Устройство для формования защитной трубы в процессе бурения скважины Российский патент 2023 года по МПК E21B7/20 E21B33/10 

Изобретение относится к области бурения в частности к устройствам для формирования обсадных труб, уплотнении и изоляции (тампонажу) буровых скважин, формирования непроницаемого покрытия на стенке скважины.

Известен способ и устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины (патент US 3935910, МПК Е21В 7/00), содержащий буровой инструмент, двигатель для его вращения, экран, формирователь трубы с формирователем внутренней поверхности скважины, снабженные устройствами ускорения фиксации с нагревательными элементами и зоной впрыска, подающие контуры для подачи жидкого формовочного материала для создания трубы и внутренней поверхности скважины, гибкий рукав с контурами для циркуляции бурового раствора, каналами для подачи жидких компонентов формовочных материалов и линии энергоснабжения двигателя, клапаны, управляющие подачей компонентов в перемешиватели и клапаны 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.

К недостаткам такого устройства можно отнести комплекс технологического оборудования, размещаемого в скважине, выполняющий большое количество операций по обеспечению приготовления из жидких формовочных материалов смеси для создания трубы<: внутренней поверхностью скважины, что усложняет процесс создания стенок скважины. Также устройство не имеет возможности армирования жидкого формовочного материала для создания трубы и внутренней поверхности скважины.

Известно устройство для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины (патент RU 2762274, МПК Е21В 7/20, Е21В 33/10), взятое за прототип, содержащее буровой инструмент, двигатель для вращения бурового инструмента, механизм перемещения, гибкий рукав с контурами для подачи жидких компонентов формовочного материала, подвода бурового раствора и линией энергоснабжения, блок формирования защитной трубы, представляющий собой сборку вращающихся ступеней для подачи разных жидких компонентов формовочного материала, оснащенного двигателем для его вращения и экран с зоной отвода загрязненного бурового раствора.

К недостаткам такого устройства можно отнести сложность организации тандем ной работы поступательного движения бурового инструмента и механизма перемещения с блоком формирования защитной трубы, при возможной скачкообразности продвижения бурового инструмента в разной структуре пород земной коры. Для равномерного нанесения слоев формовочного материала на стенки скважины необходима сложная система взаимодействия поступательного продвижения бурового инструмента с помощью его механизма перемещения и двигателя, обеспечивающего необходимую скорость вращения блока формирования защитной трубы с продолжительно стабильным его поступательным продвижением по скважине при образовании слоев покрытия стенок скважины.

Таким образом блок формирования защитной трубы со способностью подавать, при его вращении, один жидкий компонент формовочного материала на стенку скважины в образованной камере второго жидкого компонента формовочного материала, где происходит моментальное смешение и отверждение за несколько секунд, может не обеспечить однородность структуры формирующихся слоев покрытия стенок скважины при ступенчатом продвижении устройства, для формования защитной трубы, одновременно с бурением скважины.

Также двигатель, обеспечивающий вращение блока формирования защитной трубы в камере второго жидкого компонента формовочного материала будет испытывать высокие нагрузки из-за вязкости данного компонента. Дополнительно в камере второго жидкого компонента формовочного материала при вращении блока формирования защитной трубы с соплами, может возникать турбулентность, что может повлечь срыв слоя покрытия на стенки скважины, тем самым, также создать не однородность структуры формирующихся слоев покрытия стенок скважины, что может в последствии повлиять на разрушение сформированной, данным устройством, обсадной колонны.

Также после проведения работ с помощью устройства для формования защитной трубы одновременно с бурением скважины и его передислокации необходима промывка каналов гибкого рукава с контурами для подачи жидких компонентов формовочного материала на месте бурения, что может повлиять на экосистему района бурения.

Задачей предлагаемого изобретения является достижение нового технического результата - упрощении компоновочных решений и повышение эффективности формования защитной трубы в процессе бурения скважины за счет: получения однородной структуры слоев покрытия стенок скважин при возможном скачкообразном поступательном движении бурового инструмента с механизмом перемещения; исключении сложных вращательных механизмов блока формирования защитной трубы. Также устройство повысит уровень безопасности при его эксплуатации, за счет замены жидких формовочных смесей на твердые, тем самым исключения промывки каналов подачи жидких формовочных смесей гибкого рукава, а также исключение цистерн с жидкими компонентами формовочных смесей в зоне бурения, будет способствовать сохранению экосистемы района бурения.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для формования защитной трубы в процессе бурения скважины, содержит буровой инструмент, расширитель, редуктор, двигатель для вращения бурового инструмента, механизм перемещения, гибкий рукав с контуром подачи бурового раствора, каналами подачи компонентов формовочного материала с линией энергоснабжения. Блок формирования защитной трубы выполнен в виде отдельных модулей формирования защитной трубы для подачи твердого формовочного материала, причем каждый из модулей формирования защитной трубы снабжен защитным экраном, по меньшей мере одним блоком размягчения твердого формовочного материала, ровнителем формовочного материала с зоной приема размягченного твердого формовочного материала и блоком фиксации формовочного материала. Гибкий рукав снабжен транзитным устройством, содержащим по меньшей мере один блок приводов подачи твердого формовочного материала в каналы подачи компонентов формовочного материала, также гибкий рукав снабжен по меньшей мере одним контуром наддува защитного экрана и ровнителя формовочного материала.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 - показан общий вид устройства для формования защитной трубы в процессе бурения скважины;

на фиг. 2 - показано транзитное устройство, снабженное блоками приводов подачи твердого формовочного материала в каналы подачи компонентов формовочного материала;

на фиг. 3 - показан фрагмент гибкого рукава с контуром подачи бурового раствора, каналами подачи компонентов формовочного материала, линией энергоснабжения, и по меньшей мере одним контуром наддува защитного экрана и ровнителя формовочного материала;

на фиг. 4 - показан модуль формирования защитной трубы, первый;

на фиг. 5 - показано продольное сечение модуля формирования защитной трубы, обеспечивающего формование слоев защитной трубы в скважине, со схемой движения формовочного материала. На фиг. 5 показано нанесение третьего слоя защитной трубы, первый и второй слои показаны уже нанесенными на стенки скважины;

на фиг. 6 - показано поперечное сечение модуля формирования защитной трубы, с блоками размягчения твердого формовочного материала размещенными вокруг оси устройства, также представлена схема размещения каналов в гибком рукаве.

Устройство для формования защитной трубы в процессе бурения скважины (фиг. 1) состоит из бурового инструмента 1, расширителя 2, редуктора 3 двигателя 4 для вращения бурового инструмента 1, механизма перемещения 5, отдельных модулей формирования защитной трубы 6 (фиг. 1, 4, 5, 6), снабженных защитным экраном 7, по меньшей мере одним блоком размягчения 8 твердого формовочного материала 9, ровнителем формовочного материала 10 с зоной приема 11 размягченного твердого формовочного материала 9 (фиг. 4, 5) и блоком фиксации формовочного материала 12, гибкого рукава 13 (фиг. 3), снабженного транзитным устройством 14 (фиг. 2), в свою очередь содержащего по меньшей мере один блок приводов подачи 15 твердого формовочного материала 9 в каналы подачи компонентов формовочного материала 16, также гибкий рукав 13 снабжен, контуром подачи бурового раствора 17, каналами подачи компонентов формовочного материала 16 с линией энергоснабжения 18 и по меньшей мере одним контуром наддува 19 защитного экрана 7 и ровнителя формовочного материала 10 (фиг. 3, 6).

Работа устройства для формования защитной трубы в процессе бурения скважины происходит следующим образом:

Бурение скважины осуществляется буровым инструментом 1, расширителем 2 с редуктором 3 вращение которому придает двигатель 4. Движение буровому инструменту 1 придает механизм перемещения 5 по скважине (фиг. 1).

По мере продвижения бурового инструмента 1 с расширителем 2 при помощи механизма перемещения 5 по скважине, следуют отдельные модули формования защитной трубы 6, при этом последовательно:

Осуществляется подача твердого формовочного материала 9 транзитным устройством 14, при помощи блоков приводов подачи 15 по каналам подачи компонентов формовочного материала 16 (фиг. 2) гибкого рукава 13 (фиг. 3) к блоку размягчения 8 твердого формовочного материала 9 (фиг. 4, 5);

В блоке размягчения 8, происходит, нагрев методом индукции, и размягчение твердого формовочного материала 9 (фиг. 5) который под давлением от подачи транзитным устройством 14 заполняет зону приема 11, размягченного твердого формовочного материала 9 между защитным экраном 7, ровнителем формовочного материала 10, а также стенкой скважины с одновременным вдавливанием формовочного материала в стенки скважины (фиг. 4). Для равномерного заполнения зоны приема 11 размягченным твердым формовочным материалом 9 модули формирования защитной трубы 6 снабжены, по меньшей мере одним блоком размягчения твердого формовочного материала размещенными вокруг оси устройства (фиг. 6).

В свою очередь защитные экраны 7 и ровнители формовочного материала 10, посредством контуров наддува 19 увеличивают свои диаметры. Таким образом защитные экраны 7 при увеличении своего диаметра блокируют доступ внешних сред в скважине, а ровнители формовочного материала 10, в каждом модуле формования защитной трубы 6, образуют внутренний диаметр (стенки) защитной трубы (фиг. 3, 4).

Ровнитель формовочного материала 10, по мере продвижения модуля формования защитной трубы 6 в процессе бурения скважины, формирует внутреннюю стенку скважины, первый слой, из размягченного твердого формовочного материала 9 (фиг. 4). По мере прохождения ровнителя формовочного материала 10 происходит отверждение формовочного материала за счет его остывания с окончательной фиксацией формовочного материала под воздействием блока фиксации формовочного материала 12, где фиксация формовочного материала осуществляется посредством ультрафиолетового облучения (фиг. 4).

В процессе формования защитной трубы, отдельные модули формирования защитной трубы 6 (фиг. 1), формируют первый, второй, третий слои защитной трубы (фиг. 5), где, например, в качестве первого слоя формовочного материала использован твердый формовочный материал 9, полимер с присадками обеспечивающими адгезионные свойства формовочного материала при вдавливании в стенки скважины. А, для обеспечения свойства размягчения твердого формовочного материала 9 посредством нагрева блоком размягчения 8 для формирования первого, второго, третьего слоев защитной трубы, твердый формовочный материал 9 содержит, например, ферромагнитные частицы.

После формирования первого слоя стенки скважины, аналогично осуществляют нанесение второго слоя стенки скважины последующим модулем формирования защитной трубы 6, где, например, в качестве второго слоя формовочного материала применен полимер с присадками обеспечивающими армирующие свойства стенке скважины.

Далее аналогично происходит формирование третьего слоя стенки скважины следующим модулем формирования защитной трубы 6, (фиг. 5) где, например, в качестве третьего слоя формовочного материала применен полимер с присадками обеспечивающими прочностные свойства стенке скважины или другие свойства требуемые при проектировании скважины.

При необходимости устройство для формования защитной трубы в процессе бурения скважины может быть снабжено необходимым количеством модулей формирования защитной трубы 6, для создания разного количества слоев стенок скважины с различными прочностными и физическими свойствами в зависимости от требований к свойствам стенок скважины в соответствии с проектом на бурение скважины в разных регионах с отличительной структурой недр земной коры.

Таким образом модули формирования защитной трубы 6 по мере продвижения устройства для формования защитной трубы в процессе бурения скважины формируют стенки скважины.

При окончании строительства скважины или в случае замены бурового инструмента устройство для формования защитной трубы в процессе бурения скважины работает следующим образом. В модули формирования защитной трубы 6 прекращают подачу твердого формовочного материала 9. Защитный экраны 7 формирующие зоны приема 11, размягченного твердого формовочного материала 9 с ровнителями формовочного материала 10 и стенкой скважины, посредством, их наддува вытесняют остатки размягченного формовочного материала на стенки скважины при небольшом продвижении вперед по скважине модулей формирования защитной трубы 6 в составе устройства для формования защитной трубы в процессе бурения скважины.

Далее буровой инструмент 1, расширитель 2, механизм перемещения 5, переводят в транспортное положение, защитные экраны 7 и ровнители формовочного материала 10 уменьшают свои диаметры, сдувом, посредством контуров наддува 19 до диаметров меньших внутреннего диаметра сформированной защитный трубы в скважине.

После чего производят подъем и извлечение устройства для формования защитной трубы в процессе бурения скважины из скважины.

Предполагаемое изобретение позволит достичь упрощение компоновочных решений и повышение эффективности формирования защитной трубы в процессе бурения скважины за счет: получения однородной структуры слоев покрытия стенок скважин при возможном скачкообразном поступательном движении бурового инструмента с механизмом перемещения; исключении сложных вращательных механизмов блока формирования защитной трубы. Также устройство повысит уровень безопасности при его эксплуатации, за счет замены жидких формовочных смесей на твердые, тем самым исключения промывки каналов подачи жидких формовочных смесей гибкого рукава, а также исключение цистерн с жидкими компонентами формовочных смесей в зоне бурения, будет способствовать сохранению экосистемы района бурения.

Изобретение относится к области бурения, в частности к устройствам для формирования обсадных труб, уплотнения и изоляции буровых скважин, формирования непроницаемого покрытия на стенке скважины. Устройство для формования защитной трубы в процессе бурения скважины содержит буровой инструмент, расширитель, редуктор, двигатель для вращения бурового инструмента, механизм перемещения, гибкий рукав с контуром подачи бурового раствора, каналами подачи компонентов формовочного материала и с линией энергоснабжения, блок формирования защитной трубы. Блок формирования защитной трубы выполнен в виде отдельных модулей формирования защитной трубы для подачи твердого формовочного материала. Каждый из модулей формирования защитной трубы снабжен защитным экраном, по меньшей мере одним блоком размягчения твердого формовочного материала, ровнителем формовочного материала с зоной приема размягченного твердого формовочного материала и блоком фиксации формовочного материала. Гибкий рукав снабжен транзитным устройством, по меньшей мере одним контуром наддува защитного экрана и ровнителя формовочного материала. Транзитное устройство содержит по меньшей мере один блок приводов подачи твердого формовочного материала в каналы подачи компонентов формовочного материала. Обеспечивается упрощение компоновочных решений, повышение эффективности формования защитной трубы в процессе бурения скважины, а также повышение уровня безопасности при его эксплуатации. 6 ил.

Устройство для формования защитной трубы в процессе бурения скважины, содержащее буровой инструмент, расширитель, редуктор, двигатель для вращения бурового инструмента, механизм перемещения, гибкий рукав с контуром подачи бурового раствора, каналами подачи компонентов формовочного материала и с линией энергоснабжения, блок формирования защитной трубы, отличающееся тем, что блок формирования защитной трубы выполнен в виде отдельных модулей формирования защитной трубы для подачи твердого формовочного материала, причем каждый из модулей формирования защитной трубы снабжен защитным экраном, по меньшей мере одним блоком размягчения твердого формовочного материала, ровнителем формовочного материала с зоной приема размягченного твердого формовочного материала и блоком фиксации формовочного материала, а гибкий рукав снабжен транзитным устройством, содержащим по меньшей мере один блок приводов подачи твердого формовочного материала в каналы подачи компонентов формовочного материала, по меньшей мере одним контуром наддува защитного экрана и ровнителя формовочного материала.