ФИЛЬТР ДЛЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ЗАБОЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2011 года по МПК E21B43/08 E21B4/00 

Изобретение относится к приводам вращения, размещаемым в скважине, а именно к фильтрам для очистки бурового раствора от механических примесей, используемым в компоновке низа бурильных колонн с гидравлическими забойными двигателями (героторными винтовыми двигателями и турбобурами), предназначенными для бурения наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

Известен фильтр с перепускным узлом, содержащий установленные в корпусе коаксиально направляющую трубу с впускными отверстиями и фильтрующую трубу с фильтрующими отверстиями, кольцо для перекрытия проходного сечения между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью фильтрующей трубы и заглушку для формирования шламоприемной зоны, при этом он снабжен фиксирующим элементом, выполненным в виде срезного штифта, в фильтрующей трубе выполнены впускные отверстия, направляющая и фильтрующая трубы зафиксированы срезным штифтом в исходном положении и установлены с возможностью относительного осевого перемещения и совмещения положения своих впускных отверстий после разрушения срезного элемента (RU 2016186, 15.07.1994).

Недостатком известной конструкции является возможность попадания через фильтр механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц в рабочую пару ротор-обкладка из эластомера в статоре гидравлического забойного двигателя, по существу, в винтовые шлюзовые камеры героторного винтового двигателя, а также между роторными и статорными ступенями лопаток турбобура, что объясняется тем, что при заполнении полостей для приема механических примесей циркуляция бурового раствора не прекращается из-за наличия в фильтре перепускного устройства, которое срабатывает при срезании штифта, фиксирующего направляющую и фильтрующую трубы.

При этом механические примеси: окалина, металлические, резиновые и полимерные частицы попадают через совмещенные впускные отверстия направляющей и фильтрующей труб в рабочую пару гидравлического забойного двигателя, по существу, в винтовые шлюзовые камеры героторного винтового двигателя, а также между роторными и статорными ступенями лопаток турбобура, что приводит к аварийной остановке забойного двигателя и прекращению бурения скважины.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является фильтр для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем, включающий полый корпус с резьбами на его краях и установленный в полом корпусе фильтрующий модуль для бурового раствора, содержащий фильтрующую трубу с щелевыми каналами, скрепленную входным краем с обтекателем, входную и выходную втулки, выполненные с кольцевыми канавками и установленными в кольцевых канавках кольцами из эластомера, предназначенными для герметизации полого корпуса, а также трубчатый кожух, установленный в полом корпусе, образующий с фильтрующей трубой, входной и выходной втулками полость для приема механических примесей (US 7549486, Jun. 23, 2009).

Недостатком известной конструкции является возможность попадания через фильтрующую трубу с щелевыми каналами для бурового раствора механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц в рабочую пару ротор-обкладка из эластомера в статоре героторного винтового гидравлического двигателя, а также между роторными и статорными ступенями лопаток турбобура, что объясняется тем, что при заполнении полости для приема механических примесей циркуляция бурового раствора не прекращается и происходит через перепускное отверстие 22 в обтекателе 20 фильтрующего модуля для бурового раствора (показано на фиг.1А, 3A, 7, 8).

Недостатком известной конструкции является также возможность попадания через фильтрующую трубу с щелевыми каналами механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц через перепускное отверстие 22 в рабочую пару гидравлического забойного двигателя даже при неполном заполнении полости для приема механических примесей, что объясняется гидравлическими ударами и пульсациями бурового раствора при прохождении резонансных режимов работы героторного винтового забойного двигателя (например, при изменении осевой нагрузки на долото на 50-150 кН), которые вызывают интенсивную вибрацию механических примесей, их отрыв от края уплотненных механических примесей и попадание через перепускное отверстие 22 в рабочую пару гидравлического забойного двигателя, что также приводит к аварийной остановке забойного двигателя.

Недостатком известной конструкции является также выполнение полого корпуса фильтра составным: в виде части 72 трубчатого корпуса и переводника 74, соединенных резьбой 92, вследствие этого фильтрующий модуль, размещенный в полом корпусе и содержащий трубчатый кожух 39, заполненный шламом, заклинивает в части 72 трубчатого корпуса, его невозможно вытянуть вверх из части 72 трубчатого корпуса для удаления шлама, так как под действием гидростатического давления (до 50 МПа) бурового раствора при бурении забойным двигателем тонкостенный трубчатый кожух 39 пластически деформируется внутренним гидростатическим давлением (“раздувается”) в кольцевом зазоре между фасками на торцах свинчиваемой части 72 трубчатого корпуса и переводника 74, как показано на фиг.3B.

Недостатком известной конструкции является также неполная возможность увеличения надежности и ресурса фильтра для гидравлического забойного двигателя за счет обеспечения равнопрочных и герметичных резьбовых соединений полого корпуса фильтра с переводником и/или переходником в условиях интенсивного трения и вращения в стволе скважины, с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, с ударными нагрузками и ударными импульсами от ясов, а также при релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен фильтр для гидравлического забойного двигателя.

Недостаток известной конструкции объясняется большим значением коэффициента напряжения при изгибе (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению) в местах стыка резьбовых соединений полого корпуса фильтра с переводником и/или переходником, по существу, равным 5-7, а также большой вероятностью поломки резьбовых соединений полого корпуса фильтра при использовании забойного двигателя в горизонтальных управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины, преимущественно в режиме максимальной мощности.

Недостатком известной конструкции является также неполная возможность повышения точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, повышения темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшения проходимости, т.е. уменьшения сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны (героторного двигателя со шпинделем и долотом в изогнутой колонне бурильных труб) за счет изгиба полого корпуса фильтра при прохождении через радиусные участки ствола скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30-300 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение надежности и ресурса фильтра за счет предотвращения возможности попадания механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц в рабочую пару ротор-обкладка из эластомера в статоре гидравлического забойного двигателя, по существу, в винтовые шлюзовые камеры героторного винтового двигателя, между роторными и статорными ступенями лопаток турбобура, а также за счет обеспечения равнопрочных и герметичных резьбовых соединений полого корпуса фильтра с переводником и/или переходником в условиях интенсивного трения и вращения в стволе скважины, с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, с ударными нагрузками и ударными импульсами от ясов, а также при релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен полый корпус фильтра.

Другой технической задачей является повышение точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны (героторного двигателя со шпинделем и долотом, соединенного с переводником и фильтром в изогнутой колонне бурильных труб) за счет изгиба полого корпуса фильтра при прохождении через радиусные участки ствола скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30-300 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.

Сущность технического решения заключается в том, что в фильтре для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем, включающем полый корпус с резьбами на его краях и установленный в полом корпусе фильтрующий модуль для бурового раствора, содержащий фильтрующую трубу с щелевыми каналами, скрепленную входным краем с обтекателем, входную и выходную втулки, выполненные с кольцевыми канавками и установленными в кольцевых канавках кольцами из эластомера, предназначенными для герметизации полого корпуса, а также трубчатый кожух, установленный в полом корпусе, образующий с фильтрующей трубой, входной и выходной втулками полость для приема механических примесей, согласно изобретению входная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху, центрирующий пояс входной втулки телескопически соединен с внутренней входной частью трубчатого кожуха, на центрирующем поясе входной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке входной втулки установлен входной герметизирующий элемент, при этом выходная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху, центрирующий пояс выходной втулки телескопически соединен с внутренней выходной частью трубчатого кожуха, на центрирующем поясе выходной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке выходной втулки установлен выходной герметизирующий элемент, при этом фильтрующая труба соединена резьбой с выходной втулкой, на лобовом торце обтекателя закреплен вытяжной крюк, а наружные поверхности входной и выходной втулок, колец из эластомера и наружная поверхность трубчатого кожуха контактируют с одной внутренней поверхностью полого корпуса.

Полый корпус выполнен с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки полого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между входной и выходной втулками, при этом отношение уменьшенной толщины стенки полого корпуса к наружному диаметру полого корпуса составляет 0,07÷0,09, а момент инерции поперечного сечения пояса пониженной жесткости в полом корпусе составляет 0,9÷1,1 от момента инерции поперечного кольцевого сечения в плоскостях наименьшего или наибольшего наружного или внутреннего диаметра полного витка внутренней или наружной резьбы полого корпуса, находящегося в зацеплении с полным витком наружной или внутренней резьбы резьбового переходника и/или переводника, и/или наибольшего или наименьшего внутреннего или наружного диаметра полного витка наружной или внутренней резьбы резьбового переходника и/или переводника, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней или наружной резьбы полого корпуса.

Щелевые каналы в фильтрующей трубе выполнены в меридианной плоскости сужающимися в направлении к ее центральной продольной оси, при этом суммарная площадь проходных сечений щелевых каналов в фильтрующей трубе составляет 5,05÷9,75 от проходной площади фильтрующей трубы.

В заявляемой конструкции за счет того, что входная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху, центрирующий пояс входной втулки телескопически соединен с внутренней входной частью трубчатого кожуха, на центрирующем поясе входной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке входной втулки установлен входной герметизирующий элемент, при этом выходная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху, центрирующий пояс выходной втулки телескопически соединен с внутренней выходной частью трубчатого кожуха, на центрирующем поясе выходной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке выходной втулки установлен выходной герметизирующий элемент, при этом фильтрующая труба соединена резьбой с выходной втулкой, на лобовом торце обтекателя закреплен вытяжной крюк, а наружные поверхности входной и выходной втулок, колец из эластомера и наружная поверхность трубчатого кожуха контактируют с одной внутренней поверхностью полого корпуса, увеличиваются надежность и ресурс фильтра за счет предотвращения возможности попадания механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц в рабочую пару ротор-обкладка из эластомера в статоре гидравлического забойного двигателя, по существу, в винтовые шлюзовые камеры героторного винтового двигателя, а также между роторными и статорными ступенями лопаток турбобура.

Увеличиваются надежность и ресурс фильтра также за счет обеспечения равнопрочных и герметичных резьбовых соединений полого корпуса фильтра с переводником и/или переходником в условиях интенсивного трения и вращения в стволе скважины, с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, с ударными нагрузками и ударными импульсами от ясов, а также при релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен полый корпус фильтра.

За счет того, что наружные поверхности входной и выходной втулок, колец из эластомера и наружная поверхность трубчатого кожуха контактируют с одной внутренней поверхностью полого корпуса, обеспечивается возможность свободного вытягивания вверх (для промывки и очистки от механических примесей) при помощи троса и вытяжного крюка, закрепленного на лобовом торце обтекателя, фильтрующего модуля, содержащего фильтрующую трубу с щелевыми каналами, скрепленную входным краем с обтекателем, входную и выходную втулки, выполненные с кольцевыми канавками и установленными в кольцевых канавках кольцами из эластомера, предназначенными для герметизации полого корпуса, а также трубчатый кожух, установленный в полом корпусе, образующий с фильтрующей трубой, входной и выходной втулками полость, заполненную механическими примесями, при этом механические примеси не попадают между наружной поверхностью трубчатого кожуха и внутренней поверхностью полого корпуса фильтра.

Под действием гидростатического давления (до 50 МПа) бурового раствора при бурении забойным двигателем тонкостенный трубчатый кожух прижимается к внутренней поверхности цельного полого корпуса (не “раздувается”), что обеспечивает возможность свободного подъема и вытягивания вверх при помощи троса и вытяжного крюка, закрепленного на лобовом торце обтекателя, фильтрующего модуля для бурового раствора, содержащего фильтрующую трубу с щелевыми каналами, а также трубчатый кожух, установленный в полом корпусе, образующий с фильтрующей трубой, входной и выходной втулками полость, заполненную механическими примесями.

В заявляемой конструкции за счет того, что полый корпус выполнен с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки полого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между входной и выходной втулками, при этом отношение уменьшенной толщины стенки полого корпуса к наружному диаметру полого корпуса составляет 0,07÷0,09, а момент инерции поперечного сечения пояса пониженной жесткости в полом корпусе составляет 0,9÷1,1 от момента инерции поперечного кольцевого сечения в плоскостях наименьшего или наибольшего наружного или внутреннего диаметра полного витка внутренней или наружной резьбы полого корпуса, находящегося в зацеплении с полным витком наружной или внутренней резьбы резьбового переходника и/или переводника, и/или наибольшего или наименьшего внутреннего или наружного диаметра полного витка наружной или внутренней резьбы резьбового переходника и/или переводника, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней или наружной резьбы полого корпуса, обеспечиваются равнопрочные и герметичные резьбовые соединения полого корпуса с переводником и/или переходником в условиях интенсивного трения и вращения в стволе скважины, с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, с ударными нагрузками и ударными импульсами от ясов, а также при релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен полый корпус фильтра.

При этом также обеспечиваются повышение точности проходки наклонных и горизонтальных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны (героторного двигателя со шпинделем и долотом, соединенного с переводником и фильтром в изогнутой колонне бурильных труб) за счет изгиба полого корпуса фильтра при прохождении через радиусные участки ствола скважины, имеющие участки малого и среднего радиуса 30÷300 м, в условиях интенсивного трения по стволу скважины.

В заявляемой конструкции за счет того, что щелевые каналы в фильтрующей трубе выполнены в меридианной плоскости сужающимися в направлении к ее центральной продольной оси, при этом суммарная площадь проходных сечений щелевых каналов в фильтрующей трубе составляет 5,05÷9,75 от проходной площади фильтрующей трубы, предотвращается возможность попадания через фильтрующую трубу с щелевыми каналами механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц в рабочую пару ротор-обкладка из эластомера в статоре героторного винтового гидравлического двигателя, а также между роторными и статорными ступенями лопаток турбобура, что объясняется достаточным временем (бурения долотом) для заполнения полости для приема механических примесей при циркуляции бурового раствора через фильтрующий модуль.

Ниже представлен лучший вариант конструкции фильтра Ф-172РС для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем ДРУ3-172РС.

На фиг.1 показан продольный разрез фильтра для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем.

На фиг.2 показан продольный разрез фильтра для бурильной колонны, соединенного на входе с резьбовым переходником, а на выходе - с резьбовым переводником и корпусом героторного винтового гидравлического двигателя.

На фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1 поперек входной втулки.

На фиг.4 показан разрез Б-Б на фиг.1 поперек полого корпуса с установленными внутри трубчатым кожухом и фильтрующей трубой с щелевыми каналами.

На фиг.5 показан элемент I на фиг.2 соединения наибольшего внутреннего диаметра полного витка наружной конической резьбы полого корпуса, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней конической резьбы резьбового переводника, а также наименьшего наружного диаметра полного витка внутренней конической резьбы резьбового переводника, находящегося в зацеплении с полным витком наружной конической резьбы полого корпуса.

На фиг.6 показан вариант элемента I на фиг.2 соединения наибольшего внутреннего диаметра полного витка наружной конической резьбы резьбового переводника, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней конической резьбы полого корпуса, а также наименьшего наружного диаметра полного витка внутренней конической резьбы полого корпуса, находящегося в зацеплении с полным витком наружной конической резьбы резьбового переводника.

Фильтр для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем включает полый корпус 1 с резьбами 2, 3 на его краях, соответственно, 4, 5 и установленный в полом корпусе 1 фильтрующий модуль 6 для бурового раствора 7, содержащий фильтрующую трубу 8 с щелевыми каналами 9, скрепленную входным краем 10 с обтекателем 11, входную втулку 12 и выходную втулку 13, выполненные с кольцевыми канавками 14, 15 и установленными в кольцевых канавках 14, 15 кольцами 16, 17 из эластомера, предназначенными для герметизации полого корпуса 1, а также трубчатый кожух 18, установленный в полом корпусе 1, образующий с фильтрующей трубой 8, входной втулкой 12 и выходной втулкой 13 полость 19 для приема механических примесей 20 (показано на фиг.1).

Входная втулка 12 выполнена с центрирующим поясом 21, направленным к трубчатому кожуху 18, центрирующий пояс 21 входной втулки 12 телескопически соединен с внутренней входной частью 22 трубчатого кожуха 18, на центрирующем поясе 21 входной втулки 12 выполнена кольцевая канавка 23, а в кольцевой канавке 23 входной втулки 12 установлен входной герметизирующий элемент 24 (показано на фиг.1).

Выходная втулка 13 выполнена с центрирующим поясом 25, направленным к трубчатому кожуху 18, центрирующий пояс 25 выходной втулки 13 телескопически соединен с внутренней выходной частью 26 трубчатого кожуха 18, на центрирующем поясе 25 выходной втулки 13 выполнена кольцевая канавка 27, а в кольцевой канавке 27 выходной втулки 13 установлен выходной герметизирующий элемент 28 (показано на фиг.1).

Фильтрующая труба 8 соединена резьбой 29 с выходной втулкой 13, на лобовом торце 30 обтекателя 11 закреплен вытяжной крюк 31, а наружная поверхность 32 входной втулки 12, наружная поверхность 33 выходной втулки 13, наружная поверхность 34 кольца 16, наружная поверхность 35 кольца 17 из эластомера и наружная поверхность 36 трубчатого кожуха 18 контактируют с одной внутренней поверхностью 37 полого корпуса 1 (показано на фиг.1).

Полый корпус 1 фильтра выполнен с поясом 38 пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки полого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между входной втулкой 12 и выходной втулкой 13, при этом отношение уменьшенной толщины стенки 39 полого корпуса 1 к наружному диаметру 40 полого корпуса 1 составляет 0,07÷0,09 (показано на фиг.1).

Момент инерции J_x, J_y (осевой) поперечного сечения пояса пониженной жесткости 38 в полом корпусе 1 составляет 0,9-1,1 от момента инерции поперечного кольцевого сечения в плоскостях наибольшего внутреннего диаметра 41 полного витка наружной резьбы 3 полого корпуса 1, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней резьбы 42 резьбового переводника 43, который обозначен J₁, а также наименьшего наружного диаметра 44 полного витка внутренней резьбы 42 резьбового переводника 43, находящегося в зацеплении с полным витком наружной резьбы 3 полого корпуса 1, который обозначен J₂ (показано на фиг.5) и/или в плоскостях наибольшего внутреннего диаметра 45 полного витка наружной резьбы 46 резьбового переводника 47, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней резьбы 2 полого корпуса 1, который обозначен J₃, а также наименьшего наружного диаметра 48 полного витка внутренней резьбы 2 полого корпуса 1, находящегося в зацеплении с полным витком наружной резьбы 46 резьбового переводника 47, который обозначен J₄ (показано на фиг.6).

Торец 49 полого корпуса 1 с наружной конической резьбой 3 и торец 50 резьбового переводника 43 с внутренней конической резьбой 42 контактируют с упором друг в друга (показано на фиг.5).

Край 4 полого корпуса 1 со стороны торца 51 может быть выполнен с внутренней конической резьбой 2, а край резьбового переводника 47 со стороны торца 52 может быть выполнен с наружной конической резьбой 46, при этом торцы 51 и 52 контактируют с упором друг в друга (показан вариант на фиг.6).

Моменты инерции поперечного кольцевого сечения в плоскостях, которые обозначены J₁ J₂ и/или J₃, J₄, являются опасными и определяющими коэффициенты напряжения при изгибе (Stress ratio, отношение изменяющейся амплитуды напряжения к среднему напряжению) в резьбовых соединениях 3 и 42 полого корпуса 1 с резьбовым переходником 43, а также в резьбовых соединениях 2 и 46 полого корпуса 1 с резьбовым переводником 47 (показано на фиг.2, 5, 6).

Щелевые каналы 9 в фильтрующей трубе 8 выполнены в меридианной плоскости 53 (проходящей через центральную продольную ось 54) сужающимися в направлении к ее центральной продольной оси 54 по поверхностям 55, 56, при этом суммарная площадь F_n проходных сечений щелевых каналов 9 в фильтрующей трубе 8 составляет 5,05-9,75 от проходной (выходной) площади 57, F_s фильтрующей трубы 8 (показано на фиг.1, 4).

Кроме того, на фиг.2 показано: поз.58 - корпус винтового героторного гидравлического двигателя; поз.59 - обкладка из эластомера, закрепленная в корпусе 58 двигателя; поз.60 - винтовой многозаходный ротор, установленный в обкладке 59 с эксцентриситетом 61; поз.62 - скважинный роторный ловитель оборвавшегося корпуса двигателя в скважине.

Фильтр для очистки бурового раствора от механических примесей устанавливают в компоновку низа бурильной колонны с героторным винтовым гидравлическим двигателем, снабженным регулятором угла перекоса, шпинделем и долотом, предназначенным для бурения наклонных и горизонтальных скважин, например, как показано на фиг.2.

Поток бурового раствора 7 под давлением (до 50 МПа) по колонне бурильных труб подается через фильтрующий модуль 6, содержащий фильтрующую трубу 8 с щелевыми каналами 9, скрепленную входным краем 10 с обтекателем 11, входную втулку 12 и выходную втулку 13, выполненные с кольцевыми канавками 14, 15 и установленными в кольцевых канавках 14, 15 кольцами 16, 17 из эластомера, предназначенными для герметизации полого корпуса, при этом в полости 19 происходят удерживание и накопление механических примесей 20: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц.

Поток бурового раствора 7 подается далее в многозаходные винтовые (шлюзовые) камеры между винтовыми зубьями ротора 60 и винтовыми зубьями обкладки 59 из эластомера, закрепленной в корпусе 58 двигателя, образует область высокого давления и момент от гидравлических сил, который приводит в планетарно-роторное вращение ротор 60 внутри обкладки 59 из эластомера, закрепленной в корпусе 58 двигателя, приводит во вращение через карданный вал ротор шпинделя с долотом, осуществляя бурение скважины. При этом бурение (проходку) наклонных и горизонтальных стволов скважины, имеющей участки малого и среднего радиуса 30÷300 метров, осуществляют, по существу, роторным способом (с вращением бурильной колонны 20÷60 об/мин) при совместной непрерывной работе героторного винтового гидравлического двигателя, вращающего долото.

За счет того, что входная втулка 12 выполнена с центрирующим поясом 21, направленным к трубчатому кожуху 18, центрирующий пояс 21 входной втулки 12 телескопически соединен с внутренней входной частью 22 трубчатого кожуха 18, на центрирующем поясе 21 входной втулки 12 выполнена кольцевая канавка 23, а в кольцевой канавке 23 входной втулки 12 установлен входной герметизирующий элемент 24, при этом выходная втулка 13 выполнена с центрирующим поясом 25, направленным к трубчатому кожуху 18, центрирующий пояс 25 выходной втулки 13 телескопически соединен с внутренней выходной частью 26 трубчатого кожуха 18, на центрирующем поясе 25 выходной втулки 13 выполнена кольцевая канавка 27, в кольцевой канавке 27 выходной втулки 13 установлен выходной герметизирующий элемент 28, а фильтрующая труба 8 соединена резьбой 29 с выходной втулкой 13, на лобовом торце 30 обтекателя 11 закреплен вытяжной крюк 31, а наружная поверхность 32 входной втулки 12, наружная поверхность 33 выходной втулки 13, наружная поверхность 34 кольца 16, наружная поверхность 35 кольца 17 из эластомера и наружная поверхность 36 трубчатого кожуха 18 контактируют с одной внутренней поверхностью 37 полого корпуса 1, увеличиваются надежность и ресурс фильтра, предотвращается возможность попадания механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц в рабочую пару ротор-обкладка из эластомера в статоре гидравлического забойного двигателя.

За счет того, что полый корпус 1 фильтра выполнен с поясом 38 пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки полого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между входной втулкой 12 и выходной втулкой 13, при этом отношение уменьшенной толщины стенки 39 полого корпуса 1 к наружному диаметру 40 полого корпуса 1 составляет 0,07÷0,09, причем момент инерции J_x, J_y (осевой) поперечного сечения пояса пониженной жесткости 38 в полом корпусе 1 составляет 0,9÷1,1 от момента инерции поперечного кольцевого сечения в плоскостях наибольшего внутреннего диаметра 41 полного витка наружной резьбы 3 полого корпуса 1, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней резьбы 42 резьбового переводника 43, который обозначен J₁, а также наименьшего наружного диаметра 44 полного витка внутренней резьбы 42 резьбового переводника 43, находящегося в зацеплении с полным витком наружной резьбы 3 полого корпуса 1, который обозначен J₂, и/или в плоскостях наибольшего внутреннего диаметра 45 полного витка наружной резьбы 46 резьбового переводника 47, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней резьбы 2 полого корпуса 1, который обозначен J₃, а также наименьшего наружного диаметра 48 полного витка внутренней резьбы 2 полого корпуса 1, находящегося в зацеплении с полным витком наружной резьбы 46 резьбового переводника 47, который обозначен J₄, обеспечиваются равнопрочные и герметичные резьбовые соединения полого корпуса с переводником и/или переходником в условиях интенсивного трения и вращения в стволе скважины, с использованием в колонне бурильных труб гидравлических ясов, с ударными нагрузками и ударными импульсами от ясов, а также при релаксации растягивающих напряжений в изогнутой колонне бурильных труб, в которой установлен полый корпус фильтра.

За счет того, что щелевые каналы 9 в фильтрующей трубе 8 выполнены в меридианной плоскости 53 (проходящей через центральную продольную ось 54) сужающимися в направлении к ее центральной продольной оси 54 по поверхностям 55, 56, при этом суммарная площадь F_n проходных сечений щелевых каналов 9 в фильтрующей трубе 8 составляет 5,05÷9,75 от проходной (выходной) площади 57, F_s фильтрующей трубы 8, предотвращается возможность попадания через фильтрующую трубу с щелевыми каналами механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц в рабочую пару ротор-обкладка из эластомера в статоре героторного винтового гидравлического двигателя, а также между роторными и статорными ступенями лопаток турбобура, что объясняется достаточным временем (бурения двигателем) для заполнения полости для приема механических примесей при циркуляции бурового раствора через фильтрующий модуль.

При полном заполнении полости 19 для приема механических примесей 20 и уменьшении циркуляции бурового раствора 7 через фильтрующий модуль 6 конструкция фильтра для бурильной колонны работает как фильтр-сигнализатор повышенного давления, при этом поднимают бурильную колонну, при помощи вытяжного крюка 31 на буровой установке извлекают фильтрующий модуль 6 для промывки и очистки от механических примесей: окалины, металлических, резиновых и полимерных частиц.

Изобретение относится к приводам вращения, размещаемым в скважине, а именно к фильтрам для очистки бурового раствора от механических примесей, используемым в компоновке низа бурильных колонн с гидравлическими забойными двигателями. Фильтр для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем, включающий полый корпус с резьбами на его краях и установленный в полом корпусе фильтрующий модуль для бурового раствора, трубчатый кожух, установленный в полом корпусе, образующий с фильтрующей трубой, входной и выходной втулками полость для приема механических примесей. Модуль содержит фильтрующую трубу с щелевыми каналами, скрепленную входным краем с обтекателем, входную и выходную втулки, выполненные с кольцевыми канавками и установленными в кольцевых канавках кольцами из эластомера, предназначенными для герметизации полого корпуса. Входная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху. Центрирующий пояс входной втулки телескопически соединен с внутренней входной частью трубчатого кожуха. На центрирующем поясе входной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке входной втулки установлен входной герметизирующий элемент. При этом выходная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху. Центрирующий пояс выходной втулки телескопически соединен с внутренней выходной частью трубчатого кожуха. На центрирующем поясе выходной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке выходной втулки установлен выходной герметизирующий элемент. При этом фильтрующая труба соединена резьбой с выходной втулкой, на лобовом торце обтекателя закреплен вытяжной крюк, а наружные поверхности входной и выходной втулок, колец из эластомера и наружная поверхность трубчатого кожуха контактируют с одной внутренней поверхностью полого корпуса. Техническим результатом является увеличение надежности и ресурса фильтра, повышение точности проходки наклонных и горизонтальных скважин. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Фильтр для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем, включающий полый корпус с резьбами на его краях и установленный в полом корпусе фильтрующий модуль для бурового раствора, содержащий фильтрующую трубу с щелевыми каналами, скрепленную входным краем с обтекателем, входную и выходную втулки, выполненные с кольцевыми канавками и установленными в кольцевых канавках кольцами из эластомера, предназначенными для герметизации полого корпуса, а также трубчатый кожух, установленный в полом корпусе, образующий с фильтрующей трубой, входной и выходной втулками полость для приема механических примесей, отличающийся тем, что входная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху, центрирующий пояс входной втулки телескопически соединен с внутренней входной частью трубчатого кожуха, на центрирующем поясе входной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке входной втулки установлен входной герметизирующий элемент, при этом выходная втулка выполнена с центрирующим поясом, направленным к трубчатому кожуху, центрирующий пояс выходной втулки телескопически соединен с внутренней выходной частью трубчатого кожуха, на центрирующем поясе выходной втулки выполнена кольцевая канавка, а в кольцевой канавке выходной втулки установлен выходной герметизирующий элемент, при этом фильтрующая труба соединена резьбой с выходной втулкой, на лобовом торце обтекателя закреплен вытяжной крюк, а наружные поверхности входной и выходной втулок, колец из эластомера и наружная поверхность трубчатого кожуха контактируют с одной внутренней поверхностью полого корпуса.

2. Фильтр для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем по п.1, отличающийся тем, что полый корпус выполнен с поясом пониженной жесткости, характеризующимся выполнением стенки полого корпуса уменьшенной толщиной, расположенным между входной и выходной втулками, при этом отношение уменьшенной толщины стенки полого корпуса к наружному диаметру полого корпуса составляет 0,07÷0,09, а момент инерции поперечного сечения пояса пониженной жесткости в полом корпусе составляет 0,9÷1,1 от момента инерции поперечного кольцевого сечения в плоскостях наименьшего или наибольшего наружного или внутреннего диаметра полного витка внутренней или наружной резьбы полого корпуса, находящегося в зацеплении с полным витком наружной или внутренней резьбы резьбового переходника, и/или переводника, и/или наибольшего или наименьшего внутреннего или наружного диаметра полного витка наружной или внутренней резьбы резьбового переходника, и/или переводника, находящегося в зацеплении с полным витком внутренней или наружной резьбы полого корпуса.

3. Фильтр для бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем по п.1, отличающийся тем, что щелевые каналы в фильтрующей трубе выполнены в меридианной плоскости сужающимися в направлении к ее центральной продольной оси, при этом суммарная площадь проходных сечений щелевых каналов в фильтрующей трубе составляет 5,05÷9,75 от проходной площади фильтрующей трубы.