Устройство для бурения скважин с одновременной обсадкой Советский патент 1986 года по МПК E21B7/20 

t 1

Изобретение относится к горному елу, а именно к бурению скважин в породах, перекрытых сверху толей рыхлых отложений.

Целью изобретения является повышение производительности бурения путем увеличения скорости выноса частиц шлама за счет уменьшения зоны размыва затрубного пространства обсадной колонны,

На фиг.1 и фиг.2 представлено устройство в двух проекциях, общий вид j на фиг.З - разрез устьевой части устройства; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.З; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.6 и фиг.7 обсадная колонна с продольной прорезью и поперечными надрезами, варианты выполнения.

Устройство для бурения скважин с одновременной обсадкой состоит из буровой колонны 1 (фиг.1 и 2) с закрепленными в ее нижней части забойным двигателем 2, породоразру- шающим инструментом 3 и цеитратором 4. На буровой колонне с помощью хомута 5 закреплена обсадная колон - на 6, в которой выполнена продольная прорезь 7 со скосами 8 в торцовых частях колонны. В прорезь 7 вставлена каретка 9 с разжимными роликами 10 (фиг. 3-5), выполненными из закаленной стали образую- щими в обсадной колонне щель 11 длиной (фиг.2). Разжимные ролики

10 закреплены в каретке 9 с помощью одшипников 12 качения, защищенных т шлама с помощью уплотнений 13 (фиг.З и 4). На внешней части каетки 9 выполнен упор 14,а к нижней ее части закреплены защитные ланки 15 и 16, перекрывающие щель с внешней и внутренней сторон обсадной колонны. Защитные планки усановлены с обеспечением герметиза- ции щели, для чего подпружинены относительно друг друга с помощью пружин 17, надетых на пальцы 18. Для исключения попадания частиц шлама под ролики 10 каретка 9 снабжена уплотнениями 19 и 20. В верхней части каретки закреплен лоток 21 для отвода шлама через стенку колонны. Упор 14 касается верхней торцовой части опорного стакана 22, расположенного на устье скважин. Для снижения деформаций обсадной колонны при ее раскрытии

50637-2

и уменьшения длины щели (фиг.2) в обсадной колонне могут быть выполнены поперечные надрезы 23 (фиг.6), расположенные вдоль про5 дольной прорези 7 и соединенные с ней,Величину раскрытия обсадной колонны, т.е. ширину b щели (фиг.5) и ее длину t (фиг.2), определяют

О из следующих условий: d, b Ь„, NLG, где максимальный диаметр частиц шлама движущегося в кольцевом сечении между обсадной и буровой колоннами, Ьр - ширина щели,

15 соответствующая началу пластических деформаций в буровой колонне, N - усилие на перемещение каретки по обсадной колонне и G - осевая нагрузка на забой. Значения Ь и N

20 определяют экспериментально. Дпя зтого предварительно выбирают отре- зок трубы нужного диаметра D, и длиной около 10 D и разрезают трубу вдоль, например, фрезерованием или

25 с помощью сварочного аппарата,

стремясь при зтом получить возможно большую чистоту поверхности разреза. jПо краям разреза делают скосы 8 (фиг.2). Конструкция каретки пре30 дусматривает установку в ней роликов со смещением (фиг.5) таким образом, чтобы ширина их ряда несколько превышала максимально возможный

размер частиц шлама. I 35 Затем подводят каретку к скосу

8 трубы и, нанося удары по каретке или ее упору 14, загоняют каретку в середину разрезанного участка. При этом определяют длину Р раскрытой

40 части трубы и оценивают усилие N на перемещение каретки. Если после извлечения каретки из трубы ширина прорези осталась прежней (исходной), а усилие N не превысило допустимого

45 значения, то обсадную колонну де-. лают из данного сечения труб. Если в выбранном отрезке труб возникла остаточная деформация, то выбирают другую трубу с меньшей толщиной

50 стенки или большего диаметра. Дополнительной возможностью исключить остаточную деформацию трубы является периодическая поперечная надрез- ка трубы участками 23 вдоль линии

55 основной продольной прорези 7 (фиг.6) или замена металлической трубы на неметаллическую, например полиэтиленовую. Указанные мероприя3

тия позволяют одновременно снизить и усилие для продвижения каретки п трубе. Длину защитных планок 15 и 16 выбирают равной половине длины щели, т.е. Р/2.

Устройство для бурения скважин с одновременной обсадкой собирают и работают с ним следующим образом

Перед началом бурения заготавливают обсадную колонну расчетной , достаточной для перекрытия всей мощности рыхлых отложений, и выполняют в ней продольную прорезь 7 со скосами 8, указанньп способом а если необходимо, дополнительные поперечные надрезы 23 (фиг.2, 6). Закрепляют на буровой колонне забойный гидродвигатель 2 (например, турбобур), породоразрушающий инстрмент 3, центратор 4 и обсадную колонну 6 с помощью хомута,5. При этом породоразрушающий инструмент должен (в данном варианте применения устройства) свободно проходить в обсадной колонне и выступать из нее на некоторую величину.

Далее закрепляют к нижней части каретки 9 уплотнение 20 и защитные планки 15 и 16, подпружиненные и соединенные между собой с помощью пальцев 18.

Подводят каретку 9 к обсадной колонне со стороны породоразрушаю- щего инструмента 3 и забивают ее вначале в скос 8, а затем в прорез трубы упором 14 наружу до тех пор, пока концы защитных планок дойдут до нижнего обреза обсадной колонны

Буровой снаряд вывешивают в вертикальном положении над точкой бурения, подводят под него опорный стакан 22 (фиг.1-3), вставляют в верхнюю часть каретки 9 уплотнение 19, там же закрепляют лоток 21 и приступают к бурению.

Для этого в полость буровой колонны подают под напором рабочую жидкость, которая, пройдя через гидродвигатель 2, приводит во вращение породоразрушающий инструмент

После опускания снаряда на забой начинается углубка скважины в рыхл толще. Реактивный момент от гидродвигателя воспринимается мачтой

5063: 4

станка через верхнюю часть колонны бурильных труб, В начальньп момент углубки снаряда отработанная жид- кость со шламом изливается из-под 5 обслдной колонны. Дальнейшее заглубление снаряда происходит за счет размыва рыхлой толщи и разрушеш1я ее породоразру1пающим инструментом. При этом упор 14 каретки соприка10 сается с торцовой.поверхностью стакана 22 (фиг.З), каретка 9 с защитными планками 15 и 16 удерживается на уровне устья скважины. Ролики (О каретки начинают катиться по

f5 плоскостям прорези 7 обсадной колонны, образуя в ней бегущую щель, которая перемещается по обсадной колонне снизу вверх, оставаясь при этом иа уровне устья скважины.

20 Промывочная жидкость со шламом поступает в кольцевое пространство между обсадной и бурильной колоннами, поднимается до уровня каретки

9и изливается наружу через откры- 5 тую часть щели 11 по лотку 21. Защитные планки 15 и 16 предотвращают попадание и заклинивание частии ишама в часть щели 11, расположенную ниже каретки 9, что обеспечива0 ет CNfbiKaHne щели под действием пил упругости обсадной колонны.

В свою очередь сальниковое уплотнение 19 в верхней части каретки 9 предотвращает попадание и заклини вание чястиц яшлма между роликами

10и плоскостями разреза 7 обсад- Hoi i колонны.

К моменту завершения перекрытия Q всей толщи рыхлых отложений каретка 9 выходит через перхннй скос 8 обсад})ой трубы. а этом бурение временно прекращают. Каретку 9 с лот.- ком 21, защитными штанками 15 и 16, 5 а также хомут 5 снимают. Дальнейшее бурение ведут в устойчивых породах без подъема буровой колонны, наращивая ее по мере необходимости. В этом случае промывочная жидкость Q со шламом под}1имается с забоя вверх по обсадной колонне и изливается, как обычно, через верхнее ее сечение, расположенное несколько выше уровня поверхности грунта.

Ч

ЗГ

(pusi

Григ Z

6-6

10

cfJue.S

.гз

фиг. 6

72

10 J

Редактор М. Недолуженко

Составитель Л. Черепенкина

Техред М.Ходанич Корректор С. Шекмйр

Заказ 4382/24

Тираж 548Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

(рие.7