Стабилизирующая компоновка для бурения Российский патент 2023 года по МПК E21B7/04 

Изобретение относится к области направленного бурения скважин, а именно к устройствам для стабилизации направления ствола скважины и снижения интенсивности естественного искривления скважин.

В настоящий момент при ведении буровых работ существует проблема подсечения рудного тела в круге допуска кровли пласта по геологическому заданию на больших глубинах. Происходит это по причине отклонения ствола скважины от проектного направления в силу естественного искривления ствола скважины.

В современных условиях разведка и добыча полезных ископаемых ведется на все возрастающих глубинах. В этих условиях сооружаемые скважины достигают значительной протяженности, а к их траектории предъявляются жесткие требования по соблюдению проектного направления ствола скважины, что в условиях бурения анизотропных горных пород представляется серьезной проблемой.

Аналогом заявляемого технического решения является известная буровая компоновка для бурения, содержащая долото, центратор, трубу со смещенным центром масс поперечного сечения, центрирующие элементы, гидроударник ГВ (Современные технологии бурения на твердые полезные ископаемые: учебник / В.В. Нескоромных, М.С. Попова, П.Г. Петенев [и др.]. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2020. - 340 с. Стр 106).

Недостатком данного технического решения является его низкая эффективность в сочетании с колонковым бурением, а также то, что динамическая стабилизация данной компоновки происходит только от действия работы трубы со смещенным центром масс поперечного сечения, что недостаточно для эффективной стабилизации ствола скважины в процессе бурения.

Известна полезная модель (RU №163419, Е21В 17/00. Заяв. 23.01.2016. Опубл. 20.07.16) содержащая металлический корпус, выполненный с поперечным сечением в форме кольца с двумя удаленными сегментами, расположенными своими осями относительно друг друга с образование плоских продольных участков наружной поверхности трубы, при этом удаленные сегменты образующие плоские продольные участки расположены по длине корпуса трубы, при этом оставляя нетронутым центральный участок корпуса трубы.

Однако, не достигается эффективность бурения.

За прототип предлагаемого изобретения принята алмазная коронка (RU №171734, Е21В 10/48. Заяв. 09.01.2017. Опубл. 13.06.2017.) содержащая корпус с резьбой, промывочные каналы одинаковой площади поперечного сечения и матрицу с алмазосодержащими секторами трех геометрических форм в виде сегментов кольца - стандартной, большой и малой, при этом большие и малые алмазосодержащие секторы расположены поочередно в торце матрицы, что обеспечивает эксцентриситет режущей части ее торца.

Недостатком прототипа является придание стабильного вида движения вокруг оси скважины только части бурильной компоновки в месте установки этого технического устройства.

Задачей данного изобретения является повышение стабилизирующей способности буровой компоновки

Достигается это тем, что стабилизирующая компоновка для бурения, содержащая алмазную коронку с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, бурильную трубу со смещенным центром масс поперечного сечения, согласно изобретению, алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильная труба со смещенным центром масс поперечного сечения расположены в составе компоновки таким образом, чтобы половина торца матрицы алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы с меньшей площадью алмазосодержащей матрицы была размещена своим геометрическим центром на 180° по отношению к геометрическому центру между удаленными сегментами вдоль корпуса бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения.

Данное техническое решение обусловлено экспериментальными данными полученными на предприятии ОАО «Красноярск геология» при бурении алмазными коронками с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, так и бурильными трубами со смещенным центром масс поперечного сечения, а также стендовыми исследованиями выполненных на кафедре технологии и техники разведки Сибирского федерального университета которые позволили сделать вывод о направлении действия стабилизирующих сил в процессе бурения как алмазной коронкой с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, так и бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения.

Анализ результатов экспериментов и стендовых исследований полученных при испытании алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения показал, что место контакта таких труб со стенкой скважины наблюдается со стороны удаленных сегментов корпуса трубы со смещением в сторону вращения.

Так как стабилизирующий эффект зависит, во многом, от вида движения буровой компоновки и породоразрушающего инструмента, о характере этого движения можно судить по износу поверхности различных элементов буровой компоновки.

Аналогичные эксперименты износа боковой поверхности были проведены и с алмазной коронкой с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, которые показали, что место контакта матрицы и корпуса алмазной коронки со стенкой скважины наблюдаются со стороны половины торца матрицы алмазной коронки, имеющей меньшую площадь.

Анализируя данные, характеризующие принцип работы бурильных труб со смещенным центром масс поперечного сечения и алмазных коронок с эксцентриситетом режущей части торца матрицы в скважине, сопоставив результаты изучения закономерностей износа таких компоновок, можно сделать вывод о том, что максимальный эффект стабилизации направления скважины даст их совместная установка с синхронизацией мест прижатия в составе одной компоновки.

Изобретение иллюстрируется на фиг. 1-2. Фиг. 1 - общий вид стабилизирующей компоновки. Фиг. 2 - разрез по А-А Фиг. 1, показывающий ориентирование алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы относительно бурильной трубы со смещенным центром масс поперечного сечения в составе компоновки.

Буровая компоновка состоит из алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы 1, центратора 2, бурильной трубы 3 со смещенным центром масс поперечного сечения. Алмазосодержащая матрица, делится в торце коронки на половину торца с меньшей площадью алмазосодержащей матрицы 4 и на половину с большей площадью матрицы 5, при этом алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы содержит промывочные окна 7. Бурильная труба 3 со смещенным центром масс поперечного сечения содержит два удаленных сегмента 6, при этом удаленные сегменты образующие плоские продольные участки расположены по длине корпуса трубы оставляя нетронутым центральный участок корпуса трубы. Половина торца матрицы алмазной коронки с меньшей площадью 4 имеет геометрический центр 8. Удаленные сегменты 6 имеют геометрический центр 9.

Буровая компоновка в процессе бурения воспринимает осевое усилие и крутящий момент от колонны бурильных труб. Центратор 2 в процессе бурения поддерживает диаметр скважины и центрирует буровую компоновку в скважине. В процессе вращения бурильная труба 3 со смещенным центром масс поперечного сечения за счет удаленных сегментов 6, создает условия для вращения колонны вокруг оси скважины за счет действия центробежных сил действующих на компоновку. Одновременно с этим, алмазная коронка 1 с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, который создается за счет того, что матрица делится на половину торца с меньшей площадью алмазосодержащей матрицы 4 и на половину с большей площадью алмазосодержащей матрицей 5, прижимается к стенке скважины своей наружной поверхностью, что приводит к равномерному фрезерованию стенки скважины и снижает интенсивность набора кривизны скважины. При этом алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы 1 совместно с бурильной трубой со смещенным центром масс поперечного сечения 3 в составе компоновки ориентированы друг относительно друга таким образом, что половина торца матрицы алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы с меньшей площадью размещена своим геометрическим центром 8 на 180° по отношению к геометрическому центру 9 удаленных сегментов 6. (Фиг. 2). Таким образом, область прижатия компоновки со стороны алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы 1 и бурильной трубой со смещенным центром масс поперечного сечения 3 будут совпадать по направлению и приводить всю нижнюю часть компоновки в режим вращения вокруг оси скважины с максимальной стабилизирующей способностью при равномерном фрезеровании стенки скважины по периметру.

Вышеописанные действия обеспечивают синхронную работу двух стабилизирующих устройств в составе одной компоновки и помогут увеличить стабилизирующий эффект каждой из них.

Данное техническое решение, позволит максимально снизить интенсивность естественного искривления при бурении скважин в анизотропных горных породах, разрезах с чередованием горных пород по твердости, в скважинах с пересечением пластов геологического задания, и в целом снизит затраты на проведение буровых работ.

Изобретение относится к области направленного бурения скважин, а именно к устройствам для стабилизации направления ствола скважины и снижения интенсивности естественного искривления скважин. Стабилизирующая компоновка для бурения содержит алмазную коронку с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильную трубу со смещенным центром масс поперечного сечения, содержащую удаленные сегменты. Алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильная труба со смещенным центром масс поперечного сечения расположены в составе компоновки таким образом, что половина торца матрицы алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы с меньшей площадью размещена своим геометрическим центром на 180° по отношению к геометрическому центру удаленных сегментов. Обеспечивается повышение стабилизирующей способности буровой компоновки. 2 ил.

Стабилизирующая компоновка для бурения, содержащая алмазную коронку с эксцентриситетом режущей части торца матрицы, бурильную трубу со смещенным центром масс поперечного сечения, содержащую удаленные сегменты, отличающаяся тем, что алмазная коронка с эксцентриситетом режущей части торца матрицы и бурильная труба со смещенным центром масс поперечного сечения расположены в составе компоновки таким образом, что половина торца матрицы алмазной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы с меньшей площадью размещена своим геометрическим центром на 180° по отношению к геометрическому центру удаленных сегментов.