Устройство для бурения скважин и извлечения материалов из подземных формаций Советский патент 1992 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурению скважин и геотехнологии, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. СССР № 1553686.

Изобретение может быть использовано в скважинной гидродобыче полезных ископаемых и скважинном гидравлическом опробовании месторождений путем извлечения валовых проб.

По основному авторскому свидетельству известно устройство для бурения скважин и извлечения материалов из подземных

формаций, которое содержит трубчатый корпус с боковыми гидромониторными насадками и средствами передачи вращения, установленный на подшипниках и жестко связанный с хвостовиком породоразрушающего инструмента, имеющего внутреннюю расточку, полый вал с опорной головкой в верхней части, ответными средствами передачи вращения, радиальными каналами и винтовыми лопастями на внутренней поверхности, размещенную соосно с полым валом центральную трубу, образующую с породо- разрушающим инструментом кольцевой эжектор и разделяющую внутреннее про-xj

со

О

сл ел

го

странство на кольцевую напорную магистраль и осевой возвратный канал.

Данное устройство может осуществлять работу в двух гидродинамических режимах, а именно: в режиме бурения скважины при работе породоразрушающего инструмента и кольцевого эжектора, а также в режиме размыва стенок скважины и образования выемочной камеры. Во втором случае истечение рабочего агента происходит одновременно через гидромониторные насадки и кольцевой эжектор. Такое разделение потоков рабочего агента является одним из недостатков в работе известного устройства, снижающим надежность и эффективность его работы. Другим недостатком является требование повышенной точности изготовления и сборки подшипникового узла.

Цель изобретения - упрощение технологии изготовления и повышение надежности работы устройства - достигается тем. что устройство по авт. св. СССР № 1553686 снабжено промежуточной подшипниковой опорой полого вала и упругим элементом, размещенным между смежными торцами опорной головки полого вала и промежуточной подшипниковой опоры, при этом на внутренней поверхности полого вала и внешней поверхности центральной трубки в интервале породоразрушающего инструмента над его расточкой выполнены секторные выступы с возможностью перекрытия напорной магистрали при их взаимодействии.

Достижению цели изобретения способствует выполнение в стенке полого вала и на поверхности хвостовика породоразрушающего инструмента дроссельных каналов для сообщения напорной магистрали с призабойной зоной скважины.

На фиг, 1 схематически изображено устройство, продольный осевой разрез (на левой половине разреза - во время бурения скважины; на правой половине разреза скважины - в процессе гидроразмыва стенок скважины и образования выемочной камеры); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1: на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1: на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1: на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг. 1; на фиг. 7 - сечение Е-Е на фиг. 1 на фиг. 8 - вид по стрелке Ж на фиг. 1.

Устройство для бурения скважин и извлечения материалов из подземных формаций (фиг. 1) состоит из трубчатого корпуса 1 с боковыми отверстиями, в которых смонтированы гидромониторные насадки 2. Внутренняя поверхность корпуса 1 выполнена фасонной и имеет средства 3 передачи вращения (фиг. 2). На корпусе 1 выше насадок

2 установлен пакер 4. К верхней части корпуса 1 присоединен переходник 5 на двойную бурильную колонну, состоящую из внешней 6 и внутренней 7 труб. Кольцевое

пространство 8 между трубами 6 и 7 является частью напорной магистрали устройства, а осевой канал 9 является возвратным.

Внутри корпуса 1 и переходника 5 уста- новлена на фигурном фланце 10 централь0 ная трубка 11, образующая с корпусом 1 кольцевую напорную магистраль 12. Осевое отверстие 13 трубки 11 является частью возвратного канала (фиг. 2, 3). В нижней части трубка 11 снабжена секторными выступами

5 14.

В напорной магистрали 12 между корпусом 1 и трубкой 11 установлен на подшипниках 15 полый вал 16, имеющий в верхней части опорную головку 17. На валу 16 уста0 новлена дополнительная подшипниковая опора 18. Между смежными торцами опорной головки 17 и дополнительной опоры 18 установлен упругий элемент 19, например тарельчатая пружина или эластичное коль5 цо. Для защиты подшипников 15 предусмотрено уплотнение 20.

Полый вал жестко соединен с породо- разрушающим инструментом 21, в торце которого выполнена фасонная расточка 22, а

0 на внешней поверхности 23 образованы дроссельные каналы 24 (фиг. 6, 7). В стенке вала 16 выполнены радиальные каналы 25, совмещаемые с гидромоторными насадками 2. а также дроссельные каналы 26, сооб5 щающие кольцевую напорную магистраль 12 через каналы 24 с призабойной зоной скважины.

На внешней поверхности вала 16 имеются продольные пазы 27, образующие вы0 ступы 28 для их взаимодействия со средствами 3 передачи вращения корпуса 1 (фиг. 3). На внутренней поверхности вала 16 имеются винтовые лопасти 29 (фиг. 8), а в нижней части - секторные выступы 30 для

5 взаимодействия с ответными выступами 14 трубки 11 и перекрытия напорной магистрали 12, Вал 16 совместно с трубкой 11 и Фасонной расточкой 22 породоразрушающего инструмента 21 образует кольцевой

0 эжектор 31 и полость 32.

Породоразрушающий инструмент 21 по своей внешней поверхности 23 сочленен с корпусом 1 с возможностью углового смещения. Это позволяет реализовать два ре5 жима работы устройства с дифференцированным использованием энергии потока рабочего агента, а именно; при бурении скважины направить весь поток рабочего агента из напорной магистрали 12 через полость 32 и кольцевой эжектор 31 в возвратный канал 13-9; при гидроразмыве стенок 34 скважины и образовании выемочной камеры 35 весь поток пойдет из магистрали 12 через каналы 25 и гидромоторную насадку 2 в пространство 36 за корпусом 1 устройства. При этом часть потока будет дросселироваться по каналам 26 и 24 в призабойную зону 37 скважины, предотвращая зашламо- вание подвижного сочленения породораз- рушающего инструмента 21 с корпусом 1 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Для реализации процесса бурения скважины без размыва ее стенок (фиг.1 - 8) устройству через колонну двойных бурильных труб 6-7 сообщаются осевое усилие и крутящий момент, а по кольцевой магистрали 12 подается рабочий агент. Благодаря трению о забой 38 торца 39 породоразрушающего инструмента 21 происходит его угловое смещение против часовой стрелки относительно корпуса 1. При этом гидромониторная насадка 2 перекрывается наружной поверхностью 40 выступов 28, секторные выступы 30 вала 16 совмещаются с ответными секторами 14 трубки 11, и весь поток рабочей жидкости из магистрали 8-12 направлен через полость 32 и кольцевой эжектор 31 в возвратный канал 13-9. Образующиеся при бурении керн и шлам в виде пульпы выносятся на поверхность возвратным потоком рабочего агента.

Гидроразмыв стенок 34 скважины, образование выемочной камеры 35 и извлечение размытого материала на поверхность производятся следующим образом.

В намеченном для интервале ствола скважины снимают осевую нагрузку; устройство поднимают над забоем 38, продолжая закачивать рабочий агент, который, воздействуя на винтовые лопасти 29, производит возвратное смещение вала 16 в исходное положение. При этом гидромониторная насадка 2 открывается, а секторные выступы 30 и 14, принадлежащие соответственно валу 16 и трубке 11, размыкаются и перекрывают кольцевую напорную магистраль 12 ниже радиальных каналов 25,26. В результате рабочий агент из магистрали 8-12 через канал 25 и насадку 2 поступает в пространство 36 за корпусом 1. Под действием высоконапорной струи стенка 34 разрушается с образованием выемочной камеры 35. Одновременно из магистрали 12 через каналы 24 и 26 часть потока рабочей жидкости дросселируется в призабойную зону 37 скважины, предотвращая зашламование и заклинивание породоразрушающего инструмента 21 в корпусе 1. Из камеры 35 продукты разрушения в виде пульпы перемещаются к забою 38 скважины и по каналам 13 и 9 транспортируются на поверхность. При этом пакер 4,

создавая сопротивление, препятствует перетоку пульпы и миграции полезного компонента по скважине.

Закончив цикл размыва и извлечения материалов, можно продолжить бурение постановкой устройства на забой 38 скважины.

Выполнение устройства в соответствии с приведенным выше описанием позволит упростить технологию его изготовления, а

также повысить надежность его работы, т.е. достичь цели изобретения.

Формула изобретения 1. Устройство для бурения скважин и извлечения материалов из подземных формаций по авт.св. № 1553686, отличаю - щ е е с я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения надежности работы, оно снабжено промежуточной подшипниковой опорой полого вала и упругим элементом, размещенным между смежными торцами опорной головки полого вала и промежуточной подшипниковой опорой, при этом на внутренней поверхности полого вала и внешней поверхности центральной

трубки в интервале породоразрушающего инструмента над его расточкой выполнены секторные выступы с возможностью перекрытия напорной магистрали при их взаимодействии

2 Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в стенке полого вала и на поверхности хвостовика породоразрушающего инструмента выполнены дроссельные каналы для сообщения напорной магистрали с призабойчой зоной скважины.

(NS

Оч

k

зг

01

J

2/

Ј 2П$ -g-ff 9}

Ј

13

14

32

Изобретение относится к бурению и геотехнологии и может быть использовано при строительстве водозаборных скважин, скважинном гидравлическом опробовании месторождений и скважинной гидродобыче полезных ископаемых. Цель изобретения упрощение технологии изготовления и повышение надежности работы. Это достигается тем, что его снабжают промежуточной опорой полого вала и упругим элементом, размещенным между смежными торцами указанной опоры и опорной головки полого вала. Причем на внутренней поверхности полого вала и внешней поверхности центральной поверхности в интервале породо- разрушающего инструмента над его расточкой выполнены секторные выступы с возможностью перекрытия напорной магистрали при их взаимодействии. Такое выполнение устройства позволяет дифференцировать энергию потока без применения специальных сложных механических систем, что повышает его надежность. К тому же в стенке полого вала и на поверхности хвостовика породоразрушающего инструмента выполнены дроссельные каналы для сообщения напорной магистрали с приза- бойной зоной скважины. 1 з.п, ф-лы, 8 ил. со с

Фиг. 6

Е- Ј

Н

Риг.7

В ид Ж

Фиг. 8