Герметизирующее устройство для бурения на обсадной колонне Российский патент 2022 года по МПК E21B33/02 E21B23/02 E21B31/18 E21B19/02 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выполнении буровых работ, в частности для бурения скважин на обсадной колонне.

Известна система спуска обсадной колонны (CRT), имеющая винтовой клиновой захват, который удерживает обсадные трубы за внутреннюю часть и передает им крутящий момент, также имеющий пакерный элемент, обеспечивающий надежную гидравлическую изоляцию и позволяющий производить промывку через обсадную колонну в процессе бурения («Второе дыхание» технологии бурения на обсадной колонне / Фаткуллин С.А., Гумич Д.П., Забуга С.В., Каримов Д.Л., Чутчев Э.В. // Бурение и Нефть – 2019. – № 4). Например, разработанные компанией «Волант» инструменты для спуска обсадных колонн CRTi™ и CRTe™ предназначены для обсадного бурения или спуска обсадных колонн при помощи буровых установок с верхним приводом.

Недостатками известного устройства является захват трубы с внутренней стороны обсадных труб и герметизация внутри трубы, что является малонадежным способом, так как существует вероятность падения труб, при незначительном износе на захватных плашках устройства. Также при воздействии плашек на внутреннюю часть обсадной трубы, на которых ведется бурение есть вероятность повреждения внутренней поверхности обсадных труб, появления на них задиров и сужений диаметра, что в конечном итоге может привести к аварийным работам при спуске в уже зацементированную обсадную колонну глубинно-насосного оборудования в процессе работы бригады освоения. Кроме вышеперечисленных недостатков данное оборудование является дорогостоящим и многокомпонентным.

Также известен овершот (патент RU № 149992, МПК Е21В 31/18, опубл. 27.01.2015 г.), содержащий полый корпус, соединенный с переводником для присоединения по резьбе с колонной труб, внутри корпуса с возможностью осевого перемещения установлена сквозная цанга, выполненная в виде пружинящей разрезной втулки с наружным конусом, взаимодействующим с внутренним конусом, выполненным со стороны нижнего торца корпуса, на рабочей поверхности цанги выполнены зубья, контактирующие с наружной поверхностью тела ловимой трубы, с нижнего торца корпуса выполнен дополнительный конус, для захода трубы, отличающийся тем, что осевое перемещение цанги ограничено стопорным кольцом, установленным на внешней поверхности цанги и входящем в широкую кольцевую проточку, выполненную в корпусе, а верхний торец стопорного кольца и упорная поверхность широкой кольцевой проточки выполнены конусными, причем выше установки цанги выполнена узкая кольцевая проточка для фиксации цанги при освобождении от трубы.

Недостатком является то, что данное устройство является аварийным инструментом для извлечения бурильных труб. Использование его в качестве устройства для спуска обсадных труб невозможно, так как:

- уплотнение по торцу трубы будет разрушаться (разрезаться) при осевой нагрузке сверху вниз при бурении на обсадных трубах;

- цанговый захват повреждает наружную часть тонкостенной обсадной трубы, что в свою очередь локально снижает прочностные характеристики самой трубы;

- отсутствие возможности захвата обсадной трубы непосредственно за муфтовую часть.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для бурения на обсадной колонне, представляющее собой систему спуска обсадной колонны с использованием специального элеватора типа «Овершот» (http://www.png-technologies.ru/services7/). Устройство включает полый цилиндрический корпус со сквозным верхним переводником, который имеет внутреннюю резьбу для соединения с верхним силовым приводом буровой установки. Захват колонны устройством производят по наружной части, при этом захват происходит за счет внедрения плашек с наружной стороны обсадной трубы, для герметизации здесь также используют внутритрубный пакер.

Недостатком известного устройства является сложная конструкция, вероятность повреждения наружной части обсадных труб. Бурение на обсадной колонне с использованием приведенного устройства не дает возможность доведения необходимого веса на обсадную колонну в процессе бурения из-за захвата, работающего только на удержание трубы при движении вверх.

Техническими задачами являются повышение надежности бурения на обсадной колонне, создание простого и герметичного устройства обсадной трубы с сохранением как наружной, так и внутренней резьбовой части в первоначальном заводском состоянии, обеспечивающей герметичную подачу бурового раствора внутрь обсадной колонны под любым необходимым давлением, а также передачу необходимой нагрузки на долото в процессе бурения, с возможностью перемещения обсадной колонны вверх при необходимости.

Технические задачи решаются герметизирующим устройством для бурения на обсадной колонне, включающим полый цилиндрический корпус со сквозным верхним переводником, имеющим внутреннюю резьбу для соединения с верхним силовым приводом буровой установки.

Новым является то, что корпус снаружи оснащен как минимум тремя симметрично расположенными на поверхности корпуса проушинами, на оси которых установлены подпружиненные пружинами поджимные лапы, выполненные с возможностью удержания обсадной трубы за кромки муфтового соединения после прохождения муфты обсадной трубы сквозь поджимные лапы, внутри корпуса в нижней части выполнен радиальный уступ с конусным исполнением в нижней части и прямой площадкой сверху, нижняя часть верхнего переводника с внутренней стороны выполнена в виде прямого уступа, на который установлена упорная шайба, выполненная с возможностью создания через нее нагрузки на торец обсадной колонны, а с внешней стороны нижней части верхнего переводника по всему диаметру выполнен осевой выступ, при этом между верхним переводником и корпусом устройства установлена резиновая манжета, выполненная с упором в радиальный уступ, и с возможностью прижима к муфте обсадной трубы, а также характерной впадиной сверху, совпадающей с радиальным выступом, выполненным на верхнем переводнике.

На фиг.1 показан общий вид герметизирующего устройства, на фиг. 2 - работа устройства при бурении на обсадных колоннах.

Герметизирующее устройство включает полый цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) с присоединительной резьбой в верхней части для соединения со сквозным верхним переводником 2, имеющим внутреннюю резьбу для соединения с верхним силовым приводом буровой установки (на фиг. 1, 2 не показаны).

Корпус 1 (фиг. 1) устройства снаружи оснащен как минимум тремя симметрично расположенными на поверхности корпуса 1 проушинами 3 (фиг. 2), на оси которых установлены подпружиненные пружинами (на фиг. 1, 2 не показаны) поджимные лапы 4 (фиг. 1, количество поджимных лап 4 соответствует количеству проушин 3). Это позволяет повысить надежность устройства при эксплуатации за счет удержания обсадной колонны на весу поджимными лапами 4 за выступающие части муфты обсадной трубы. Внутри корпуса 1 в нижней части выполнен радиальный уступ 5 с конусным исполнением в нижней части для свободного захода муфты обсадной трубы и прямой площадкой сверху. Нижняя часть верхнего переводника 2 с внутренней стороны выполнена в виде прямого уступа 6, на который установлена упорная шайба 7, выполненная из стали группы прочности Д, например, и закреплена болтами 8, а с внешней стороны нижней части верхнего переводника 2 по всему диаметру выполнен осевой выступ 9.

При этом между верхним переводником 2 и корпусом 1 устройства (с внутренней стороны) установлена резиновая манжета 10, выполненная с характерной впадиной сверху, совпадающей по форме с осевым выступом 9, выполненным на верхнем переводнике 2. Резиновая манжета 10 позволяет выдерживать давление, создаваемое буровым раствором внутри обсадной колонны при бурении.

Устройство собирают в следующем порядке:

- внутрь корпуса 1 устанавливают эластичную (рабочую) манжету 10 с упором в радиальный уступ 5;

- на корпус 1 наворачивают верхний переводник 2 с установленной заранее упорной шайбой 7, закрепленной болтами 8 к верхнему переводнику 2.

Герметизирующее устройство работает следующим образом.

Устройство в собранном виде наворачивается на ниппель верхнего силового привода (ВСП) 11. С помощью элеватора 12 (фиг.2) на ВСП 11 (фиг. 1) с мостков (на фиг. 1, 2 не показано) захватывается за муфту очередная обсадная труба и поднимается на высоту трубы над столом ротора, далее производится свинчивание поднятой обсадной трубы с колонной труб, уже спущенных в скважину по традиционной технологии. После наворота обсадной трубы на колонну ВСП 11, не высвобождая трубу от элеватора 12 (фиг. 2), плавно подается вниз до полного захода муфтовой части обсадной трубы 13 внутрь устройства. При этом поджимные лапы 4 (фиг. 1) отодвигаются в стороны. После прохождения муфты трубы сквозь поджимные лапы 4 последние за счет пружин прижимаются к телу обсадной трубы непосредственно под муфтой, обхватывая ее и удерживая трубу за кромки муфтового соединения. Далее перед началом бурения внутрь обсадной колонны через ВСП 11 и герметизирующее устройство подается буровой раствор. С началом закачки бурового раствора под давлением резиновая манжета 10 плотно прижимается к муфте обсадной трубы, создается нагрузка на торец обсадной трубы через упорную шайбу 7 и начинается процесс бурения.

Наличие поджимных лап 4 позволяет при необходимости производить вертикальные перемещения всей обсадной колонны вверх. Наличие съемной упорной шайбы 7 при достаточном износе позволяет производить своевременную ее замену на новую. Манжета 10 также подлежит замене при необходимости или наличии достаточного износа несовместимого с давлениями при бурении.

Предлагаемое герметизирующее устройство для бурения на обсадной колонне является простым, позволяет надежно герметизировать верхний узел на протяжении всего процесса бурения и передавать необходимую для бурения весовую нагрузку на колонну труб (на торец колонны труб). Применение герметизирующего устройства позволяет надежно удерживать трубу за муфтовое соединение, снизить трудозатраты за счет изготовления минимального количества деталей: корпуса, верхнего переводника, манжеты, поджимных лап.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выполнении буровых работ, в частности для бурения скважин на обсадной колонне. Техническим результатом является повышение надежности бурения на обсадной колонне. Герметизирующее устройство включает полый цилиндрический корпус со сквозным верхним переводником, имеющим внутреннюю резьбу для соединения с верхним силовым приводом буровой установки. Корпус снаружи оснащен как минимум тремя симметрично расположенными на поверхности корпуса проушинами. На проушинах установлены подпружиненные поджимные лапы, выполненные с возможностью удержания обсадной трубы за кромки муфтового соединения после прохождения муфты обсадной трубы сквозь поджимные лапы. Внутри корпуса в нижней части выполнен радиальный уступ с конусным исполнением в нижней части и прямой площадкой сверху. Нижняя часть верхнего переводника с внутренней стороны выполнена в виде прямого уступа, на который установлена упорная шайба, выполненная с возможностью создания через нее нагрузки на торец обсадной колонны. С внешней стороны нижней части верхнего переводника по всему диаметру выполнен осевой выступ. Между верхним переводником и корпусом устройства установлена резиновая манжета, выполненная с упором в радиальный уступ, и с возможностью прижима к муфте обсадной трубы, а также характерной впадиной сверху, совпадающей с радиальным выступом. 2 ил.

Герметизирующее устройство для бурения на обсадной колонне, включающее полый цилиндрический корпус со сквозным верхним переводником, имеющим внутреннюю резьбу для соединения с верхним силовым приводом буровой установки, отличающееся тем, что корпус снаружи оснащен как минимум тремя симметрично расположенными на поверхности корпуса проушинами, на оси которых установлены подпружиненные пружинами поджимные лапы, выполненные с возможностью удержания обсадной трубы за кромки муфтового соединения после прохождения муфты обсадной трубы сквозь поджимные лапы, внутри корпуса в нижней части выполнен радиальный уступ с конусным исполнением в нижней части и прямой площадкой сверху, нижняя часть верхнего переводника с внутренней стороны выполнена в виде прямого уступа, на который установлена упорная шайба, выполненная с возможностью создания через нее нагрузки на торец обсадной колонны, а с внешней стороны нижней части верхнего переводника по всему диаметру выполнен осевой выступ, при этом между верхним переводником и корпусом устройства установлена резиновая манжета, выполненная с упором в радиальный уступ, и с возможностью прижима к муфте обсадной трубы, а также характерной впадиной сверху, совпадающей с радиальным выступом.