которые прижимают вкладыши 8 к удлинителю 3, удерживая их в канавках 4. После включения насоса, подающего глинистый раствор на забой скважины по центральному каналу бурильной колонны 2, возврат ее на поверхность предусматривается по кольцевому зазору между обсадной колонной 1 и стенками скважины, так как необходимо обеспечить глинизацию стенок скважины и сохранить антивибрационный материал на бурильной колонне 2. Это достигается за счет перекрытия манжетой 11, сжимающейся под весом бурильной колонны 2, межтрубного кольцевого зазора. Далее обсадная колонна 1 присоединяется к невращающейся части корпуса вращателя, бурильная колонна 2, наоборот, непосредственно к вращателю. После этого включается вращение с требуемой частотой и начинается бурение при поступательном движении невращающейся обсадной колонны 1 и вращающейся внутри бурильной колонны вниз в скважину.

Проходка за рейс осуществляется в пределах длины внутренней керноприемной трубы 14, то есть 2,5-3,0 м и более. Затем заполненная керном керноприемная труба 14 поднимается из скважины бурильной колонной 2. Спуск снаряда для дальнейшего бурения осуществляется в обратном порядке. Для бурения используются коронка 13, имеющая ресурс работы в мягких породах 50-150 м. Замена изношенной коронки 13 на новую производится после подъема сначала бурильной колонны 2 и потом обсадной колонны 1 с колонковой трубой 12. Вместо стандартной кольцевой коронки 13 может быть применена съемная коронка, извлекаемая вместе с керноприемником 14. В этом случае, для замены изношенной коронки на новую, не требуется производить подъем обсадной колонны 1 из скважины.

Использование: в буровой технике для обеспечения процесса бурения при проходке геологоразведочных скважин в сложных геологических условиях. Сущность изобретения: к подвижной обсадной колонне снизу присоединен трубчатый корпус с коронкой. Внутри корпуса помещены ограничительная подвижная втулка и бурильная колонна с удлинителем. На удлинителе выполнены продольные наружные канавки, в корпусе - продольные пазы. В пазах корпуса установлены на плоских пружинах вкладыши, которые при осевом перемещении и вращении бурильной колонны входят в продольные канавки удлинителя в момент посадки его на ограничительную подвижную втулку. Таким образом обеспечивается передача осевой нагрузки и крутящего момента от бурильной колонны на корпус. 2 ил.

БУРОВОЙ СНАРЯД, содержащий обсадную колонну, присоединенный к ней снизу с возможностью независимого вращения трубчатый корпус с коронкой, внутреннюю бурильную колонну и узел передачи крутящего момента и осевой нагрузки на трубчатый корпус от внутренней бурильной колонны, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени на спуско-подъемные операции, узел передачи крутящего момента и осевой нагрузки выполнен в виде ограничительной подвижной втулки, размещенной в верхней части трубчатого корпуса, удлинителя с продольными канавками на наружной поверхности связанного с бурильной колонной, и вкладышей с плоскими пружинами, при этом в корпусе выполнены продольные пазы, а вкладыши с плоскими пружинами размещены в продольных пазах корпуса с возможностью вхождения вкладышей в продольные канавки удлинителя в момент посадки его на ограничительную подвижную втулку и вращения удлинителя.