Башмак колонный Российский патент 2024 года по МПК E21B7/20 E21B17/14 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для спуска обсадной колонны в ствол скважины в процессе ее строительства для прохождения участков сужения.

Известен башмак обсадной колонны, включающий полый цилиндрический корпус (Соловьев Е.М., Заканчивание скважин. М., Недра, 1979, с.171), имеющий в верхней части присоединительную резьбу для соединения с обсадной колонной и жестко связанную с корпусом направляющую пробку с осевым каналом со сквозными осевыми пазами и конической нижней частью. Наличие конической нижней части предполагает свободное прохождение в стволе.

К недостаткам известного устройства следует отнести вероятность недоспуска обсадной колонны до проектной глубины в осложненном (имеющем интервалы перегибов, уступы, желоба и др.) стволе скважины, так как при упоре в уступ колонна за счет своего веса просто внедрится в него.

Известен колонный башмак (Булатов А.И. и др., Справочник инженера по бурению, т. 3, Москва, Недра, 1995, с. 128-129), включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части - внутренние кольцевые канавки и неразъемную направляющую насадку с осевыми отверстиями, сформированную из бетона.

Недостатком известного устройства является то, что при спуске колонны, особенно в наклонно-направленные и горизонтальные участки скважин, такой башмак от периодических жестких ударов о стенки ствола скважины, открытого или обсаженного, осевых или радиальных нагрузок быстро разрушается, что приводит к серьезным осложнениям и дополнительным затратам по их устранению. При этом устройство имеет ограниченные резервы по обеспечению спуска колонны до проектной глубины.

Известен колонный башмак (Патент RU № 97764, МПК Е21В 17/14, опубл. 20.09.2010, бюл. № 26), включающий полый корпус, в верхней части которого выполнена муфтовая резьба обсадных труб, а в нижней части последовательно сверху вниз выполнены кольцевые канавки, радиальные отверстия и сформированная из литьевого полимера направляющая насадка.

Недостатком этого устройства являются ограниченные возможности его применения. В наклонно-направленных скважинах, особенно в скважинах с интенсивным набором кривизны, перед башмаком непременно образуется «сальник», требующий значительного времени для его удаления, например, размыва, которое допустимо не для всех геологических условий, в которых пробурена скважина.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является башмак для обсадной колонны (Патент RU № 2751937, МПК Е21В 17/14, опубл. 21.07.2021, бюл. № 21), включающий полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и углублением в нижней части корпуса, имеющий с наружной стороны нижней части полого цилиндрического корпуса по периметру как минимум два цилиндрических штифта, при этом нижняя часть полого цилиндрического корпуса оснащена полым эксцентричным наконечником, имеющим на поверхности сквозные продольные винтовые пазы с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса, причем с внутренней стороны полого эксцентричного наконечника выполнено углубление c возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия одного конца рабочей пружины с полым эксцентричным наконечником, а углубление в нижней части полого цилиндрического корпуса выполнено с внутренней стороны корпуса с возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия другого конца рабочей пружины с полым цилиндрическим корпусом.

Однако указанный башмак имеет ряд недостатков:

- наличие эксцентричного наконечника не дает возможности прохождения в сужениях пробуренного ствола скважины;

- гладкий наконечник не имеет возможности прохождения интервалов сужения в режиме проработки.

Техническими задачами являются повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в стволе скважины с наличием интервалов сужения и осыпи слабых пород, а также повышение эффективности работы.

Технические задачи решаются башмаком колонным, включающим полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и углублением в нижней части полого цилиндрического корпуса, имеющий с наружной стороны нижней части полого цилиндрического корпуса по периметру как минимум два цилиндрических штифта, при этом нижняя часть полого цилиндрического корпуса имеет на поверхности сквозные продольные винтовые пазы с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса.

Новым является то, что полый цилиндрический корпус оснащен проходным каналом, а нижняя часть полого цилиндрического корпуса оснащена полым наконечником с как минимум двумя равномерно расположенными по периметру боковыми промывочными отверстиями, суммарная площадь которых не менее 90 % площади внутреннего сечения обсадной колонны, и как минимум четырьмя зубьями из твердосплавного материала, размещенными по торцевой части полого наконечника, причем с внутренней стороны полого наконечника с зубьями выполнено углубление c возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия одного конца рабочей пружины с полым наконечником, а углубление в нижней части полого цилиндрического корпуса выполнено с внутренней стороны корпуса с возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия другого конца рабочей пружины с полым цилиндрическим корпусом.

На фиг.1 показан торец башмака, на фиг.2 показан общий вид башмака в разрезе, на фиг. 3 - общий вид нижней части полого цилиндрического корпуса с наконечником.

Башмак колонный состоит из полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 2), в верхней части которого выполнена присоединительная резьба для соединения с обсадной колонной (на фиг. 1-3 не показаны), полый цилиндрический корпус 1 (фиг. 2) оснащен внутренним проходным каналом 2 (создающим гидромониторный эффект для наиболее лучшего удаления шлама), при этом в нижней части полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 2) выполнено углубление 3.

С наружной стороны нижней части полого цилиндрического корпуса 1 по периметру равномерно установлено как минимум два цилиндрических штифта 4, например, посредством резьбового соединения или сварки. При этом нижняя часть полого цилиндрического корпуса 1 (фиг. 2, 3) оснащена полым наконечником 5 (фиг. 2) с как минимум двумя равномерно расположенными по периметру боковыми промывочными отверстиями 6, суммарная площадь которых не менее 90 % площади внутреннего сечения обсадной колонны, и как минимум четырьмя зубьями 7 (фиг. 1) из твердосплавного материала (например: победит), размещенными по торцевой части полого наконечника 5 (фиг. 2), имеющим на поверхности сквозные продольные винтовые пазы 8 с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами 4 полого цилиндрического корпуса 1 во избежание заклинивания при вращении (количество цилиндрических штифтов 4 и сквозных продольных винтовых пазов 8 соответствует). Как минимум два боковых промывочных отверстия 6 обеспечивают полноценную промывку разрушенной породы и являются достаточным при условии, что суммарная площадь отверстий не будет менее 90 % площади внутреннего сечения обсадной колонны. Как минимум четыре зубья 7 из твердосплавного материала обеспечивают разрушение сужений, тем самым гарантируя надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины. При сборке башмака расположение цилиндрических штифтов 4 на полом цилиндрическом корпусе 1 и сквозных продольных винтовых пазов 8 на полом наконечнике 5 совпадает, цилиндрические штифты 4 проходят через сквозные продольные винтовые пазы 8, таким образом фиксируя полый наконечник 5 с зубьями 7.

С внутренней стороны полого наконечника 5 с зубьями 7 выполнено углубление 9 c возможностью установки рабочей пружины 10 и взаимодействия одного конца рабочей пружины 10 с полым наконечником 5. Таким образом рабочая пружина 10 упирается одним концом в полый наконечник 5. А углубление 3 в нижней части полого цилиндрического корпуса 1 выполнено с внутренней стороны корпуса 1 с возможностью установки рабочей пружины 10 и взаимодействия (упора) другого конца рабочей пружины 10 с полым цилиндрическим корпусом 1.

Башмак колонный работает следующим образом.

Собирают башмак колонный в следующем порядке. Внутрь полого цилиндрического корпуса 1 устанавливают рабочую пружину 10 с упором в углубление 3. Затем на нижнюю часть полого цилиндрического корпуса 1 надевают полый наконечник 5 с зубьями 7 с закреплением его через сквозные продольные винтовые пазы 8 цилиндрическими штифтами 4, которые посредством резьбового соединения или сварки установлены на полый цилиндрический корпус 1. При этом рабочая пружина 10, упираясь в углубления 3 и 9 внутри полого цилиндрического корпуса 1 и полого наконечника 5 с зубьями 7 соответственно, немного сжимается.

Нижний конец обсадной колонны перед ее спуском в ствол скважины оборудуют башмаком колонным (фиг. 2). При прохождении осложненной части ствола, имеющей сужения или осыпи, агрессивное исполнение полого наконечника 5 с зубьями 7 (фиг. 1) обеспечивает прохождение с проработкой. Если же в процессе спуска агрессивная часть башмака колонны упирается в сужение или место обвала породы, то под весом колонны труб полый наконечник 5 (фиг. 2) с зубьями 7 сжимается благодаря рабочей пружине 10 и при этом проворачивается вокруг своей оси по сквозным продольным винтовым пазам 8. Тем самым полый наконечник 5 с зубьями 7 при вращении разрушает любое препятствие, встречаемое в стволе скважины перед колонной. После проведения манипуляций с проворотом при разгрузке колонны, внутрь обсадной колонны подается буровой раствор, который проходя через суженный канал 2 (образующий гидромониторный эффект) корпуса 1 под большим напором промывает разрушенную породу через боковые отверстия 6 полого наконечника 5 с зубьями 7.

При этом ствол скважины калибруется в номинальный размер.

После прохождения места сужения или осыпи подвижный полый наконечник 5 с зубьями 7 возвращается в исходное положение за счет установленной внутри нее рабочей пружины, и геометрия башмака принимает начальный транспортный вид. Таким образом предлагаемая конструкция башмака имеет возможность вращения вокруг своей оси, с одновременным эффектом проработки и последующей промывки разрушенной породы, расширяется область применения башмака, т.е. применение его на участках, имеющих сужения или осыпи. Это способствует повышению эффективности работы.

Пример практического применения.

Пробурили скважину долотом диаметром 143 мм глубиной 1800 м. Перед началом спуска обсадной колонны диаметром 114х7,0 мм на скважину завезли заранее собранный башмак колонный в комплекте с установленной внутрь корпуса рабочей пружиной и навернутым полым прорабатывающим наконечником с четырьмя твердосплавными зубьями и двумя боковыми отверстиями, суммарная площадь которых составила 90 % от площади сечения внутри трубы (общая площадь S боковых отверстий -7065 мм², при этом S сечения колонны – 7850 мм²), с закреплением его через сквозные продольные винтовые пазы двумя цилиндрическими штифтами, установленными на полый цилиндрический корпус посредством сварки.

Перед спуском в ствол скважины навернули на низ обсадной колонны башмак колонный. В процессе спуска обсадной колонны при прохождении интервала кыновских глин на глубине 1750 м на устьевых приборах получили снижение веса колонны на 1 т и прекращение заколонной циркуляции, что говорит о наличии сужения либо перекрытия ствола скважины обвальными породами кыновского горизонта. Для ликвидации инцидента, разгрузили обсадную колонну еще на 3 т, при этом агрессивная часть башмака колонны уперлась в место обвала породы, и под весом колонны труб полый наконечник с зубьями сжался благодаря рабочей пружине и провернулся вокруг своей оси по сквозным продольным винтовым пазам. Тем самым при вращении полый наконечник с зубьями разрушил встреченное перед колонной препятствие в стволе скважины. Одновременно в этот момент внутрь обсадной колонны подали буровой раствор под давлением, для промывки разрушенной породы на устье. Суженный канал внутри корпуса башмака создал гидромониторный эффект и в результате получили провал колонны с наличием полной циркуляции бурового раствора на устье.

Таким образом произвели успешный спуск обсадной колонны до проектной глубины 1800 м с прохождением проблемного участка с обрушением кыновских глин. Далее согласно принятой технологии произвели цементирование обсадной колонный в скважине в штатном режиме.

Применение предлагаемого башмака колонного позволяет повысить надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, в том числе и при наличии осыпей в интервалах сужений. Конструкция башмака проста в изготовлении, позволяет повысить эффективность работы.

Изобретение относится к горной промышленности. Башмак колонный включает полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и углублением в нижней части полого цилиндрического корпуса. Башмак колонный имеет с наружной стороны нижней части полого цилиндрического корпуса по периметру как минимум два цилиндрических штифта, а также сквозные продольные винтовые пазы с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса. Нижняя часть полого цилиндрического корпуса оснащена полым наконечником с как минимум двумя равномерно расположенными по периметру боковыми промывочными отверстиями и как минимум четырьмя зубьями из твердосплавного материала. Причем с внутренней стороны полого наконечника с зубьями выполнено углубление c возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия одного конца рабочей пружины с полым наконечником. Углубление в нижней части полого цилиндрического корпуса выполнено с внутренней стороны корпуса с возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия другого конца рабочей пружины с полым цилиндрическим корпусом. Обеспечивается повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в стволе скважины с наличием интервалов сужения и осыпи слабых пород, а также повышение эффективности работы. 3 ил.

Башмак колонный, включающий полый цилиндрический корпус с присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной и углублением в нижней части полого цилиндрического корпуса, имеющий с наружной стороны нижней части полого цилиндрического корпуса по периметру как минимум два цилиндрических штифта, при этом нижняя часть полого цилиндрического корпуса имеет на поверхности сквозные продольные винтовые пазы с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что полый цилиндрический корпус оснащен проходным каналом, а нижняя часть полого цилиндрического корпуса оснащена полым наконечником с как минимум двумя равномерно расположенными по периметру боковыми промывочными отверстиями, суммарная площадь которых не менее 90% площади внутреннего сечения обсадной колонны, и как минимум четырьмя зубьями из твердосплавного материала, размещенными по торцевой части полого наконечника, причем с внутренней стороны полого наконечника с зубьями выполнено углубление c возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия одного конца рабочей пружины с полым наконечником, а углубление в нижней части полого цилиндрического корпуса выполнено с внутренней стороны корпуса с возможностью установки рабочей пружины и взаимодействия другого конца рабочей пружины с полым цилиндрическим корпусом.