Устройство для бурения скважин в рыхлых породах с одновременной обсадкой Советский патент 1993 года по МПК E21B7/20 

Изобретение относится к горному делу, в частности бурению замораживающих горизонтальных (наклонных), дренажных скважин при осушению бортов карьеров и промплощадок.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения горизонтальных и наклонных скважин за счет управления углублением забоя в заданном направлении.

На фиг.1 - изображено устройство продольный вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство состоит из обсадной колЬн- ны 1 с внутренним продольным выступом 2 на ней высотой h (фиг.1). Внутри обсадной колонны расположена буровая колонна 3 с породоразрушающим инструментом 4, на котором выполнены пазы 5, позволяющие породоразрушающему инструменту 4 при бурении выходить за пределы обсадной колонны 1. Породоразрушающйй инструмент соединен с буровой колонной эксцентричным переходником 6 с(ограничителями 7 и 8, расположенными соответственно на торце буровой колонны 3 и на переходнике 6. На переходнике 6 размещен эксцентричный центратор 9, состоящий из двух втулок 10 и 11, установленных с зазором для обеспечения циркуляции промывочной жидкости. На втулке 11 выполнен продольный паз 12 с наклонным срезом 13 для взаимодействия с выступом 2 обсадной колонны 1 (фиг.2). Центратор 9 служит для смещения оси 14 буровой колонны 3 относительно оси 15 обсадной колонны 1. Буровая и обсадная колонны установлены со смещёнными осями 14 и 15 соответственно относительно друг друга в забойной части-.

Ось 16 порбдоразрушающего инструмента 4 смещена относительно оси 14 буровой колонны 3 на величину эксцентриситета е, определяемую зависимостью ,5 (Отр-0д), . где Dip и Од-диаметры обсадной колонны

ел

с

XI

О 00

N О N

и породоразрушающего инструмента, соответственно, и относительно оси 15 обсадной колонны 1 - на величину еа (фиг.1).

Устройство работает следующем образом.

В скважину 17 устанавливают башмачную трубу обсадной колонны 1 с выступом 2, буровую колонну 3 с эксцентричным переходником 6, породоразрушающим инструментом 4 и эксцентричным центратором 9. Подают вперед буровую колонну. Породо- разрушающий инструмент 4 выходит из башмачной трубы 1 и занимает положение 18 (фиг.1). При этом выступ 2 обсадной колонны совмещается с пазом 12 центратора 9 при помощи среза 13 и поворота обсадной колонны 1 относительна буровой 3. Выступ 2 башмачной трубу не препятствует выходу породоразрушающего инструмента 4, так как промывочные пазы 5 серийно выпускаемых инструментов имеют глубину, большую высоты h выступа 2. Кроме того, величина этого выступа не будет препятствовать установке в скважине после окончания бурения под прикрытием обсадной колонны эксплуатационной колонны, например замораживающей или фильтровой, так как высота h не превышает разности внутреннего диаметра о&садной колонны и внешнего эксплуатационной.

Вращают буровую и обсадную колонны с одновременным поступательным движением их к забою.

Буровая колонна 3 вращает породоразрушающий инструмент 4 вокруг своей оси 14, а обсадная колонна 1 вращается вокруг своей оси 15 и посредством эксцентричного центратора 9 вращает буровую колонну по окружности радиусом eie вокруг своей оси 15. Породоразрушающий инструмент 4 при этом будет занимать крайние положения 19 и 20 и аналогичные другие радиальные, образуя скважину 17 диаметром Dc, равным е

Ос 4е+20д-0в,

где DC - диаметр буримой скважины;

Од - диаметр породоразрушающего инструмента;

Da - внутренний диаметр обсадной колонны.

Обсадная колонна вместе с буровой колонной двигаются по образованию скважине. При отклонении скважины отгаданного направления приступают к исправлению отклонения, т.е. к бурению в направлении, противоположном направлению имеющего отклонения.

Для этого останавливают вращательное движение обсадной колонны, фиксируют ее в положении выступа 2, противоположном имеющемуся направлению искривления скважины. Продолжают бурение без вращения обсадной колонны, но при поступательном движении к забою при фиксированном положении выступа 2,

Буровая колонна вращается вокруг оси 14 и породоразрушающий инструмент 4 занимает положение 21 (крайнее верхнее) и 22 (крайнее нижнее) и разбуривает скважину 23 диаметром Dei, равным ,.

15

Ос1 2е+Од

Ось 24 скважины 23 смещается на величину ei (фиг.1) и совпадает с осью буровой колонны 3. Для того чтобы обсадная колон- на входила в эту скважину необходимо, чтобы ее диаметр Dei был больше внешнего диаметра обсадной колонны DTp, т.е . При заданных Дтр и Од необходимо выполнение условия

,-. , ;.

,5(0тр-0д)У

лЈ

Соотношение диаметров образуемой скважины (Dd) и обсадной колонны (DTp)

определяется опытным путем для конкретных условий, которые зависят как от характеристики пород, так и от диаметра и длины обсадной колонны. После углубления скважины на некоторую длину, определяемую

опытным путем и достаточную для получения заданной траектории скважины, бурение в этом направлении прекращают, для чего .вновь начинают вращение обсадной колонны.. При этом будет происходить бурение

по прямой линии в заданном направлении.

Предлагаемое устройство реализуется следующим образом.

Пример. Для бурения наклонных и горизонтальных дренажных скважин в нёустойчивых породах в настоящее время используется установка с двумя колоннами труб: буровой диаметром 89 мм с долотом диаметром 140 мм и обсадной диаметром 168 мм. Высота выступа на обсадной колонне составляет 8 мм. Величина е эксцентриситета переходника должна быть

,5 (168-140).

т.е. мм. Принимаем 15 мм. Бурение замораживающих скважин производят под углом 30° к горизонту. Требованиям ним по допустимым отклонениям-менее 1 м на 100 м длины скважины.

Для получения минимальных отклонений скважины вначале задаются некоторым углом подъема ее оси и бурят. При определенной глубине (близкой к половине проектной длины скважины) начинают направленное бурение в противоположном направлении искривлению оси скважины. При этом диаметр скважины составит

.15+140 170 мм

После бурения некоторого интервала (10-15 м) направленное бурение прекращают и продолжают бурение с вращением обеих колонн по прямой линии.

Использование изобретения при бурении, например замораживающих скважин для проходки наклонных эскалаторных тоннелей позволит исключить перебуриванйе замораживающих скважин, которое в настоящее время в Метрострое доходит до 50%. Это снизит стоимость сооружения и сроки их строительства.

Формула из об р е т е н и я

Устройство для бурения скважин в рыхлых породах с одновременной обсадкой,

включающее буровую и обсадную колонны со смещенными осями относительно друг друга в нижней части, породоразрушающий инструмент на буровой .колонне и внутренний выступ на обсадной колонне, о т л и ч а ющ е е с я тем, что с целью повышения эффективности бурения горизонтальных и наклонных скважин за счет управления углублением забоя в заданном направлении, буровая колонна снабжена эксцентричным переходником и эксцентричным центратором, размещенным на переходника и выполненным с продольным пазом, в котором размещен выступ обсадной колонны, при этом величина эксцентриситета ё переходника

определяется зависимостью, ,5 (Отр-Ьд), .;. где Отр и Од - диаметры обсадной колонны и породоразрушающего инструмента соответственно.

Использование: в горном деле. Сущность изобретения: устройство включает буровую и защитную колонны со смещенными осями в призабойной части, породоразрушаю- щий инструмент на буровой колонне, который соединен с буровой колонной эксцентричным переходником. На последнем размещен эксцентричный центратор. На центраторе выполнен продольный паз для взаимодействия с внутренним продольным выступом защитной колонны. Величину эксцентриситета переходника определяют по зависимости с ,5 (Отр-Од), где ЬТр и Од -диаметры защитной колонны и породоразрущающего инструмента соответственно. 2 ил.