Устройство для бурения вертикальных скважин большого диаметра и возведения постоянной крепи Советский патент 1989 года по МПК E21D1/06 E21D5/00 

31509534

устр-ва и автоматизации процессов крепления. Устр-во включает породо- разрушающий инструмент /ПРИ/1, приводы 5, 6 вращения и осевого перемещения ПРИ 1 и распорный механизм 8, установленный с возможностью взаимодействия с секциями крепи. При этом ПРИ 1 выполнен из шарошек 11, установленных в три ряда на каркасе 12. Q Лапы шарошек 11 подпружинены и установлены с возможностью радиального перемещения посредством механизма. Секции крепи выполнены из чередующихся сегментов и клиньев и размещены на

платформе, расположенной над ПРИ 1. В корпусе 4, камере 7 и каркасе 12 ПРИ 1 имеются центральные сквозные отверстия 20-22, через которые проходит эксплуатационная колонна 23. Одновременно включаются гидроцилиндр распорного механизма, привод ПРИ 1, ишамовый насос 53, промывочный насос 58 и начинается процесс бурения. Представлены варианты выполнения механизма перемещения шарошки 11, механизма раздвижки секций крепи. 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно, к бурению вертикальных скважин /С/ большого диаметра для последующего бурения из них радиальных дренажных С. Цель - повышение надежности работы устройства и автоматизации процессов крепления. Устройство включает породоразрушающий инструмент /ПРИ/ 1, приводы 5, 6 вращения и осевого перемещения ПРИ 1 и распорный механизм 8 установленный с возможностью взаимодействия с секциями крепи. При этом ПРИ 1 выполнен из шарошек /Ш/ 11, установленных в три ряда на каркасе 12. Лапы Ш 11 подпружинены и установлены с возможностью радиального перемещения посредством механизма. Секции крепи выполнены из чередующихся сегментов и клиньев и размещены на платформе, расположенной над ПРИ 1. В корпусе 4, камере 7 и каркасе 12 ПРИ 1 имеются центральные сквозные отверстия 20-22, через которые проходит эксплуатационная колонна 23. Одновременно включаются гидроцилиндры распорного механизма, привод ПРИ 1, шламовый насос 53, промывочный насос 58 и начинается процесс бурения. Представлены варианты выполнения механизма перемещения Ш 11, механизма раздвижки секций крепи. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к нефтедобы- 20 вающей промышленности, конкретно к бурению вертикальных скважин большого диаметра для последующего бурения из них радиальных дренажных скважин.

Целью изобретения является повьш1е- ние надежности работы устройства и автоматизации процессов крепления. На фиг.1 изображено устройство для бурения вертикальных скважин большого диаметра; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.З; на - фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.6- разрез на фиг. 1;на фиг.7-вид Е на фиг . 1 ;на фиг.8 - разрез Ж-Ж на фиг.7. 35

.Устройство для бурения вертикальных скважин большого диаметра состоит из породоразрушающего инструмента 1, установленного на подшипниковой опоре 2 в нижней камере 3 корпуса 4, Ю привода 5 вращения породоразрушающего инструмента, установленного в этой камере, привода 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента, рас-, положенного в верхней камере 7 корпу-45 са 4, распорного механизма 8, средств для обсадки скважины, системы очистки промывочной жидкости, а также блока 9 управления и маслостанции 10, установленных в нижней камере 3 корпуса. 4. Q

Породоразрушающий инструмент 1 состоит из шарошек 11, установленных в три ряда на каркасе 12. Лапы шарошек 11 -наружного ряда установлены под- вижно в радиальных направляющих 13 5 каркаса 12, подпружинены и соединены тросами 14 с диском 15, имеющим кольцевую выточку 16. Диск 15 установлен подвижно на вертикальных штырях

17 каркаса 12. На нижней камере 3 корпуса 4 вертикально установлены три гидроцилиндра 18, штоки которых снабжены пальцами 19. расположенными в кольцевой выточке 16 диска 15.

В корпусе 4, камере 7 и каркасе 12 породоразрушающего инструмента 1 имеются центральные сквозные отверстия 20-22,. через которые проходит эксплуатационная колонна 23 отработанного нефтяного месторождения.

Привод 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента выполнен в виде двух гидрозажимов 24 и 25, расположенных соосно центральному сквозному отверстию 21 корпуса 4 и охваты- вающих эксплуатационную колонну 23. Гидрозажимы 24 и 25 вьшолнены в виде подвижных в радиальном направлении плашек 26, взаимодействующих через упорный подшипник 27 и конусную обойму 28 с поршнем 29, установленным в гидростакане 30. На гидрозажиме 24 закреплены три гидроцилиндра 31 подачи, а на гидрозажиме 25 - три гидро- цилиндра 32 подачи. Штоки гидроцилиндров 31 и 32 соединены с верхней камерой 7 корпуса 4.

Распорный механизм 8(фиг. 2) содержит втулку 33-, имеющую шлицевре соединение с корпусом 4, три криволинейных рычага 34, шарнирно соединенных с втулкой 33 и с колодками 35, наружная поверхность которых вьшолнена по логарифмической спирали. На втулке

33установлены три гидроцилиндра 36 для поворота рычагов 34, а на рычагах

34- три гидроцилиндра 37 для поворот колодок 35.

Средствами для обсадки скважинь являются три рычага 38, поворотные в вертикальной плоскости, установленны на нижней камере 3 корпуса 4 и снабженные приводом их поворота - гидроцилиндрами 39, и механизмы, установленные на площадке 40, закрепленной на нижней камере 3.

На площадке 40 (фиг.З - 5) установлены три гидроцилиндра 41, соединенные через упоры 42 с толкателями 43, подвижно установленными в радиалных направляющих 44. Каждый толкател 43 имеет на своем конце подвижный в вертикальном направлении упор 45 с механизмом- его перемещения (не показано) , На площадке 40, кроме того,- установлены три гидроцилиндра 46. Шток каждого гидроцилиндра 46 шарнир- но соединён с малым плечом двуплечего рычага 47, установленного на подвижной опоре 48, которая установлена на направляющей 49. Подвижная опора 48 соединена с направляющей 49 утаплива- емьм фиксатором (не показан) . На ПОДВИЖНОЙ опоры 48 з акреплен блок 50 Большое плечо рычага 47 соединено с тросом 51 перекинутым через блок 50 и закрепленным на толкателе . 52, ус- танов-ленном с возможностью движения по подвижной опоре 48.

Система очистки промывочной жидкости содержит закрепленньш на нижней камере 3 корпуса 4 шламовый насос 53 (его привод 54 расположен внутри камеры 5), соединенный трубопроводом (не показан) с гидроциклоном 55. Гидроциклон 55 установлен на рычаге 56, поворотном в горизонтальной плоскости. Опора рычага 56 и привод его поворота - гидроцилиндр 57 установлен на верхней камере 7 корпуса 4. Гидроциклон 55 соединен через приемную емкость для очищенной воды (не показана) с промывочным насосом 58, закрепленным на верхней камере 7. Под гидроциклоном 55 находится под- вешенньш на тросах кольцевой пшамо- сборник 59.

Крепь 60 вьтолнена из сборных секций 61. Каждая секция 61 (фиг.6-8) состоит из трех сегментов 62 и трех клиньев 63, соединенных по типу шип-паз. Клинья 63 зафиксированы с помощью пружинных защелок 6«4, установленных в сегментах 62. В верхней части каждого клина 63 имеется Т-образный выступ, а в нижней части

10

15

20

095346

такой же формы паз, обеспечивающие соединение 65 соседних секций по типу ласточкин хвост. На внутренней поверхности клиньев 63 со стороны их торцов выполнены направляющие вертикальные выступы 66, расстояние между которыми равно 1/2 - 2/3 высоты секции 61, Гладкий участок между направляющими выступами 66 служит для контакта с колодками 35 механизма удержания реактивного момента.

В транспортном положении секции 61 ее сегменты 62 и клинья 63 сдвинуты к центру.

Работа устройства для бурения вертикальных Скважин большого диаметра осзтцествляется следующим образом.

Предварительно вокруг эксплуатационной колонны 23 отработанного нефтяного месторождения вырывают скважину и закрепляют на ней секции

25 61 крепи 60. На площадку 40 устройства для бурения устанавливают следующую секцию 61 крепи 60 в транспортном положении. При этом сегменты 62 устанавливают на толкатели 43.

30 между упорами 42 и 45, а клинья 63 - на подвижные опоры 48. Устройство для бурения с шарошками наружного ряда, смещенного к центру породоразру- шающего инстрзт ента 1 (способ их

,, смещения описан ниже), опускают в

40

Ькважину вместе с секцией 61 в транспортном положении таким образом, чтобы эксплуатационная колонна 23 прошла через сквозные отверстия 21 и 22 каркаса 12 породоразрушающего инструмента 1 и корпуса 4, а также через гидрозажимы 24 и 25 привода 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента. При этом гидрозажимы 24 и 25

Д5 приближены друг к другу, а колодки 35 и рычаги 34 относительно положения, показанного на фиг.2, повернуты по часовой стрелке и приближены к корпусу 4. Втулка 33 опир ается на ниж50 нюю камеру 3 корпуса 4.

Включают блок 9 управления на автоматический режим работы. Включается маслостанция 10, и давление подается к приводу 6 осевого перемещения поросг доразрушающего инструмента и к меха-.- низму удержания реактивного момента. , В результате этого поршень 29 верхнего гидрозажима 24. смещает конусную обойму 28, плашки 26 зажимают эксплуатационную колонну 23, включаются закрепленные на гидрозажиме 24 гидроцилиндры 31 подачи, и через корпус 4 осевое усилие передается на пбродо- разрушающий инструмент 1. В это время

Бурение продолжается на глубину, равную высоте секции 61 крепи 60. После этого отключаются приводы 5 и 6 вращения и осевого перемещения по- родоразрушающего инструмента, шламовый и пд)омывочный Hacocbf 53, 58 и

нижний гидрозажим 25 разжат и перемещается вниз по эксплуатационной колонне 23 под действием давления, подаваемого в щтоковую .полость закрепленных g производится обсадка пробуренного на нем гидроципиндров 32, Одновременно участка скважины. В это время сек- включаются гидроцилиндры 36 механизма удержания реактивного момента, которые поворачивают рычаги 34, и гидроцилиндры 37, поворачивающие колодки 35 до тех пор, пока они не заклинятся на секции 61 крепи 60.

Одновременно включаются привод 5 вращения породоразрушающего инструмента, ршамовьш насос 53, промывочный 20 насос 58 и начинается процесс бурения.

Ипамовый насос 53 откачивает залитую в скважину промывочную жидкость со взвешенными в ней твердыми частицами выбуренной породы и подает в 25 нии клиньев 63 на концах подвижных гидроциклон 55, где происходит разде- опор 48 толкатели 52 утапливают фик- ление суспензии: твердые частицы выция 61 в транспортном положении стоит на площадке 40 под ранее установленной в скважине секцией. Включают одно- 5 временно гидроцилиндры 39, 41 и 46. При вьщвижении штоков гидроцидиндров 46 поворачиваются двуплечие рычаги 47 и с помощью тросов 51 перемещают толкатели 52, которые сдвигают клинья 63 к концам подвижных опор 48. Движение клиньев 63 производится при малом перемещении штоков гиддоцилинд- ров 46 из-за упомянутого соотношения размеров плеч рычагов 47. При положебуренной породы в виде щлама поступают в шламосборник 59, а очищенная промывочная жидкость через приемную емкость поступает к про мывочному насосу 58, которьш подает ее к породо- разрушающему инструменту 1.

саторы и разъединяют подвижные опоры 48 и их направляющие 49. В результате этого дальнейшее вьщвижение што- 30 ков гидроципиндров 46 вызывает движение подвижных опор 48 по направ- . ляющим 49, при этрм клинья 63 йепод- вижно стоят на подвижных опорах 48. Таким образом, конструкция механизма

После вьфаботки хода гидроцилинд- перемещения клиньев 63 обеспечивает рами 31 подачи давление подается к нижнему гидрозажиму 25 и его плашки 26 зажимают эксплуатационную колонну 23. Снимается давление в гидростакане

30 верхнего гидрозажима 24 и он осво- 40 щаются сегменты 62 с помощью толкате- бождает эксплуатационную колонну 23. ей 43, приводимых гидроцилиндрами 41. Подается давление в поршневую полость гидроцилиндров 32, и осевое усилие продолжает передаваться на

его размещение в ограниченном пространстве, меньшем величины хода толкателя. 52.

Одновременно с клиньями 63 переме При подходе сегментов 62 к стенкам скважины подвижные упоры 45 утапли- , ванзтся. В этот момент клинья 63 захопородоразрушающий инструмент 1. В это д дят в зацепление с сегментами 62 и с время верхний гидрозажим 24 переме- клиньями вьш1естоящей.секции (фиг.7). щается вниз под действием давления, подаваемого в щтоковую полость закДальнейшее перемещение сегментов 62 до полного прилегания к стенкам скважины осуществляется при их расклини- подачи. Далее цикл работы гидрозажи- вании клиньями 63 под действием рыча- мов 24 и 25 и гиддроцилиндров 31 и 32 гов 38, приводимых гидроцилиндрами

репленных на нем гидроцилиндров 31

повторяется. Таким образом происходит перемещение породоразрущающего инструмента 1 методом перехвата. Метод перехвата допускает также первоначальную фиксацию на эксплуатационной колонне 23 нижнего гидрозажима 25 и движение вниз по колонне разжатого верхнего гидрозажима 24 во время

работы гидроцилиндров 32 подачи нижнего гидрозажима 25.

Бурение продолжается на глубину, равную высоте секции 61 крепи 60. После этого отключаются приводы 5 и 6 вращения и осевого перемещения по- родоразрушающего инструмента, шламовый и пд)омывочный Hacocbf 53, 58 и

производится обсадка пробуренного участка скважины. В это время сек-

производится обсадка пробуренного участка скважины. В это время сек-

нии клиньев 63 на концах подвижных опор 48 толкатели 52 утапливают фик-

ция 61 в транспортном положении стоит на площадке 40 под ранее установленной в скважине секцией. Включают одно- временно гидроцилиндры 39, 41 и 46. При вьщвижении штоков гидроцидиндров 46 поворачиваются двуплечие рычаги 47 и с помощью тросов 51 перемещают толкатели 52, которые сдвигают клинья 63 к концам подвижных опор 48. Движение клиньев 63 производится при малом перемещении штоков гиддоцилинд- ров 46 из-за упомянутого соотношения размеров плеч рычагов 47. При положеперемещения клиньев 63 обеспечивает

щаются сегменты 62 с помощью толкате- ей 43, приводимых гидроцилиндрами 41.

его размещение в ограниченном пространстве, меньшем величины хода толкателя. 52.

Одновременно с клиньями 63 переме щаются сегменты 62 с помощью толкате- ей 43, приводимых гидроцилиндрами 41.

При подходе сегментов 62 к стенкам скважины подвижные упоры 45 утапли- , ванзтся. В этот момент клинья 63 захо39.

После раздвигания секций,61 до полного сечения толкатели 52 и 43 с помо- щью гидроцилиндров 46 и 41 перемеща- , ются в обратном направлении. В механизме удержания реактивного момента гидроцилиндры. 37 поворачивают в обратную сторону колодки 35, выводя их из сое

тояния заклинки, а гидроцилиндры 36 поворачивают в обратную сторону (складывают) рычаги 34. Механизм 8 под собственным весом опускается на нижнюю камеру 3 корпуса.4.

С помощью привода 6 осевого пере- меп;ения породоразрушающего инструмента устройство для бурения поднимается на поверхность земли (предварительно на поверхность поднимается пшамосборник 59). При этом после отрыва породоразрушающего инструмента 1 от забоя подают давление к вертикальным гидроцилиндрам 18, которые с по- мощью пальцев 19, расположенных в кольцевой выточке 16, приподнимают по штырям 1 7 диск 15. Это вызывает движение закрепленных на нем тросов 14 и смещение шарошек 11 наружного ряда к центру породоразрушающего инструмента 1. Уменьшение его диаметра обеспечивает беспрепятственный проход через установленные в скважине секции 61 крепи 60 при подъеме и последующем опускании в скважину устройства для .бурения.. .

Указанные операции выполняю тся и для замены на поверхности земли износившегося породоразрушающего инструмента. Причем з,ту замену целесообразно производить при извлечении уст- .ройства для бурения с целью обсадки скважины.

После подъема устройства для буре-

ния на площадку 40 устанавливают следующую секцию 61 крепи 60 в транспортном положении, ориентируя её-так как показано на фиг.6. Затем с помо- .щью привода 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента опускают в скважину устройство для бурени вместе с секцией в транспортном положении. При опускании секции 61 смещению ее сегментов 62 препятствуют направляющие выступы 66 секций, ранее установленные в скважине. .

При опускании устройства для бурения на забой, после прохождения породоразрушающего инструмента 1 последне секции 61, установленной в .скважине, шарошки 11 наружного ряда раздвигаются в исходное положение. После установки устройства для бурения на забой отключают привод 6 осевого перемеще- ния породоразрушающего инструмента, включают механизм удержания реактивного момента, колодки 35 которого заклиниваются на гладкой поверхности

между направляющими выступами 66 клина 63 последней из установленных в скважине секции 61, опускают в рабочее положение шламосборник 59, включают привод 5 вращения породоразрушающего инструмента и привод -6 его осевого перемещения. Одновременно включаются шламовый насос 53 и промьь- вочный насос 58. После бурения на глубину, равную высоте секции 61, крепи 60, производится обсадка пробуренного участка скважины, буровое уст-.

50

5

0

ройство поднимается на поверхность за следующей секцией 61, а затем бу- ,ровой инструмент 1 вместе с ней опускается в скважину и процесс бурения возобновляется.

При наполнении шламосборника 59 гидроциклон 55 с помощью гидроцилиндра 57 поворачивается для беспрепятственного подъема шламосборника 59 на поверхность, где происходит его разгрузка. Затем шламосборник 59 опускают в рабочее положение, а гидроцилиндр 57 поворачивает в исходное положение гидроциклон 55. Транспортировка шламойборника 59 производится с помощью спускоподъемного . оборудования, установленного на поверхности. Оно не может использоваться для транспортировки устройства для бурения при обсадке скважины и замене износившегося породоразрушающего инстВ процессе бурения контролируется уровень промьгвочной жидкости в скважине и при необходимости она доливается в автоматическом режиме.

После окончания бурения зксплуата- |ционную колонну 23 извлекают из сква- кины.

Формул а изобретения

мещения каждой щарошки выполнен из вертикально установленного на платформе гидроцилиндра, из диска с кольцевой выточкой, из вертикального штыря, соединенного со штоком гидроцилиндра и размещенного в кольцевой выточке с возможностью перемещения диска вдоль штыря, и из тросовой тяти, соединенной с диском и через блоки с лапами лодпружиненной шарошки. .

ffO

Фие.З

чв

1

, V

г-г

Buds

З В

51

SO

10°Лг51

Фие.Ц

ii6 UJLA

Фиг. 6

63

фиг, 7

В2