АГРЕГАТ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА Российский патент 1995 года по МПК E21D1/06 

Изобретение относится к технике бурения скважин большого диаметра.

Известны буры РТБ по ОСТ 39-148-82 [1] для бурения скважин большого диаметра, содержащее 2-4 турбобура, соединенных траверсой с переводником и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему.

Недостаток известных буров РТБ - малые скорости проводки скважин и малые проходки на долото, определяющиеся высокой частотой вращения турбобуров.

Известны редуцирующие устройства, понижающие частоту вращения валов турбобуров, например синусошариковые редукторные модули [2], обладающие компактными габаритными размерами и широким диапазоном передаточных чисел. В агрегатах РТБ при числе турбобуров более 2, например трехтурбинных бурах РТБ 1560, наличие третьего турбобура значительно повышает скорость проходки.

Недостатком бурения скважин трехтурбинными бурами является то, что средний турбобур обрабатывает значительно меньшую площадь забоя, чем крайние, т. е. загружен не полностью, и, как следствие, комплект долот на забои отрабатывается не равномерно, что ограничивает производительность буров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату по первому варианту является четырехтурбинный бур РТБ-4600, содержащий 4 турбобура, соединенных траверсой с переводником и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему и оснащенный 4 долотами одинакового диаметра ⊘ 750 мм (одинаковой энергоемкости).

Недостатками бура (прототипа) являются ограниченные механическая скорость бурения и, как следствие, производительность проводки скважин, обусловленные тем, что средние турбобуры обрабатывают значительно меньшую площадь забоя по сравнению с крайними, т. е. загружены не рационально, кроме этого, при бурении комплект долот отрабатывается не равномерно, что ограничивает производительность буров при проводке скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату по второму варианту является трехтурбинный бур РТБ-2600, содержащий 3 турбобура, соединенных траверсой с переводником и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему.

Недостатками бура (прототипа) являются ограниченные механическая и, как следствие, коммерческая скорости проводки скважин, обусловленные тем, что использование долот увеличенных размеров типа ДРБ-750 для средних турбобуров снижает механическую скорость проводки скважин вследствие разных режимов отработки долот разных диаметров.

Цель изобретения - увеличение производительности за счет повышения стойкости долот.

Цель по первому варианту достигается тем, что агрегат для бурения скважин большого диаметра, содержащий не менее 3-х забойных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему, оснащенный долотами одинакового диаметра, снабжен гаммой редукторных модулей с разными передаточными числами. При этом передаточные отверстия крайних редукторных модулей выбираются исходя из требуемой частоты вращения забойных двигателей по технологическим условиям, а передаточные отношения средних определяются по следующей зависимости:
U_c = U_к, где U_с - передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя;
U_к - передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя;
R_с - расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя;
R_к - расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя.

Цель по второму варианту достигается тем, что агрегат для бурения скважин большого диаметра, содержащий не менее 3-х забойных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему, и оснащенный для исключения при бурении керна, в центре и по кольцевым концентрическим окружностям выработки долотами увеличенных размеров (по диаметру), крайние и средние забойные двигатели снабжаются редукторными модулями с разными передаточными числами. При этом передаточные отношения крайних редукторных модулей выбираются исходя из требуемой частоты вращения забойных двигателей по технологическим условиям, а передаточные отношения средних определяются по следующей зависимости:
U_c = U_к, где U_c - передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя;
U_к - передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя;
R_c - расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя;
R_к - расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя;
D_c - наружный диаметр долота среднего забойного двигателя;
D_к - наружный диаметр долота крайнего забойного двигателя.

Выполнение агрегата для бурения скважин большого диаметра вследствие обеспечения его забойных двигателей гаммой редукторных модулей, например синусошариковых с широким диапазоном передаточных чисел, приведенных в таблице, повышает технико-экономические показатели бурения скважин.

Диапазон передаточных чисел синусошариковых редуцирующих механизмов забойных двигателей в габарите 164-240 мм (при поступенчатом исполнении).

Известно выражение, в котором реализуемая на долоте мощность N в безредукторном забойном двигателе может быть определенa по следующей зависимости
N=V_м^. Av^.F (1) где V_м - механическая скорость бурения;
Av - удельная энергоемкость разрушения горной породы;
F - площадь горизонтальной проекции забоя скважины, обрабатываемая долотом.

При снабжении забойных двигателей редукторными модулями, выражение (1) может быть записано в виде
N = VA·F, (2) где U - передаточное отношение редуктора забойного двигателя.

Анализ выражений (1) и (2) показывает, что при одной и той же удельной энергоемкости разрушения горной породы (Av), затрачиваемая мощность во втором случае будет ниже, что приводит к увеличению долговечности долота и повышению производительности при бурении скважин.

В агрегатах для скважин большого диаметра по первому варианту, содержащих 3 и более забойных двигателей при бурении долотами одинаковой энергоемкости, т. е. одинакового диаметра D, в целях рационального использования энергоемкости всех забойных двигателей агрегата крайние и средние забойные двигатели снабжаются редукторными модулями с разными передаточными числами. Передаточные отношения средних редукторных модулей забойных двигателей (U_c) при известных крайних (U_к) определяются следующим образом. Выражение (2) для средних и крайних редукторных модулей забойных двигателей записываются в виде
N_c= AV·2π·R_c·D, (3)
N_к = AV·π·R_к·D, (4) где F_c = 2 π R_c^. D;
F_к = π R_к^. D (цифра 2 в данном выражении отсутствует ввиду того, что площадь забоя бурится двумя крайними забойными двигателями).

Приравняв правые и левые части выражений (3) и (4), получают:
U_c = U_к (5)
П р и м е р. При бурении скважин агрегатом РТБ-2250 используется 3 долота диаметром D = 490 мм. Для приведенной конструкции РТБ R_к = 880 мм; R_c = 320 мм. По технологическим условиям для крайних редукторов принято передаточное отношение U_к = 3,5, тогда по зависимости, приведенной в формуле изобретения, получают
U_c = U_к = 3,5=2,55
По таблице принимают U_к = 2,5. Подставляя приведенные данные в формулы (3) и (4), получают примерно одинаковые мощности, реализуемые на всех долотах, что позволяет рационально отрабатывать их, вследствие чего увеличивается скорость проводки скважины.

В агрегатах для бурения скважин большого диаметра по второму варианту, содержащих 3 и более забойных двигателя при бурении долотами разной энергоемкости, т. е. разного диаметра (D_c ≠ D_к) крайние и средние забойные двигатели снабжаются редукторными модулями с разными передаточными числами, передаточные отношения средних редукторных модулей определяются из выражения (2):
N_c = AV·2πR_c·D_c, (3)
N_к = AV·πR_к·D_к, (4)
U_c = U_к. (5)
Такое выполнение агрегата для бурения скважин большого диаметра за счет обеспечения его забойных двигателей редукторными модулями повышает долговечность долот, а снабжение крайних и средних забойных двигателей редукторными модулями с разными передаточными числами обеспечивает рациональное использование подводимой энергомощности, что повышает скорость проводки скважин.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного тремя редукторными забойными двигателями и долотами одинаковой энергоемкости; на фиг. 2 - схема компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного 4 редукторными забойными двигателями и долотами одинаковой энергоемкости; на фиг. 3 - компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного тремя редукторными забойными двигателями и долотами разной энергоемкости; на фиг. 4 - схема компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного 4 редукторными двигателями и долотами разной энергоемкости; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 2.

Агрегат для бурения скважин большого диаметра содержит траверсу 1 с центральным переводником 2, грузо-утяжелители 3 и три забойных двигателя 4 с редукторными модулями 5, укомплектованных долотами 6 разной энергоемкости.

Возможны и другие компоновки агрегатов для бурения скважин большого диаметра. Например, изображенный на фиг. 2 агрегат содержит траверсу 7 с центральным переводником 2, грузы-утяжелители 8 и четыре забойных двигателя 4 с редукторными модулями 5, укомплектованных долотами 9, 10, 11 разной или одинаковой энергоемкости.

Агрегат для бурения скважин большого диаметра работает следующим образом.

Крутящий момент от валов приводных двигателей 4 через редукторные модули 5 передается на долота 6. Возникающий реактивный момент на забое вращает агрегат вокруг оси центрального переводника 2.

Экономический эффект будет получен за счет рационального использования энергоносителей забойных двигателей; экономии долот; увеличения производительности при бурении.

Изобретение относится к технике бурения скважин большого диаметра реактивно-турбинными бурами. Цель изобретения - увеличение производительности бурения за счет повышения стойкости долот. Агрегат содержит траверсу с центральным переводником, грузы - утяжелители и три забойных двигателя с редукторными модулями, оснащенных долотами с равным наружным диаметром. Передаточное соотношение модулей определяется зависимостью U_с= 2R_с/R_к· U_к, где U_с передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя; U_к передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя; R_с расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя; R_к расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя. Крутящий момент от валов приводных двигателей 4 через редукторные модули 5 передается на долота 6 и перераспределяется в соответствии с удаленностью долота от продольной оси бура. 6 ил., 1 табл.

1. АГРЕГАТ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА, содержащий не менее трех забойных вращательных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями, и долота равного диаметра, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности за счет повышения стойкости долот, агрегат снабжен редукторными модулями с разным передаточным отношением, определяемым в соответствии с зависимостью

где U_с - передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя;
U_к - передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя;
R_с - расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя, мм;
R_к - расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя, мм. 2. Агрегат для бурения скважин большого диаметра, содержащий не менее трех забойных вращательных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями, и средние забойные двигатели, оснащенные долотами увеличенных размеров, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности за счет повышения стойкости долот, агрегат снабжен редукторными модулями с разным передаточным отношением, определяемым в соответствии с зависимостью

где D_с - наружный диаметр долота среднего забойного двигателя, мм;
D_к - наружный диаметр долота крайнего забойного двигателя, мм.