Устройство для бурения восстающих скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B21/00 E21B21/10 

1

Изобретение относится к горному делу, в частности к бурению с промы кой восстающих скважин из подземных горных выработок.

Известны устройства для бурения восстающих дренажных скважин, включающие буровой станок, колонну бурильных труб и породоразрушающий инст-румент Cl,Z

Недостатком данных устройств являются непроизводительные затраты времени на заполнение промывочной жидкостью става труб до начала бурения и излив ее перед наращиванием очередной бурильной трубы.

Известно устройство для бурения восстающих скважин, включакщее вращатель, насос и бурильную колонну с породоразрушающим инструментом, снабженную обратным клапаном.

Устройство позволяет без помех осуществлять процесс углубки скважины и не пропускает пластовые воды в бурильную колонну. Шарик клапана, закрепленного в бурильной трубе близ породоразрущающего инструмента (долота),под действием давления промывочной жидкости , поступающей от насоса, приподнимается и пропускает жидкость к долоту. При падении давления проьашочной жидкости шарик вовращается в исходное положение и, перекрывая отверстие, отсекает столб жидкости вьщ1е клапана 2.

Так как жидкость в колонне удерживается только над клапаном, то для удержания всего столба жидкости потребовалось бы каждую бурильную трубу колонны снабдить известным устройством, что нецелесообразно экономически и ненадежно в эксплуатации. Кроме того, при бурении . фильтровой колонной использование известного устройства вообще неприемлемо, так как после сооружения скважины (установки фильтра) вода из пласта должна двигаться по трубам в обратно направлении, чему будут препятствовать установленные обратные клапаны.

. Г)

Цель изобретения - повыщение проиэвондительности труда путем сокращения времени на наращивание бурильной колонны.

Указанная цель достигается тем, что в. устройстве для бурения восстащих скваяин, включающем вращатель, насос, бурильную колонну с породо1293242

разрушающим инструментом, снабженную обратным клапаном, последняя снабжена самоуплотняющейся манжетой с обратньм клапаном, установленной 5 в полости бурильной колонны с возможностью перемещения, при этом длина уплотняющей чдсти 2 манжеты удовлетворяет зависимости

К/

где D - внутренний диаметр бурильной колонны, Mj cJ - внутренний диаметр манжеты,

Mj

f - коэффициент трения манжеты о

стенки бурильной колонны. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий Вид, с частичньм продольным разрезом; на фиг. 2 манжета с клапаном, продольный разрез на фиг. 3-5 - фазы бурения с помощью предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство включает вращатель 1, установленный с возможностью перемещения на направляющих распорках 2, бзфильную колонну 3, породоразрушающий инструмент (долото) 4, обратный клапан 5, насос 6 и самоуплотняющуюся манжету 1 с клапаном 8, гнездо которого выполняет роль груза определенной массы.

Устройство работает следующим образом.

Вращателем 1 бурильной колонне 3, оснащенной породоразрушающим инструментом 4, сообщается вращательное

и поступательное движение. При этом от насоса 6 по шлангу 9 через вращатель 1 в колонну бурильных труб поступает промьгоочная жидкость 10, которая, омывая забой скважины, уносит по кольцевому зазору 11 отделенные от массива частицы породы. После углубки скважины на длину бурильной трубы процесс бурения прекращают, выключают насос 6. Из бурильной, .колонны 3 изливается жидкость. Затем от колонны труб отсоединяют вращатель 1, который возвращается в исходное положение. К бурильной колонне 3 присоединяют очередную трубу,

с которой соединяют вращатель 1.

От насоса 6 подают промьшочную жидкость. После того, как она заполнит бурильные трубы и выйдет из кольце5

вого зазора П начинают процесс углу углубки скважины.

При наращивании второй или третьей бурильной трубы в нее вставляют подвижную манжету 7 с клапаном 8 и процесс углубки скважины ведут аналогичным способом.

Углубив скважину на длину трубы, подачу промывочной жидкости от насоса 6 прекращают. Шарик 8 в этом случае отсекает столб жидкости, расположенный над ним, а резиновая манжета 7, прижимаясь к внутренней поверхности бурильной трубы гидростатическим давлением, удерживается от выпадения и предотвращает излив жидкости из бурильных труб„ Нарастив очередную бурильную трубу 12, ее заполняют от насоса 6 промывочной жидкостью -10. Открывая клапан 8, она сразу поступит к долоту 4 давая тем самым возможность приступить к бурению (углубке) скважины. В этом случае давление жидкости над и под манжетой 7 выравнивается и подвижная манжета 7 с клапаном 8 под действием силы тяжести груза опускается вниз до вращателя 1-стан.ка, не нарушая нормального хода процесса бурения.

Дальше цикл повторяется. Устройство может выполнить свое назначение (удержать столб воды) лишь при вполне определенных соотношениях параметров, основным изкоторых, является длина манжеты f . Взаимосвязь между параметрами определяется на основе следующих положений.

При закрытом клапане 8 и отсоединенном вращателе 1 столб жидкости 10 будет стремиться вытолкнуть манжету с клапаном 8 из трубы 3 с силой, определяемой по формуле

. .

где F -. площадь манжеты, м ;

Н - напор от столба жидкости над манжетой, MJ

293244

j- - плотность жидкости, кг/м , - ускорение силы тяжести, м/с, D - внутренний диаметр трубы, м. В результате того, что давление 5 жидкости распространяется во все стороны равномерно, манжета 7. окажется прижатой к внутренней полости трубы 3 с усилием равным

где F - площадь прижатия манжеты

к трубе,

d - внутренний диаметр манжеты, м.

Очевидно, что для предотвращения вытеснения из трубы манжеты с клапаном необходимо равенстве) (предельное условие) выталкиванщих сил б и сил трения F между манжетой и трубой, т.е.

fi F,Q,f

(3)

, (4)

где - коэффициент трения материала

манжеты по стали. Решая выражение (4) относительно Е, окончательно получим 2

D

CS)

t7,

4off

Манжета будет перемещаться вниз лишь в том случае, когда ее масса будет больше силы, стремящейся поднять ее вверх.

Использование изобретения позволяет увеличить производительность труда при бурении восстающих скважин вследствие сокращения времени на наращивание бурильной колонны, поскольку нет необходимости затрачивать время на ожидание излива промывочной

жидкости из бурильной колонны при наращивании ее, а также искточается время на ожидание возобновления циркуляции промывочной жидкости, предшествующей процессу бурения.

иг.1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ВОССТАЮТЩ СКВАЖИН, включающее вращатель, насос, бурильную колонну с породоразрушающим инструментом, снабженную обратHbw.клапаном, отличающееся тем, что, с целью . повышения производительности труда путем сокращения времени на Hapanpiвание бурильной колонны, последняя снабжена самоуплотняющейся манжетой с обратным клапаном, установленной в полости бурильной колонны с возможностью перемещения, при длина yплotняющeй части манжеты удовлетворяет зависимости : W где D - внутренний диаметр бурильной колонны, Mj d - внутренний диаметр манжеты. Mi f - коэффициент трения манжеты о стенки бурильной колонны.