Турбинный привод башмака-долота для разбуривания осложнённого участка скважины Российский патент 2022 года по МПК E21B4/02 E21B17/14 

Представленное в данном описании техническое решение относится к устройствам для разбуривания осложнённых участков скважины с использованием нижней обсадной трубы и бурового раствора, подаваемого через привод для обеспечения вращения разбуриваемого инструмента (башмака-долота). Конструкция данного привода обеспечивает возможность оставлять части привода зацементированными в скважине после разбуривания осложнённого участка скважины, при этом бурение следующего интервала скважины осуществляют после её цементирования, а дальнейшее разбуривание скважины осуществляют долотом меньшего диаметра. Осложненными участками скважины являются сужения скважины, её уступы, изгибы и искривления ствола, осыпи и обвалы стенок скважины.

Известно устройство для бурения скважин, включающее забойный двигатель, состоящий из ротора, статора и осевой опоры, статор верхним переводником присоединен к бурильным трубам, снизу к ротору присоединено долото, во внутренней полости долота, независимо от него, размещено шарошечное долото, долото выступает ниже шарошечного долота, которое присоединено к штанге, размещенной в осевом отверстии вала забойного двигателя, при этом на штанге выполнены шлицы, контактирующие со шлицами водила, закрепленного в статоре забойного двигателя, сверху в штангу ввернут ограничитель (RU 2021463 С1, 15.10.1994).

Известен разбуриваемый башмак с силовым приводом для низа обсадной колонны, выполненный из легкоразбуриваемых материалов, при это башмак оснащен средствами цементирования скважины и фиксации внутренних частей от проворота при разбуривании, причем башмак оснащен системой автозаполнения внутренней полости колонны обсадных труб промывочной жидкостью. Режущая структура снабжена резцами и шпинделем, профиль сердечника которого выполнен с внутренним конусом, повторяющим профиль долота, при этом по вылету конус не превышает высоту лопастей наконечника шпинделя. Средство для цементирования скважины расположено вверху устройства, оно содержит переводник с цементировочной разрывной диафрагмой. Механизм фиксации внутренних частей от проворота расположен в нижней части устройства. В разбуриваемом башмаке с силовым приводом имеется система автозаполнения внутренней полости колонны обсадных труб промывочной жидкостью, которая содержит промывочные каналы. Вал выполнен из двух трубчатых частей, имеющих полости внутри частей вала. Устройство имеет клапан автозаполнения и радиальные каналы (RU 2711171 C1, 15.01.2020).

Известен вращающийся направляющий башмак с эксцентричной формой сохранения воды, включая корпус, основание турбины и крышку направляющего башмака. Башмак гарантирует, что он не может заблокировать циркуляционное отверстие, чтобы войти в технологическую группу труб под муфтой, чтобы при попадании в скважину в проблемное состояние, такое как песчаный мост, можно было очистить песчаный мост, при этом требуется, что группа труб является гладкой для установки башмака вниз в процессе цементирования скважины. Башмак может создавать вращательную силу, делать дно шахты текучим с турбулентным движением вверх, улучшая качество цементирования (CN 205714024 U, 23.11.2016).

Известно устройство для бурения ствола скважины, причем устройство содержит двигатель, снабженный статором и ротором, причем ротор соединен с режущей конструкцией, статор и ротор разнесены радиально наружу от оси вращения ротора, ротор выполнен с отверстием для доступа, которое проходит через двигатель до положения, примыкающего к режущей конструкции, и через которое при использовании можно вставить дополнительный предмет без препятствия со стороны статора и ротора. Примеры режущей конструкции включают буровое долото, расширительный башмак или инструмент (EP 2754850 A1, 16.07.2014).

Известен скважинный инструмент, предназначенный для подготовки ствола скважины и подачи способного к схватыванию материала, такого как цементный раствор, в кольцевое пространство ствола скважины для крепления и поддержки обсадной колонны в стволе скважины, содержит трубчатый корпус, вал, установленный с возможностью вращения внутри корпуса, головную часть и приводное устройство. При использовании инструмента операции по очистке ствола скважины и цементированию могут выполняться путем направления бурового раствора через приводное устройство для приведения во вращение головной части с целью очистки или кондиционирования ствола скважины. Цементный раствор или тому подобное можно направить через обсадную колонну или через цементировочную колонну в ствол и через приводное устройство, при этом жидкость выбрасывается из головной части (US 2017204664, 20.07.2017)

Известен расширяющий инструмент в виде башмака-расширителя, инструмент приспособлен для размещения в стволе скважины и имеет поворотно-уравновешенную носовую часть (US 2011100723 A1, 05.05.2011).

Известно скважинное трубчатое флотационное устройство, которое содержит корпус с расположенным на нем фиксирующими элементами. Корпус выполнен с возможностью перемещения внутри трубчатого сегмента ствола скважины. Запирающий элемент имеет такую форму, чтобы входить в зацепление с внутренней частью трубчатого сегмента ствола скважины. Запирающий элемент содержит запирающий механизм, выполненный с возможностью принудительного приведения запирающего элемента в контакт с внутренней частью ствола скважины. Разрывной диск входит в зацепление с корпусом и имеет форму, закрывающую трубчатый сегмент для потока жидкости. Разблокирующий механизм сконфигурирован так, чтобы изменять направление запирающего механизма, когда расцепляющий инструмент перемещается через корпус (US 2021363843 A1, 25.11.2021).

Известно устройство для бурения ствола скважины, которое включает двигатель, имеющий статор и ротор. Ротор имеет выходной вал, соединенный с режущей конструкцией. Статор и ротор расположены радиально снаружи от оси вращения ротора таким образом чтобы, по меньшей мере, один из них имел проходное отверстие, проходящее через двигатель к соседней режущей конструкции. Через него беспрепятственно может пройти еще один объект. Дополнительный объект включает дополнительную резку. Отклоняющее устройство потока расположено в двигателе вблизи соединения между двигателем и трубой ствола скважины и имеет первое выпускное отверстие для текучей среды, сообщающееся по текучей среде с силовой секцией двигателя, и второе выпускное отверстие для текучей среды, сообщающееся по текучей среде с входным отверстием. Отклонитель потока соединен со статором таким образом, что осевая нагрузка, создаваемая давлением текучей среды, по существу передается статору (US 2013306376 A1, 21.11.2013).

Известен инструмент для разбуривания, предназначенный для использования при расширении ствола скважины, включает в себя корпус, приспособленный для размещения в стволе скважины. Корпус определяет ротор устройства вращательного привода. В корпусе расположен вал, который определяет статор устройства привода вращения. Уплотнительный элемент расположен между валом и корпусом. Уплотнительный элемент образует опорную поверхность, обеспечивающую герметичное относительное вращение узла привода вращения. Инструмент включает в себя расширяющий элемент, в котором относительное вращение между корпусом и валом способствует расширению ствола расширяющим элементом (US 2011168447 A1, 14.07.2011).

Известен инструмент для расширения скважины, используемый при введении трубчатых компонентов в ствол скважины, и который включает в себя корпус двигателя, выполненный с возможностью соединения с одним концом колонны трубчатых компонентов. В корпусе расположен двигатель. Выходной вал вращательно соединен с двигателем и выполнен с возможностью соединения с режущей конструкцией, такой как башмак расширителя, на одном его конце. Блокировка избирательно задействуется для фиксации выходного вала на корпусе двигателя с возможностью вращения. Замок может быть выполнен в виде охватываемого конуса, расположенного внутри сопрягаемого охватывающего конуса (GB 2520752 A, 03.06.2015).

Известен скважинный инструмент для очистки скважины, который содержит трубчатый корпус и чистящий элемент. Чистящий элемент имеет головную часть и стержневую часть, причем стержневая часть расположена внутри корпуса. Корпус образует статор, а часть вала определяет ротор, при этом корпус и часть вала вместе образуют вращательный привод для вращения головной части относительно корпуса. Инструмент приспособлен для размещения в трубчатом компоненте, таком как зацементированная обсадная колонна, и приспособлен для облегчения очистки обсадной колонны и/или подготовки ствола обсадной колонны. Чистящий элемент может также включать в себя несколько отверстий для вытеснения жидкости, чтобы способствовать очистке кожуха (GB 2461311 A, 30.12.2009).

Известны решения для очистки и разбуривания скважин, опубликованные в сети интернет компанией Deep Casing Tools LTD (GB), в частности высокоскоростная система TurboCeser для работы с обсадными трубами, посредством которой повышается эффективность высадки обсадных труб с возможностью использования расширителей скважин. Система применима для использования в сложных условиях проходки скважин. При этом система содержит установленный в корпусе турбинный привод, ротор которой связан с долотом, имеющим на наружной поверхности режущие элементы, причем долото выполнено коническим, полым и его полость сообщена с наружным пространством через отверстия в стенке долота, которые расположены на конической части долота по периметру ближе к наконечнику долота (https://www.deepcasingtools.com/assets/CaseStudies/23699938bc/DCT-Case-Study_Middle-East-1-v5.pdf. 23.07.2019).

Известны также другие разработанные компанией Deep Casing Tools, решения, раскрытые в патентах. В частности известно устройство для бурения ствола скважины, включающее двигатель со статором и ротором, ротор имеет выходной вал, соединенный с режущей конструкцией. Статор и ротор расположены радиально снаружи от оси ротора, ротор или статор имеет отверстие для доступа, которое проходит через двигатель до положения, примыкающего к режущей конструкции, и через которое может пройти дополнительный предмет без препятствия со стороны статора и ротора. Дополнительный объект включает в себя дополнительную режущую структуру. Рабочие части двигателя расположены радиально снаружи от выходного вала и дополнительной режущей конструкции, чтобы не препятствовать прохождению дополнительной режущей конструкции по направлению к режущей конструкции, так что рабочие части двигателя не требуют сверления или удаления, чтобы обеспечить доступ дополнительной режущей конструкции к режущая структура (US 8074742, 13.12.2011 по заявке US 2011180326 от 28.07.2011).

Известен инструмент для разбуривания, предназначенный для использования при расширении ствола скважины, включающий в себя корпус, приспособленный для размещения в стволе скважины. Корпус определяет ротор устройства вращательного привода. В корпусе расположен вал, приспособленный для размещения. Вал определяет статор устройства привода вращения. Уплотнительный элемент расположен между валом и корпусом. Уплотнительный элемент образует опорную поверхность, обеспечивающую герметичное относительное вращение узла привода вращения. Инструмент включает в себя расширяющий элемент, в котором относительное вращение между корпусом и валом способствует расширению ствола расширяющим элементом (US 2011168447 А1, 14.07.2011).

Известен расширитель для расширения скважины через почвенный пласт. Расширитель содержит: оправку, включающую конец для соединения с бурильной колонной и противоположный конец, и корпус, включающий внутренний канал, телескопически расположенный над оправкой и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении относительно оправки, но с возможностью поворота вместе с оправкой. На корпусе закреплено множество ветвей расширителя, плечи расширителя выполнены в виде блоков, включающих в себя части, поддерживающие резец, в которых установлены компактные резцы из поликристаллического алмаза. Рычаги расширителя могут перемещаться путем перемещения корпуса в осевом направлении по оправке между втянутым положением, проходящим в отверстие корпуса, и расширенным положением, в котором рычаги расширителя поворачиваются из внутреннего отверстия корпуса и поддерживаются сзади оправкой так, что части, поддерживающие резец, открыты для использования при расширении ствола скважины. Развертка может включать в себя один или несколько стопорных узлов для разъемной блокировки оправки и корпуса от относительного осевого перемещения. Расширитель может также в качестве альтернативы включать ограничительное сопло для облегчения его гидравлического действия (US 7370712 В2, 13.05.2008 по заявке US 2005205305 А1 от 22.05.2005).

Из известных турбинных приводов наиболее близким к представленному в данном описании приводу является турбинный привод, раскрытый в патенте US 7849927 В2, 25.06.2009 - прототип.

В прототипе раскрыто устройство, в которое входят турбинный привод, режущая конструкция, приводной блок, соединенный с режущей конструкцией и приводящий её во вращение, при этом по меньшей мере один приводной узел и режущая конструкция содержит по меньшей мере одну из хрупкого, разбуриваемого, растворимого и разлагаемого материала часть, при этом устройство имеет концевой соединитель, соединенный с приводным узлом и приспособленный для соединения с трубчатой крепью ствола скважины.

В прототипе раскрыты также:

- приводной узел, который содержит корпус и приводной вал, поддерживаемый с возможностью вращения внутри, при этом приводной узел дополнительно содержит турбину, прикрепленную к приводному валу, при этом турбинная установка содержит множество статорных лопаток, прикрепленных к корпусу, и множество роторных лопаток, прикрепленных к приводному валу, при этом режущая конструкция закреплена на приводном валу, при этом приводной узел дополнительно содержит двигатель, имеющий винтовой вал, при этом винтовой вал вращается внутри статора, при этом винтовой вал соединен с приводным валом через гибкое соединение, при этом устройство дополнительно содержит внешний стабилизирующий элемент, расположенный по окружности корпуса, при этом внешний стабилизирующий элемент и корпус имеют эффективный наружный диаметр, по существу равный или меньший наружного диаметра режущей конструкции;

- скважинный аппарат, в котором содержатся трубчатая колонна для футеровки скважины, режущая конструкция, приводной блок, соединенный с режущей конструкцией и предназначенный для приведения во вращение режущей конструкции, при этом по меньшей мере один приводной узел и режущая конструкция содержит хрупкую, легко высверливаемую, растворимую или разрушаемую часть а также концевой соединитель для соединения привода с концом колонны труб;

- устройство для спуска колонны труб для крепи ствола скважины в ствол, содержащее башмак расширителя, выполненный из основного материала и множество лопастей расширителя, сформированных на основном материале, устройство имеет лопастной центратор, установленный рядом с башмаком расширителя и избирательно вращающийся относительно башмака расширителя, и зажимное приспособление, образованное между лопастным центратором и башмаком расширителя, при этом часть из основного материала сужается, образуя эксцентричную носовую часть, при этом основной материал образует множество каналов для выходя жидкости, при этом механизм сцепления содержит набор зубьев на задней кромке башмака расширителя и набор углублений на передней кромке лопастного центратора, и при этом зубья и выемки избирательно взаимодействуют друг с другом, образуя механизм сцепления, при этом основной материал можно разбуривать и он также может быть пластичным;

- устройство для спуска колонны труб для крепления ствола скважины в ствол скважины, указанное устройство приспособлено для установки на переднем конце колонны труб крепления ствола скважины, указанное устройство содержит направляющую головку, выполненную из легко сверлимого материала, при этом направляющая головка имеет часть, на которой сформировано множество режущих лезвий, трубчатая втулка, соединенная с носовой частью направляющей, также устройство имеет стабилизатор, закрепленный на трубчатой втулке;

- способ спуска колонны труб для крепи ствола скважины в ствол скважины, включающий прикрепление устройства к передней кромке колонны труб для крепления ствола скважины, устройство, содержащее режущий элемент и приводной блок, соединенный с режущим блоком и приводящий во вращение режущий блок, при этом по меньшей мере один приводной блок и режущий блок содержит хрупкую, легко высверливаемую, податливую, растворимую или разлагаемую часть. Способ включает спуск колонны труб для крепления ствола скважины с присоединенным устройством в ствол скважины, при этом способ дополнительно включает циркуляцию бурового раствора через колонну труб для крепления ствола скважины при спуске колонны труб для крепления ствола скважины в ствол скважины, способ включает цементирование колонны труб для крепления ствола скважины, при этом способ дополнительно включает высверливание устройства.

Принятый в качестве прототипа турбинный привод, раскрытый в патенте US 7849927 В2, имеет функционально взаимодействующие между собой средства для бурения, циркуляции жидкости и цементирования скважины.

Изложенные выше признаки, раскрытые в прототипе, имеют общие признаки с представленным в данном описании признаками изобретения, которые характеризуют турбинный привод башмака-долота для разбуривания осложненного участка скважины, при этом существенными общими признаками являются такие из них, которые характеризуют турбинный привод, содержащий трубчатый неподвижный корпус с расположенными на нем центрирующими элементами, расположенный внутри корпуса приводной узел с валом, турбину, которая соединена с приводным узлом и башмаком-долотом, имеющем множество каналов, средства для подачи цементного раствора в зону цементирования скважины, причем части приводного узла и башмак-долото выполнены из легкоразбуриваемого материала.

Раскрытый в патенте прототип имеет множество усложняющих конструкцию элементов. В тяжелых условиях работы привода это связано с отрицательными воздействиями на привод, снижающими его надежность, что в результате отрицательно влияет на трудоемкость строительства скважины.

Техническим результатом представленного в данном описании изобретения является повышение надежности турбинного привода и снижение трудоемкости процесса строительства скважины.

Технический результат получен турбинным приводом башмака-долота для разбуривания осложненного участка скважины, который содержит трубчатый неподвижный корпус с расположенными на нем центрирующими элементами, расположенный внутри корпуса приводной узел с валом, турбину, которая соединена с приводным узлом и башмаком-долотом, имеющим множество каналов для выхода жидкости, средства для подачи цементного раствора в зону цементирования скважины, при этом части приводного узла и башмак-долото выполнены из легкоразбуриваемого материала, причем вал выполнен из трубчатых верхней части и трубчатой нижней части, части вала соединены полой изнутри муфтой с радиальными в ней отверстиями, турбина расположена на верхней части вала между стенкой этой части вала и трубчатым корпусом, верхняя часть вала оснащена гайкой с разрывной мембраной, расположенной над торцом верхней части вала, на наружной поверхности верхней части вала выполнены продольные пазы, на внутренней поверхности ротора турбины имеются выступы, расположенные в пазах верхней части вала, внутри нижней трубчатой части вала выполнена резьба для завинчивания в неё башмака-долота, причем такие части приводного узла, как трубчатая верхняя часть вала, гайка и турбина изготовлены из легкоразбуриваемого материла, а средства для подачи цементного раствора в зону цементирования скважины включают расположенные сверху вниз закрытые разрывными пробками радиальные отверстия в переводнике, или закрытые сверху разрывной мембраной отверстие гайки и полость трубчатой верхней части вала, а также радиальные отверстия в муфте соединения частей вала.

Трубчатая верхняя часть вала установлена в радиальной опоре и эта опора и турбина стянуты гайкой в осевом направлении верхней части вала, на нижней части вала установлен многорядный упорно-радиальный подшипник и радиальные опоры, которые муфтой сверху стянуты в осевом направлении нижней части вала, при этом снизу упорно-радиальный подшипник и радиальные опоры стянуты наружной втулкой радиальной опоры, которая установлена в трубчатом корпусе.

В качестве легкоразбуриваемого материала использованы алюминиевые сплавы твёрдостью менее 115 HB.

На фиг. 1 показан турбинный привод в продольном разрезе.

На фиг. 2 представлена компоновка привода, используемая при спуске обсадной колонны в скважину вместе с турбинным приводом и башмаком-долотом для разбуривания осложнённого участка скважины.

На фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1.

На фиг. 4 - место Б на фиг. 1.

С нижней обсадной трубой 1 скважины (фиг. 2) соединен конец 2 трубчатого неподвижного корпуса 10 турбинного привода, в котором расположен раскрытый ниже приводной узел турбинного привода с валом, соединенным с башмаком-долотом 3. На неподвижном корпусе 10 имеются центрирующие элементы 4, которые расположены в затрубном пространстве 5 между стенкой скважины 6 и неподвижным корпусом 10. На фиг. 2 схематично показан осложнённый участок 7 скважины 6. В башмаке-долоте 3 выполнено множество каналов 8 для выхода цементной смеси при цементировании скважины, а также для выхода бурового раствора.

Турбинный привод имеет рабочую камеру 9 многоступенчатой осевой турбины 14, которая расположена в трубчатом корпусе 10 (фиг. 1, 3, 4). Ротор турбины соединен с башмаком-долотом 3 через приводной узел. Узел включает расположенный внутри корпуса 10 составной трубчатый вал, состоящий из трубчатых верхней части 11 и нижней части 12 данные части вала соединены между собой полой муфтой 13 в муфте выполнены радиальные отверстия отверстиями 24 (фиг. 1).

Многоступенчатая осевая турбина 14 и её радиальная опора 15 расположены между стенкой верхней части 11 вала и корпусом 10. Верхняя часть 11 вала оснащена навинченной на её конец гайкой 16 с разрывной мембраной 26 на торце гайки, при этом мембрана расположена над торцом верхней части 11 вала и закрывает собой сверху трубчатую полость верхней части 11 вала. Многоступенчатая осевая турбина 14 и радиальные опоры 15 стянуты (сжаты, затянуты) в осевом направлении вала гайкой 16.

Верхняя часть 11 вала расположена в полости нижней части 12 вала, при этом нижняя часть 12 вала установлена в многорядном упорно-радиальном подшипнике 17 и в радиальных опорах 18 и 19. Верхний конец нижней части 12 вала резьбой соединен с нижним концом верхней части 11 вала.

Трубчатый корпус 10 выполнен с внутренней резьбой на конце, которая соединена с наружной резьбой трубчатого переводника 20. Переводник в одном варианте его исполнения выполнен без радиальных отверстий. Переводник в другом варианте его исполнения имеет закрытые разрывной заглушкой 28 радиальные отверстия для направления цементного раствора в затрубное пространство 5, минуя приводной узел, когда заглушки разорваны. На верхнем конце переводника 20 имеется внутренняя резьба 21 для соединения с обсадной трубой 1. На конце нижней части 12 вала внутри этой части вала выполнена внутренняя резьба 22 для завинчивания в неё башмака-долота 3.

Средства для подачи цементного раствора в зону цементирования включают расположенные сверх вниз закрытые разрывными пробками 28 радиальные отверстия в переводнике 20 или закрытую сверху мембраной 26 полость 27 верхней части 11 вала, полость муфты 13 и радиальные отверстия 24 муфты 13 для подачи цементного раствора во внутреннюю полость 25 нижней части 12 вала.

Пробки 28 или мембрана 26 используются в разных вариантах турбинного привода, однако в отдельных случаях они могут быть использованы в одной конструкции турбинного привода. При превышении давления прокачки цементного раствора через приводной узел турбины заглушки 28 или мембрана 26 разрушаются.

На наружной поверхности верхней части 11 вала (фиг. 3) выполнены продольные пазы 30, на внутренней поверхности многоступенчатой турбины 14 имеются выступы 29, расположенные в пазах 30 верхней части 11 вала.

Муфтой 13 (фиг. 1) сверху стянуты подшипник 17 и радиальные опоры 18, 19 в осевом направлении нижней части 12 вала, а снизу они стянуты наружной втулкой 31 радиальной опоры 19, которая установлена в корпусе 10. Расположенные в корпусе 10 элементы привода сверху стянуты в корпусе 10 в осевом направлении корпуса переводником 20, имеющем резьбу 21 для его соединения с обсадной трубой 1. На нижней части 12 вала выполнена резьба 22 для завинчивания в неё башмака-долота 3.

Части приводного узла турбинного привода, такие трубчатая верхняя часть 11 вала, гайка 16, осевая многоступенчатая турбина 14 изготовлены из легкоразбуриваемого материла, твердость которого меньше твердости нижней части 12 вала, которая выполнена из стали. В качестве легкоразбуриваемого материла использован алюминиевый сплав твёрдостью менее 115 HB. Может быть использована пластмасса. Остальные части привода изготовлены из конструкционной стали.

На части 11 вала расположен с возможностью вращения ротор 32 турбины 14 (фиг. 4), а с корпусом 10 неподвижно соединен статор 33 турбины.

Работает привод следующим образом. При спуске колонны обсадных труб до осложнённого участка 7 скважины 6 (фиг. 2) включается подача бурового раствора в турбинный привод 14. Раствор направляется в рабочие полости 9 многоступенчатой турбины 14, в которых энергия бурового раствора преобразуется в механическую энергию вращения частей 11 и 12 вала и башмак-долото 3 прорабатывает осложнённый участок 7 скважины и позволяет опустить колонну обсадных труб до конечного забоя.

После завершения спуска обсадной колонны производятся работы по цементированию скважины, в процессе которого цементный раствор проходит через внутренние полости привода с выходом из отверстий 8 башмака-долота и заполняет затрубное пространство 5 между обсадной колонной труб и стенкой скважины 6.

В процессе работы привода, при спуске обсадной колонны, буровой раствор подаётся через внутреннюю полость 23 переводника 20 (фиг. 1) попадает в осевую многоступенчатую турбину 14 и приводит во вращение часть 11 вала. Вращение с части 11 вала через муфту 13 передаётся на вал 12 и далее передаётся на башмак-долото, который подбуривает и прорабатывает осложнённую часть 7 скважины.

После завершения спуска обсадной колонны цементный раствор подаётся через внутреннюю полость переводника 20 попадает в многоступенчатую турбину 14, затем через радиальные отверстия 24 муфты 13 раствор попадает во внутреннюю полость 25 вала 12 и далее через отверстия 8 башмака-долота 3 раствор попадает в затрубное пространство 5 (фиг. 2).

Если давление прокачки цементного раствора через осевую турбину превысит предельно допустимую величину, то мембрана 26 разорвётся и цементный раствор пойдёт во внутреннюю полость 27 вала 11, минуя осевую турбину. Взамен разрывной мембраны 26 в переводнике 20 могут быть использованы разрывные заглушки 28 (фиг. 1) которые при превышении давления прокачки цементного раствора через турбину откроют боковые проходы в переводнике 20 и цементный раствор пойдёт в затрубное пространство, минуя привод. После процесса цементирования турбинный привод с башмаком-долотом остаются зацементированными в скважине.

После цементирования скважины, указанные части привода из легкоразбуриваемых материалов разбуривают следующим долотом меньшего диаметра при бурении следующего интервала скважины. Бурение скважины следующим долотом позволяет ему свободно проходить через внутренний диаметр стальной части 12 вала и стальной муфты 13. При бурении следующей секции скважины долотом меньшего диаметра, оно свободно проходит через внутреннюю полость 23 переводника 20, полость муфты 13 и полость части 12 вала. Долото меньшего диаметра, разбуривает цементный раствор и расположенные в нем в зацеметированном положении гайку 16, часть 11 вала, многоступенчатую осевую турбину 14 и башмак-долото 3. Далее долото производит бурение следующей секции скважины.

Таким образом, если при спуске обсадных труб встречаются осложнения процесса спуска вследствие неровных стенок скважины, сужения диаметра скважины, осыпания стенок скважины и колонна обсадных труб не доходит до конечного забоя, то в этом случае перед спуском в скважину колонны обсадных труб на нижнюю трубу колонны приворачивают конусную направляющую - вращающийся башмак, имеющий режуще-истирающее элементы и привод его вращения, которые описаны в данном изобретении. Устранение осложнений в скважине существенно сокращает время и трудоемкость строительства нефтяных и газовых скважин включающего такие трудоемкие процессы, как бурение верхней секции скважины, спуск в пробуренную секцию скважины колонны обсадных труб, цементирование затрубного пространства между стенкой скважины и спущенной обсадной колонны цементным раствором, продолжение бурения следующей секции скважины меньшего диаметра, спуск в пробуренную скважину следующей колонны обсадных труб меньшего диаметра и цементирование затрубного пространства между стенкой скважины и спущенной обсадной колонной цементным раствором.

Использование изобретения в строительстве скважин обеспечивает вращение прорабатывающего башмака-долота, подбуривание и проработку осложнённого участка скважины с высокой частотой вращения и низким крутящим моментом. При этом исключаются недопустимый с точки зрения аварийности реактивный крутящий момент, передаваемый на колонну обсадных труб, скачки давления в нагнетательной линии буровых насосов и вибрация. За счёт высокой частоты вращения башмака-долота эффективно передаётся мощность на башмак-долото без больших осевых нагрузок, что снижает вероятность возникновения аварий и, как следствие, путем снижения простоев снижает трудоемкость процесса строительства скважины.

Изобретение относится к устройствам для строительства нефтегазовых скважин, в частности для разбуривания осложнённых участков скважин. Турбинный привод содержит трубчатый неподвижный корпус с расположенными на нем центрирующими элементами, расположенный внутри корпуса приводной узел с валом, турбину, соединенную с приводным узлом и башмаком-долотом, имеющим множество каналов, и средства для подачи цементного раствора в зону цементирования скважины. Части приводного узла и башмак-долото выполнены из легкоразбуриваемого материала, вал приводного узла выполнен из трубчатой верхней части и трубчатой нижней части, части вала соединены полой изнутри муфтой с радиальными в ней отверстиями, турбина расположена на верхней части вала между стенкой этой части вала и трубчатым корпусом. Верхняя часть вала оснащена гайкой с разрывной мембраной, расположенной над торцом верхней части вала. На наружной поверхности верхней части вала выполнены продольные пазы, на внутренней поверхности ротора турбины имеются выступы, расположенные в пазах верхней части вала. Внутри нижней трубчатой части вала выполнена резьба для завинчивания в неё башмака-долота. Из легкоразбуриваемого материла изготовлены такие части приводного узла, как трубчатая верхняя часть вала, гайка и турбина. Средствами для подачи цементного раствора в зону цементирования скважины являются закрытое сверху разрывной мембраной отверстие гайки, полость трубчатой верхней части вала и радиальные отверстия в муфте соединения частей вала. Достигается технический результат - исключение реактивного крутящего момента, передаваемого на колонну обсадных труб, а также сокращение времени строительства скважины при разбуривании осложненных участков скважины. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Турбинный привод башмака-долота для разбуривания осложненного участка скважины, содержащий трубчатый неподвижный корпус с расположенными на нем центрирующими элементами, расположенный внутри корпуса приводной узел с валом, турбину, которая соединена с приводным узлом и башмаком-долотом, имеющим множество каналов, средства для подачи цементного раствора в зону цементирования скважины, причем части приводного узла и башмак-долото выполнены из легкоразбуриваемого материала, отличающийся тем, что вал выполнен из трубчатой верхней части и трубчатой нижней части, части вала соединены полой изнутри муфтой с радиальными в ней отверстиями, турбина расположена на верхней части вала между стенкой этой части вала и трубчатым корпусом, верхняя часть вала оснащена гайкой с разрывной мембраной, расположенной над торцом верхней части вала, на наружной поверхности верхней части вала выполнены продольные пазы, на внутренней поверхности ротора турбины имеются выступы, расположенные в пазах верхней части вала, внутри нижней трубчатой части вала выполнена резьба для завинчивания в неё башмака-долота, причем такие части приводного узла, как трубчатая верхняя часть вала, гайка и турбина, изготовлены из легкоразбуриваемого материла, а средствами для подачи цементного раствора в зону цементирования скважины являются закрытое сверху разрывной мембраной отверстие гайки, полость трубчатой верхней части вала и радиальные отверстия в муфте соединения частей вала.

2. Турбинный привод по п.1, отличающийся тем, что трубчатая верхняя часть вала установлена в радиальной опоре и эта опора и турбина стянуты гайкой в осевом направлении верхней части вала, на нижней части вала установлены многорядный упорно-радиальный подшипник и радиальные опоры, которые муфтой сверху стянуты в осевом направлении нижней части вала, при этом снизу упорно-радиальный подшипник и радиальные опоры стянуты наружной втулкой радиальной опоры, которая установлена в трубчатом корпусе.

3. Турбинный привод по п.1, отличающийся тем, что в качестве легкоразбуриваемого материала использован алюминиевый сплав с твёрдостью менее 115 HB.