Устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины Российский патент 2021 года по МПК E21B7/20 E21B33/10 

Изобретение относится к области бурения грунта и заканчивания скважины, в частности к устройству для одновременного бурения и заканчивания скважин при их строительстве.

Известно техническое решение (см. патент US 3935910, МПК Е21В 7/00 «Способ и устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины»), взятое за аналог, содержащее буровой инструмент, двигатель для его вращения, экран, формирователь первичной трубы для формирования первичной трубы, снабженный устройством ускорения фиксации, например, нагревательными элементами и зоной впрыска на нижнем конце, формирователь внутренней поверхности скважины заданного диаметра, расположенный над формирователем первичной трубы, для формирования внутренней поверхности скважины заданного диаметра, снабженный устройством ускорения фиксации, например, нагревательными элементами и зоной впрыска на нижнем конце, подающие контуры для подачи формовочного материала для первичной трубы в зону впрыска формирователя первичной трубы и для подачи формовочного материала для внутренней поверхности скважины заданного диаметра в зону впрыска формирователя внутренней поверхности скважины заданного диаметра, для циркуляции бурового раствора, линию энергоснабжения двигателя, гибкий рукав внутри которого установлены все контуры, перемешиватели компонетов формовочных материалов, при этом подающие контуры для подачи формовочных материалов содержат по два канала для подачи компонентов формовочных материалов в перемешиватели, клапаны, управляющие подачей одного из компонентов в перемешиватели и клапаны, управляющие подачей перемешанных формовочных материалов в зону впрыска, механизм перемещения бурового инструмента и устройства для формования защитной трубы, состоящий из одного подвижного и одного неподвижного устройств перемещения.

Недостатками известного технического решения являются:

- наличие технологического оборудования, размещаемого в скважине, обеспечивающего приготовление формовочных материалов, что усложняет компоновочные решения;

- наличие технологического оборудования, размещаемого в скважине, обеспечивающего ускорения фиксации формовочных материалов, что усложняет компоновочные решения и увеличивает зависимость скорости строительства скважины от времени фиксации формовочных материалов;

- наличие технологических операций по предотвращению отвердевания формовочного материала внутри оборудования, что повышает вероятность отвердевания формовочного материала внутри оборудования при аварийных ситуациях.

Известно техническое решение «Способ для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины и устройство для его осуществления» (см. патент RU 2693371, МПК Е21В 7/00, Е21В 33/10), взятое за прототип, содержащее буровой инструмент, включающий долото и расширитель, вращающиеся в противоположных направлениях, двигатель для его вращения, редуктор для передачи крутящего момента на долото, экран с зоной приема загрязненного бурового раствора, формирователь первичной трубы с устройством ускорения фиксации формовочного материала, перемешивателем формовочного материала и зоной впрыска формовочного материала, устройство армирования и дополнительный уплотнитель, установленный между формирователем первичной трубы и формирователем внутренней поверхности скважины заданного диаметра, формирователь внутренней поверхности скважины заданного диаметра, расположенный над формирователем первичной трубы, с устройством ускорения фиксации формовочного материала, перемешивателем формовочного материала, зоной впрыска формовочного материала и с зоной отвода бурового раствора, гибкий рукав с контурами для подачи формовочного материала для первичной трубы в зону впрыска формирователя первичной трубы и для подачи формовочного материала для внутренней поверхности скважины заданного диаметра в зону впрыска формирователя внутренней поверхности скважины заданного диаметра, для подвода бурового раствора, линию энергоснабжения двигателя, при этом подающие контуры для подачи формовочных материалов содержат по два канала для подачи компонентов формовочных материалов в перемешиватели, клапаны, управляющие подачей одного из компонентов в перемешиватели и клапаны, управляющие подачей перемешанных формовочных материалов в зоны впрыска, механизм перемещения устройства для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины, включающий в себя два подвижных устройства перемещения.

Недостатками известного технического решения являются:

- наличие технологического оборудования, размещаемого в скважине, обеспечивающего приготовление формовочных материалов, что усложняет компоновочные решения;

- наличие технологического оборудования, размещаемого в скважине, обеспечивающего ускорения фиксации формовочных материалов, что усложняет компоновочные решения и увеличивает зависимость скорости строительства скважины от времени фиксации формовочных материалов;

- наличие технологических операций по предотвращению отвердевания формовочного материала внутри оборудования, что повышает вероятность отвердевания формовочного материала внутри оборудования при аварийных ситуациях.

Задачей предлагаемого изобретения является:

- упрощение компоновочных решений по размещению в скважине оборудования, обеспечивающего формование защитной трубы с заданными характеристиками;

- уменьшение зависимости скорости строительства скважины от времени фиксации формовочных материалов;

- повышение уровня безопасности по предотвращению отвердевания формовочного материала внутри оборудования при аварийных ситуациях.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины, содержит буровой инструмент, включающий долото и расширитель, редуктор для передачи крутящего момента на долото и обеспечения вращения долота и расширителя в противоположных направлениях, двигатель для вращения бурового инструмента, механизм перемещения, состоящий из двух подвижных устройств перемещения, экран с зоной приема загрязненного бурового раствора, гибкий рукав с контурами для подачи компонентов формовочного материала, подвода бурового раствора, линией энергоснабжения, при этом контур для подачи компонентов формовочных материалов содержит каналы для подачи компонентов формовочного материала, клапаны, управляющие подачей компонентов, при этом, между экраном с зоной приема загрязненного бурового раствора и гибким рукавом установлены единый блок формирования защитной трубы, представляющий собой сборку вращающихся ступеней с подвижными соплами для подачи одного из компонентов формовочного материала, с зоной подачи другого компонента формовочного материала, оснащенного двигателем для его вращения и экран с зоной отвода загрязненного бурового раствора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины в процессе строительства скважины, на фиг. 2 показан общий вид устройства для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины в процессе извлечения из скважины, на фиг. 3 показана функциональная гидравлическая схема устройства для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины.

Устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины состоит из бурового инструмента, представленного долотом 1 и расширителем 2, редуктора 3, обеспечивающего вращение долота 1 в направлении противоположном вращению расширителя 2, двигателя 4 для вращения долота 1 и расширителя 2, механизма перемещения 5, состоящего из двух подвижных устройств перемещения 6 и 7, экрана 8 с зоной приема загрязненного бурового раствора 9, единого блока 10 формирования защитной трубы 19, состоящего из ступеней 11 с возможностью вращения с подвижными соплами 12, с зоной впрыска 13, количество ступеней 11 и конструкция и количество подвижных сопел 12 не являются задачей данного изобретения, двигателя 21 для вращения единого блока 10 формирования защитной трубы 19, экрана 14 с зоной отвода загрязненного бурового раствора 15, гибкого рукава 16, внутри которого проходят контуры для подачи бурового раствора 17, компонентов формовочного материала 18, для защитной трубы 19 в зону впрыска 13 и к подвижным соплам 12, линия энергоснабжения 20 двигателя 4, двигателя 21 единого блока 10 формирования защитной трубы 19, клапаны 22, 23, управляющие подачей компонентов.

Контур для подачи компонентов формовочных материалов 18 может содержать несколько каналов, не менее двух в зависимости от конструкции формируемой защитной трубы 19.

При этом экраны 8, 14, единый блок 10 формирования защитной трубы обеспечивают транзит отводимого с забоя загрязненного бурового раствора 24, а включая долото 1, редуктор 3, расширитель 2, двигатель 4 обеспечивают транзит сред, подаваемых по контурам 17, 18, проходящим внутри гибкого рукава 16 в соответствии с функциональной гидравлической схемой устройства для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины, представленной на фиг. 3.

Работа устройства для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины происходит следующим образом.

Бурение скважины осуществляется в два приема сначала бурение осуществляется, например, долотом 1, а затем происходит расширение диаметра скважины с помощью расширителя 2, что обеспечивает извлечение бурового инструмента для его замены, при этом за счет использования редуктора 3, установленного между расширителем 2 и двигателем 4, вращение долота 1 происходит в противоположном направлении относительно расширителя 2, что обеспечивает снижение нежелательной передачи вращающего момента на устройство для формования защитной трубы.

При этом непрерывное движение бурового инструмента и устройства для формования защитной трубы осуществляется с помощью попеременного движения двух подвижных устройств перемещения 6 и 7, входящих в состав механизма перемещения 5 устройства для формования защитной трубы.

По мере продвижения бурового инструмента вниз в скважину вводится устройство для формования защитной трубы, при этом одновременно:

- экран 8, увеличивает свой диаметр, например, наддувом, и разделяет зоны приема загрязненного бурового раствора и формования защитной трубы, отвод загрязненного бурового раствора осуществляется через зону приема загрязненного бурового раствора 9 по контуру отвода загрязненного бурового раствора 24;

- экран 14 увеличивает свой диаметр, например, наддувом, и разделяет зоны формования защитной трубы и отвода загрязненного бурового раствора, отвод загрязненного бурового раствора осуществляется через зону отвода загрязненного бурового раствора 15;

- открывают клапаны 22 и 23;

- единый блок 10 формирования защитной трубы 19 начинает вращение, при этом подвижные сопла 12 переводятся из транспортного положения, обеспечивающего извлечение оборудования из скважины после окончания строительства, в рабочее положение, обеспечивающего формирование защитной трубы 19 на стенке скважины, при этом максимальный диаметр каждой ступени 11 единого блока 10 формирования защитной трубы 19 в рабочем положении уменьшается по направлению снизу-вверх для обеспечения оптимального расстояния от сопла 12 до поверхности формирования слоя защитной трубы 19, одновременно с этим по контуру 18 для формовочного материала подаются компоненты формовочного материала первый в зону впрыска 13 и второй к подвижным соплам 12.;

- компонент формовочного материала, подаваемый в зону впрыска 13 заполняет объем между экранами 8, 14. Например, в качестве первого компонента может быть использован жидкий полиамин (ароматические и/или алифатические соединения с двумя или несколькими реакционно-способными концевыми аминогруппами, например, на основе олигомеров этиленгликоля или пропиленгликоля);

- компонент формовочного материала, подаваемый в подвижные сопла 12, подается путем диспергирования непосредственно в области вблизи стенки скважины для первой ступени 11 единого блока 10 формирования защитной трубы 19 или в области, образовавшегося покрытия для последующих ступеней 11 единого блока 10 формирования защитной трубы 19. Например, в качестве второго компонента могут быть использованы доступные ди-, три- или полиизоцианаты (пара-фенилендиизоцианата, толуиленди-изоцианата (ТДИ, 2,4 или 2,6-изомеры, отдельно или их смесь), бис(4-изоцианато фенил)метана (4,4'-МДИ, в чистом виде, или в виде смесей изомеров - 2,2'-МДИ, 2,4'-МДИ и 4,4'-МДИ), трис(4-изоцианато фенил)метана, гексаметилендиизоцианата) и/или другие изоцианаты или их смеси;

- происходит смешение компонентов формовочного материала, образование формовочной смеси, реакция полимеризации и получение одиночного слоя покрытия на стенки скважины или на предыдущем слое. Отверждение покрытия происходит за 2-4 секунды без дополнительного внешнего воздействия.

По мере продвижения устройства для формования защитной трубы в процессе строительства скважины осуществляется формирование защитной трубы 19.

При необходимости могут быть использованы катализаторы, как для изменения времени процесса реакции полимеризации, так и для получения необходимых механических параметров образующегося формовочного материала. В качестве катализаторов могут быть использованы различные третичные амины и/или соединения переходных металлов, например - олова (олеат олова, дилаурат дибутилолова, галогениды диалкилолова и др.).

При этом конструкция подвижных сопел 12 и их количество в ступени 11 позволяют получать как сплошной слой покрытия, так и заданной формы, например, спиралевидный, что при необходимости обеспечивает создание армирующей сетки между одиночными слоями защитной трубы 19.

При необходимости получения защитной трубы 19 с различными механическими параметрами по слоям возможна подача отличающихся вторых компонентов в ступени 11 единого блока 10 формирования защитной трубы 19, что приведет к увеличению количества каналов в контуре для подачи компонентов формовочных материалов 18 и клапанов, управляющих подачей компонентов.

При необходимости дополнительное армирование защитной трубы может быть выполнено за счет добавления армирующих волокон в компоненты формовочных материалов.

При окончании строительства скважины или в случае замены бурового инструмента устройство для формования защитной трубы работает следующим образом. Расширитель 2, два подвижных устройства перемещения 6 и 7, подвижные сопла 12 переводятся в транспортное положение, экраны 8, 14 уменьшают свои диаметры, например, сдувом.

Закрывают клапаны 22, 23.

Далее производят подъем и извлечении устройства для формования защитной трубы из скважины.

Предполагаемое изобретение позволит достичь:

- упрощения компоновочных решений по размещению в скважине оборудования, обеспечивающего формование защитной трубы с заданными характеристиками;

- уменьшение зависимости скорости строительства скважины от времени фиксации формовочных материалов;

- повышение уровня безопасности по предотвращению отвердевания формовочного материала внутри оборудования при аварийных ситуациях.

Изобретение относится к области бурения грунта и заканчивания скважины, в частности к устройству для одновременного бурения и заканчивания скважин при их строительстве. Устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины содержит буровой инструмент, включающий долото и расширитель, редуктор для передачи крутящего момента на долото и обеспечения вращения долота и расширителя в противоположных направлениях, двигатель для вращения бурового инструмента, механизм перемещения, состоящий из двух подвижных устройств перемещения, экран с зоной приема загрязненного бурового раствора, гибкий рукав с контурами для подачи компонентов формовочного материала, бурового раствора, линией энергоснабжения. Контур для подачи компонентов формовочного материала содержит каналы для подачи компонентов формовочного материала, клапаны, управляющие подачей компонентов. Между экраном с зоной приема загрязненного бурового раствора и гибким рукавом установлены единый блок формирования защитной трубы, представляющий собой сборку ступеней с возможностью вращения с подвижными соплами для подачи одного из компонентов формовочного материала, с зоной впрыска другого компонента формовочного материала, оснащенного двигателем для его вращения, и экран с зоной отвода загрязненного бурового раствора. Обеспечивается упрощение компоновочных решений по размещению в скважине оборудования, обеспечивающего формование защитной трубы с заданными характеристиками, уменьшение зависимости скорости строительства скважины от времени фиксации формовочных материалов, повышение уровня безопасности по предотвращению отвердевания формовочного материала внутри оборудования при аварийных ситуациях. 3 ил.

Устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины, содержащее буровой инструмент, включающий долото и расширитель, редуктор для передачи крутящего момента на долото и обеспечения вращения долота и расширителя в противоположных направлениях, двигатель для вращения бурового инструмента, механизм перемещения, состоящий из двух подвижных устройств перемещения, экран с зоной приема загрязненного бурового раствора, гибкий рукав с контурами для подачи компонентов формовочного материала, бурового раствора, линией энергоснабжения, при этом контур для подачи компонентов формовочного материала содержит каналы для подачи компонентов формовочного материала, клапаны, управляющие подачей компонентов, отличающееся тем, что между экраном с зоной приема загрязненного бурового раствора и гибким рукавом установлены единый блок формирования защитной трубы, представляющий собой сборку ступеней с возможностью вращения с подвижными соплами для подачи одного из компонентов формовочного материала, с зоной впрыска другого компонента формовочного материала, оснащенного двигателем для его вращения, и экран с зоной отвода загрязненного бурового раствора.