УЛУЧШЕНИЕ ШТУКАТУРЯЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН Российский патент 2017 года по МПК E21B3/00 E21B21/00 

Область изобретения

Настоящее изобретение, в целом, относится к бурению скважин, и, более конкретно, в раскрытом ниже примере осуществления обеспечивает улучшение «штукатурящего» действия при бурении скважин.

Уровень техники

Хорошо известно «штукатурящее» или «обмазывающее» действие при проведении буровых работ (например, обсаживание при бурении и др.). Выбуренная порода, измельченная и эмульгированная между бурильной колонной и стенками скважины, как штукатурка с помощью бурильной колонны наносится на стенки скважины, увеличивая таким образом стабильность и непроницаемость стенок скважины.

Поэтому является желательным возможность увеличить или иным образом улучшить штукатурящее действие, например, для увеличения стабильности и непроницаемости стенок скважины.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен частичный разрез буровой системы и соответствующий способ, в соответствии с которыми могут быть осуществлены принципы настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез бурового инструмента, который может быть использован в системе и способе фиг. 1, в соответствии в которыми могут быть осуществлены принципы настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлен поперечный разрез другого бурового инструмента, который может быть использован с буровым инструментом по фиг. 2.

На фиг. 4 представлен в разрезе другой пример бурового инструмента по фиг. 2.

На фиг. 5 представлен поперечный разрез еще одного примера бурового инструмента фиг. 2.

Подробное раскрытие изобретения

На фиг. 1 схематически проиллюстрированы система 10 для бурения скважин и соответствующий способ, в которых могут быть реализованы принципы настоящего изобретения. Однако необходимо ясно понимать, что система 10 и указанный способ являются исключительно одним из примеров осуществления принципов настоящего изобретения на практике и возможны разнообразные другие примеры. Поэтому объем настоящей заявки не ограничен элементами системы 10 и способом, раскрытым здесь и/или представленным на фигурах.

На примере по фиг. 1 бурильная колонна 12 используется для бурения скважины 14, проходящей в земной пласт 16 или через него. Для этого бурильная колонна 12 содержит буровое долото 18.

Буровое долото 18 пробуривает пласт 16 или проникает в него другим образом, за счет чего образуется выбуренная порода 20. Выбуренная порода взвешена в буровой текучей среде 22, которая протекает через кольцевое пространство 24, образованное радиально между бурильной колонной 12 и стенками скважины 14.

В данном примере бурильная колонна 12 также содержит буровой инструмент 26, который получает выбуренную породу 20, поступающую от бурового долота 18. Буровой инструмент 26 дробит, режет, измельчает, растирает в порошок выбуренную породу 20 по мере ее протекания через инструмент с текучей средой 22 или уменьшает средний размер частиц выбуренной породы 20 другим образом. В некоторых примерах выбуренная порода 20 может эмульгироваться с буровой текучей средой 22 посредством бурового инструмента 26.

Таким образом, выбуренная порода 20 становится более пригодной для оштукатуривания стенок скважины 14 посредством другого бурового инструмента 28. Буровой инструмент 28 получает от инструмента 26 измельченную, раздробленную, растертую, нарезанную и/или эмульгированную выбуренную породу 20 и прижимает уменьшенные в размере частицы породы к стенкам скважины, обеспечивая, таким образом, штукатурящее действие.

Обратимся теперь также к фиг. 2, где представлен поперечный разрез бурового инструмента 26. На этом виде показано, что буровой инструмент 26 содержит множество режущих элементов или ножей 30, расположенных между, по существу, трубчатым внешним корпусом 32 и, по существу, трубчатым внутренним шпинделем 34.

При вращении бурильной колонны 12 во время бурения внутренний шпиндель 34 может вращаться вместе с бурильной колонной, обусловливая тем самым вращение ножей 30. Поэтому, по мере протекания выбуренной породы 20 между внешним корпусом 32 и внутренним шпинделем 34, ножи 30 измельчают выбуренную породу 20 на все более мелкие частицы.

Вращение внешнего корпуса 32 относительно скважины 14 может быть ограничено или предотвращено посредством одного или нескольких выдвигаемых наружу захватных устройств 36. Следует отметить, что внутренний шпиндель 34 не обязательно должен вращаться относительно внешнего корпуса 32, бурильная колонна 12 не обязательно должна вращаться вообще, и в других примерах внешний корпус может быть выполнен с возможностью вращения относительно внутреннего шпинделя. То есть, объем настоящего изобретения не ограничен какими-либо конкретными признаками бурового инструмента 26, изображенными на фиг. 2 и/или раскрытыми в настоящей заявке.

Ножи 30 являются исключительно примером широкого разнообразия различных устройств, которые могут быть использованы для уменьшения размеров частиц выбуренной породы 20. Например, такие устройства взамен могут содержать ролики, предназначенные для разламывания или растирания выбуренной породы 20.

Обратимся теперь также к фиг. 3, на которой представлен поперечный разрез бурового инструмента 28. Здесь показано, что буровой инструмент 28 содержит несколько лопастей 38, отходящих наружу от, по существу, трубчатого шпинделя 40.

Лопасти 38 могут смещаться центробежной силой в контакт со стенками скважины 14. Таким образом, лопасти 38 могут использоваться для прижатия измельченной выбуренной породы 20 к стенкам скважины 14 с образованием на стенках скважины относительно стабильного и непроницаемого слоя 42.

В других примерах лопасти 38 или щитки и т.п. могут выдвигаться наружу и втягиваться внутрь приводными устройствами или другими средствами. Таким образом, должно быть ясно, что объем настоящего изобретения не ограничен какими-либо конкретными признаками бурового инструмента 28, изображенными на чертежах или описанными в настоящей заявке.

Обратимся теперь также к фиг. 4, на которой представлен другой пример бурового инструмента 26. В данном примере ножи 30 выполнены в виде, в целом, прямоугольных элементов, прикрепленных к внешнему корпусу 32 и внутреннему шпинделю 34 или выполненных как одно целое с ними. По мере протекания буровой текучей среды 22 с выбуренной породой 20 между внешним корпусом 32 и внутренним шпинделем 34 ножи 30, проходя рядом друг с другом, измельчают выбуренную породу на все более мелкие частицы.

Обратимся теперь также к фиг. 5, на которой представлен другой пример бурового инструмента 26. В этом примере ножи 30 выполнены спирально выходящими из внутреннего шпинделя 34. Ножи 30 имеют такую форму, что выбуренная порода 20 дробится и измельчается между спиральными ножами 30 и внешним корпусом 32. Разумеется, в других примерах спиральные ножи могут быть выполнены на внешнем корпусе 32.

Теперь должно быть вполне понятно, что представленное изобретение предлагает существенные усовершенствования в технике бурения скважин. В раскрытой выше системе 10 выбуренная порода 20, перед ее прижатием к стенке скважины 14 буровым инструментом 28, может быть приведена в надлежащее состояние посредством бурового инструмента 26. За счет этого может быть достигнуто улучшение штукатурящего действия при буровых работах.

Способ бурения скважины 14 раскрыт выше. В одном из примеров этот способ может содержать измельчение выбуренной породы 20 посредством первого бурового инструмента 26, присоединенного к бурильной колонне 12, причем первый буровой инструмент 26 получает выбуренную породу 20 от бурового долота 18; и, затем, прижатие измельченной выбуренной породы 20 к стенке скважины 14.

Указанное измельчение может включать в себя измельчение выбуренной породы 20 посредством по меньшей мере одного ножа 30 первого бурового инструмента 26. Нож 30 может быть установлен между внешним корпусом 32 и внутренним шпинделем 34 первого бурового инструмента 26.

Указанный способ может содержать ограничение вращения внешнего корпуса 32 относительно скважины 14.

Указанное прижатие выбуренной породы может включать в себя выдвижение лопастей 38 наружу из шпинделя 40 второго бурового инструмента 28, присоединенного к бурильной колонне 12. Указанное выдвижение может включать в себя смещение лопастей 38 наружу под действием центробежной силы.

Первый буровой инструмент 26 может быть присоединен к бурильной колонне 12 между буровым долотом 18 и вторым буровым инструментом 28.

Также выше раскрыта система 10 для бурения скважин. В одном из примеров система 10 может содержать первый буровой инструмент 26, измельчающий выбуренную породу 20, и второй буровой инструмент 28, который прижимает измельченную выбуренную породу 20 к стенке скважины 14.

Другой способ бурения скважины 14 может содержать измельчение выбуренной породы 20 посредством первого бурового инструмента 26, присоединенного к бурильной колонне 12; и, затем, прижатие измельченной выбуренной породы 20 к стенке скважины 14 посредством второго бурового инструмента 28, присоединенного к бурильной колонне 12.

Другая система 10 для бурения скважин может содержать буровой инструмент 26, присоединенный к бурильной колонне 12, причем буровой инструмент 26 содержит внешний корпус 32, внутренний шпиндель 34 и по меньшей мере одно устройство (например, ножи 30, ролики, и т.п.), уменьшающее средний размер частиц выбуренной породы 20 между внешним корпусом 32 и внутренним шпинделем 34.

Несмотря на то, что выше раскрыты различные примеры, каждый из которых имеет определенные признаки, должно быть понятно, что конкретные признаки одного примера не обязательно могут быть использованы только с этим примером. Напротив, любой из раскрытых выше и/или изображенных на чертежах признаков можно сочетать с любым из примеров в дополнение или вместо любого из других признаков этих примеров. Признаки одного примера и признаки других примеров не являются взаимно исключающими. Напротив, объем настоящего изобретения охватывает любые сочетания этих признаков.

Несмотря на то, что каждый из описанных выше примеров содержит определенное сочетание признаков, должно быть понятно, что не обязательно должны использоваться все признаки конкретного примера. Напротив, могут быть использованы любые описанные признаки без одновременного использования какого-либо или каких-либо других признаков.

Должно быть ясно, что различные раскрытые выше варианты осуществления без отступления от принципов настоящего изобретения могут быть использованы в различных пространственных положениях, например в наклонном, перевернутом, горизонтальном, вертикальном и так далее, и в различных конфигурациях. Варианты осуществления раскрыты исключительно в виде примеров полезных вариантов применения принципов настоящего изобретения, которое не ограничивается никакими конкретными деталями этих вариантов осуществления.

В приведенном выше описании характерных примеров термины направлений (такие как «над», «под», «верхний», «нижний» и другие) использованы для удобства ссылки на прилагаемые чертежи. Однако должно быть ясно, что объем настоящего изобретения не ограничен какими-либо конкретными направлениями, описанными выше.

Термины «содержащий», «содержит», «имеющий», «имеет» и подобные использованные в настоящем описании термины не являются ограничивающими. Если, например, система, способ, устройство, приспособление и тому подобное раскрыты как «содержащие» некоторый признак или элемент, то система, способ, устройство, приспособление, и тому подобное, могут содержать этот признак или элемент и также могут содержать другие признаки или элементы. Аналогично, термин «содержит» использован в значении «содержит, не ограничиваясь этим».

Конечно, при внимательном рассмотрении приведенного выше раскрытия примеров осуществления настоящего изобретения специалисту станет очевидно, что в конкретные варианты осуществления могут быть внесены множество модификаций, дополнений, исключений и других изменений и такие изменения охвачены принципами настоящего изобретения. Например, конструкции, раскрытые как выполненные отдельно, в других примерах могут быть выполнены интегрально, и наоборот. Соответственно, приведенное выше описание должно рассматриваться как представленное только для примера и иллюстрации, при этом сущность и объем настоящего изобретения ограничены исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Группа изобретений относится к бурению скважин. Технический результат – получение прочного штукатурного слоя на стенке скважины, а также последовательное осуществление процесса штукатурения. Система для бурения скважин с улучшенным штукатурящим действием содержит первый буровой инструмент и второй буровой инструмент. Первый буровой инструмент содержит внешний корпус, внутренний шпиндель и выполнен с возможностью измельчения выбуренной породы, полученной от бурового долота, между внешним корпусом и внутренним шпинделем. Второй буровой инструмент выполнен с возможностью выдвижения наружу лопастей из шпинделя второго бурового инструмента и намазывания измельченной выбуренной породы на стенку скважины. При этом первый буровой инструмент расположен между буровым долотом и вторым буровым инструментом. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ бурения скважин с улучшенным штукатурящим действием, содержащий:

измельчение выбуренной породы посредством первого бурового инструмента, присоединенного к бурильной колонне, причем первый буровой инструмент получает выбуренную породу от бурового долота, при этом выбуренную породу измельчают между внешним корпусом и внутренним шпинделем первого бурового инструмента;

выдвижение наружу лопастей из шпинделя второго бурового инструмента, присоединенного к бурильной колонне; и

затем намазывание измельченной выбуренной породы на стенку скважины посредством вращения шпинделя второго бурового инструмента, при этом первый буровой инструмент присоединен к бурильной колонне между буровым долотом и вторым буровым инструментом.

2. Способ по п. 1, в котором измельчение дополнительно содержит измельчение выбуренной породы посредством по меньшей мере одного ножа первого бурового инструмента.

3. Способ по п. 2, в котором указанный нож расположен между внешним корпусом и внутренним шпинделем первого бурового инструмента.

4. Способ по п. 3, дополнительно содержащий ограничение относительного вращения между внешним корпусом и скважиной.

5. Система для бурения скважин с улучшенным штукатурящим действием, содержащая:

первый буровой инструмент, содержащий внешний корпус, внутренний шпиндель и выполненный с возможностью измельчения выбуренной породы, полученной от бурового долота, между внешним корпусом и внутренним шпинделем; и

второй буровой инструмент, выполненный с возможностью выдвижения наружу лопастей из шпинделя второго бурового инструмента и намазывания измельченной выбуренной породы на стенку скважины,

при этом первый буровой инструмент расположен между буровым долотом и вторым буровым инструментом.

6. Система для бурения скважин по п. 5, в которой первый буровой инструмент содержит по меньшей мере один нож для измельчения выбуренной породы.

7. Система для бурения скважин по п. 6, в которой нож расположен между внешним корпусом и внутренним шпинделем первого бурового инструмента.

8. Система для бурения скважин по п. 7, дополнительно содержащая по меньшей мере одно захватное устройство, ограничивающее относительное вращение между внешним корпусом и скважиной.

9. Система для бурения скважин по п. 8, в которой лопасти выполнены с возможностью смещения наружу под действием центробежной силы.

10. Способ бурения скважин с улучшенным штукатурящим действием, содержащий:

измельчение выбуренной породы посредством первого бурового инструмента, присоединенного к бурильной колонне между внешним корпусом и внутренним шпинделем первого бурового инструмента; и

затем намазывание выбуренной породы на стенку скважины посредством второго бурового инструмента, присоединенного к бурильной колонне, причем второй буровой инструмент также содержит лопасти, выдвигающиеся наружу из шпинделя второго бурового инструмента, присоединенного к бурильной колонне; и

при этом первый буровой инструмент получает выбуренную породу от бурового долота и присоединен к бурильной колонне между буровым долотом и вторым буровым инструментом.

11. Способ по п. 10, в котором измельчение дополнительно содержит измельчение выбуренной породы посредством по меньшей мере одного ножа первого бурового инструмента.

12. Способ по п. 11, в котором указанный нож расположен между внешним корпусом и внутренним шпинделем первого бурового инструмента.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий ограничение относительного вращения между внешним корпусом и скважиной.

14. Способ по п. 1 или 10, в котором указанное выдвижение дополнительно содержит смещение указанных лопастей наружу под действием центробежной силы.