Сигнализатор осевой нагрузки Советский патент 1992 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к контролю нагружения породоразрушающего инструмента и забойного двигателя при бурении наклонно- направленных и горизонтальных скважин

В бурении скважин осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент определяют по индикатору веса бурильной колонны установленный на неподвижном конце каната талевой системы 1. При искривлении ствола скважины бурильная колонна начинает зависать на стенках и определение осевой нагрузки на забой затрудняется, а при проходке горизонтальных стволов определение осевой нагрузки по индикатору невозможно.

Известен забойный регистратор осевой нагрузки в горизонтальных скважинах, который регистрирует величину осевой нагрузки в процессе бурения, Регистратор является телескопическим устройством с пружиной или резиновым амортизатором, сжатие которых определяет величину осевой нагрузки. Запись осевой нагрузки производится на инерционный барабан, свободно вращающийся на штоке 2

Недостатком такого забойного регистратора осевой нагрузки является отсутствие оперативной информации о изменении осевой нагрузки в процессе бурения. Он фиксирует величину осевой нагрузки и информация поступает после подьема инструмента на поверхность

Наиболее близким к заявляемому сигнализатору осевой нагрузки является устройство для контроля осевой нагрузки на долото 3. Устройство является телескопическим соединением, состоящим из корпуса, штока, пружины, гидравлической насадки с системой промывочных отверстий и уплотнений. Пружина предварительно сжата на усилие соответствующее нижнему пределу осевой нагрузки. При бурении пружина сжимается и гидравлическая насадка занимает среднее положение в выточке корпуса, открывая дополнительные промывочные каналы. В результате давление промывочной жидкости снижается, что является сигналом о передаче осевой нагрузки в заданном пределе При соприкосновении гидравлической насадки с верхним или нижним торцом выточки корпуса давление повышается, что является сигналом о необходимости регулировать осевую нагрузку снова

Данное устройство, взято за прототип, позволяет регулировать осевую нагрузку в заданных пределах, но имеет следующие недостатки:

-сигнал повышения давления промывочной жидкости несет двойственную информацию; либо осевая нагрузка повысилась, либо снизилась;

- сложная система промывочных отверстий насадки, состоящая из коаксиальных, аксиальных и радиальных отверстий, трудоемка в изготовлении и может легко забиваться шламом при бурении или

O размываться;

-необходимо осуществлять подбор сечений аксиальных, коаксиальных, радиальных отверстий и определять усилие предварительного сжатия пружины.

5 Целью изобретения является обеспечение повышения механической скорости бурения.

Достигается поставленная цель тем, что сигнализатор осевой нагрузки, содержащий

0 корпус с выполненной в нем кольцевой выточкой, размещенные в корпусе шток, пружину, гидравлическую насадку с отверстием, запорную гайку, шпонки и уплотнения, согласно изобретению, в штоке

5 выполнены перепускные отверстия, гидравлическая насадка установлена в штоке с возможностью обеспечения гидравлической связи кольцевой выточки с перепускными отверстиями.

0В процессе проходки горизонтального

или наклонного ствола поддержание осевой нагрузки на долото производится оперативно по сигналу повышения давления промывочной жидкости. То есть сигнал имеет

5 однозначное значение - необходимо увеличить нагрузку на долото.

Система отверстий в штоке упрощена: два ряда перепускных отверстий и одно отверстие в насадке, расположенной между

0 перепускными отверстиями.

Нет необходимости в сложном подборе сечений отверстий, а пружина сигнализатора при сборке сжимается с усилием равным нижнему пределу осевой нагрузки.

5 Таким образом, упрощение конструкции каналов для прохождения промывочной жидкости и новое их взаимное расположение, дает существенно новые свойства заявляемому техническому решению.

0 Сравнение заявляемого сигнализатора осевой нагрузки с прототипом и другими известными техническими решениями по устройствам для контроля осевой нагрузки не выявило в них признаков, отличающих

5 сигнализатор, что позволяет говорить о соответствии его критериям новизна и существенные отличия.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение сигнализатора в статическом состоянии; на фиг, 2 - то же, в сжатом состоянии,

Сигнализатор осевой нагрузки содержит корпус 1, шток 2, пружину 3. В корпусе

1выполнена кольцевая выточка 4, а в штоке

2установлена гидравлическая насадка 5. Выше гидравлической насадки 5 сделаны верхние перепускные отверстия 6, а ниже насадки 5 - нижние перепускные отверстия 7. В корпусе 1 шток 2 удерживается запорной гайкой 8. Крутящий момент между корпусом 1 и штоком 2 передается шпонками 9. Герметизация зазоров между корпусом 1 и штоком 2 осуществляется уплотнениями 10. Соединяется сигнализатор осевой нагрузки с другими частями бурильной колонны (на чертежах не показаны) резьбами 11 и 12.

Работает сигнализатор осевой нагрузки следующим образом. Для проходки горизонтальных или наклонных участков ствола скважины сигнализатор устанавливают между долотом и забойным двигателем или бурильной колонной Возможна установка сигнализатора между забойным двигателем и бурильной колонной.

До передачи осевой нагрузки вся промывочная жидкость проходит через гидравлическую насадку 5 и имеющееся давление фиксируется манометром на поверхности (на чертежах не показан). При передаче осевой нагрузки, как видно на фиг. 2, шток 2 перемещается в корпусе 1 и пружина 3 сжимается. Кольцевая выточка 4 соединяет верхние перепускные отверстия б с нижними перепусными отверстиями 7 и часть промывочной жидкости проходит помимо насадки 5. Давление промывочной жидкости снижается, что свидетельствует о наличии достаточной осевой нагрузки на дйлото. В момент зависания бурильного инструмента на стенках скважины и при выработке забоя передача осевой нагрузки прекращается, шток 2 выходит из корпуса 1 и сообщение между перепускными отверстиями 6 и 7 закрывается. Давление промывочной жидкости возрастает, что сигнализирует о необходимости поддержания осевой нагрузки путем подачи или вращения бурильной колонны.

Например, при бурении наклонной скважины диаметром 215,9 мм сигнализатор осевой нагрузки возможно сделать диаметром 195 мм, как и забойный двигатель.

Длина сигнализатора будет 2-3 м, а ставить его надо между бурильными трубами и УБТ. При проходном сечении штока 70-80 мм диаметр отверстия насадки будет 40-50 мм. а

верхние и нижние перепускные отверстия (по 4 в каждом ряду) будут диаметром 25-30 мм. Пружину сигнализатора необходимо сжимать на 8-10 т.

При бурении наклонно-направленной

скважины глубиной 1800-2000 м рабочее давление будет порядка 13,0-14,0 Па при осевой нагрузке свыше 8-10 т. В момент снижения осевой нагрузки ниже 8-10 т давление возрастает на 2,0-3.0 Па, что явится

сигналом к нагружению долота.

Предлагаемый сигнализатор осевой нагрузки повышает механическую скорость при бурении горизонтальных и наклонных скважин. Достигается это без применения

каких-либо сложных и дорогостоящих специальных систем, а путем поддержания необходимой осевой нагрузки на долото по сигналу повышение давления промывочной жидкости. В отличие от п рототипа однозначность сигнала повышение давления позволяет обеспечить регулярное нагруже- ние долота, что повышает механическую скорость бурения.

Кроме указанного, регулярность передачи осевой нагрузки повышает надежность работы всех элементов буровой колонны, так как снижает вероятность аварии от перегрузки. Телескопическое соединение с пружиной выполняет функции амортизатора, что также улучшает условия работы бурильного инструмента.

Формула изобретения

Сигнализатор осевой нагрузки, содержащий корпус с выполненной в нем кольцевой выточкой, размещенные в корпусе шток, пружину, гидравлическую насадку с отверстием, запорную гайку, шпонку и уплотнения, отличающийся тем, что. с целью обеспечения повышения механической скорости бурения, в штоке выполнены перепускные отверстия, гидравлическая насадка установлена в штоке с возможностью обеспечения гидравлической связи кольцевой выточки с перепускными отверстиями.

s

Использование: в бурении скаажин, для контроля нагружения породораэрушающе- го инструмента и забойного двигателя при бурении горизонтальных и наклонных скважин. Сущность изобретения: сигнализатор является телескопическим соединением, содержащим корпус 1 с кольцевой выточкой 4, шток 2, пружину 3, насадку 5, запорную гайку 8, шпонки 9 и уплотнения 10. В канале штока 2 установлена гидравлическая насадка 5. выше и ниже которой выполнены пере- пускные отверстия 6 и 7. Пружина 3} сигнализатора сжата с усилием, равным ниж- нему пределу величины осевой нагрузки. При сжатии сигнализатора шток 2 входит в корпус 1. а кольцевая выточка 4 соединяет верхние 6 и нижние 7 перепускные отверстия. Часть потока промывочной жидкости проходит помимо гидравлической насадки 5, а снижение давления сигнализирует о достаточной осевой нагрузке. При выработке долотом породы забоя сигнализатор растягивается, перепускные отверстия 6 и 7 перекрываются, давление возрастает, что является сигналом к новому нагружению. 2 ил. й VI VI о VJ VJ О