Компоновка низа бурильной колонны Советский патент 1981 года по МПК E21B17/00 

(54) КОМПОНОВКА НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

I

Изобретение относится к буровой технике, а именно к техническим средствам для предупреждения искривления ствола скважины преимущественно при роторном способе бурения.

Известно устройство низа бурильной колонны (СТД) для турбинного бурения с одновременным вращением устройства ротором содержащий долото, турбобур, эксцентрично расположенный в стволе скважины и калибраторы, один из которых установлен над долотом, а другой - над турбобуром 1.

В процессе бурения вращение указанного устройства, ротором приводит к движению его вокруг оси ствола скважины, что позволяет менять направление поперечной составляющей вектора силы, приложенной к долоту, и сводить к минимуму ее влияние на процесс искривления ствола скважины.

Однако эксцентричное положение нагрузки к его верхнему концу приводит к перекосу калибраторов в стволе Скважины и дополнительной деформации устройства.

Известен калибратор, включающий корпус и калибрующ е элементы с установленными .ежду ними угфугими звеньями 2.

Благодаря тому, что в процессе калибрования оба конца калибрующего элемента и его средняя часть одновременно взаимодействуют со стенкой скважины, достигается более равномерное распределение нагрузки по рабочей поверхности калибрующего элемента и практически равномерный ее износ, что повышает долговечность работы калибратора и уменьшает боковое подбуривание ствола скважины.

Известна компоновка низа бурильной колонны для роторного бурения, включающая долото, утяжеленную бурильную трубу (УБТ) с верхним и нижним калибраторами, каждый из которых состоит из корпуса и калибрующих элементов 3.

Недостатком указанной компоновки является возможность вращения УБТ вокруг собственной оси в процессе бурения, а также перекос калибраторов в стволе скважины вследствие изгиба бурнтельной колонны.

Вращение УБТ вокруг собственной оси обуславливает постоянное направление поперечной составляющей вектора силы, приложенной к долоту (плоскости и.гиба УБТ),

что является одной из причин отклонения ствола скважины от вертикали.

Перекос калибраторов вызывает интенсивное боковое подбуривание ствола скважины верхней и нижней кромками калибрующей поверхности, что приводит к перекосу компоновки и отклонению скважины от вертикали.

Цель изобретения - предупреждение искривления ствола скважины при использовании калибраторов с упругими звеньями.

Указанная црль достигается тем, что каждый калибратор снабжен упорами, установленными между его корпусом и калибрующими элементами и расположенными напротив упругих звеньев в диагональных секторах, образованных двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через середину калибратора, причем упоры и упругие звенья одного калибратора относительно другого расположены зеркально.

Компоновка низа бурильной колонны схематично показана на чертеже.

Компоновка низа бурильной колонны состоит из долота 1, утяжеленной бурильной трубы (УБТ) 2, верхнего и нижнего калибраторов, установленных на концах УБТ. С корпусом 3 каждого калибратора с помощью щарнира 4 соединены калибрующие элементы 5, а между корпусом 3 и калибрующими элементами 5 расположены упругие звенья 6 и упоры 7. При этом упоры 7 и упругие звенья 6 размещены в диагональных секторах, образованных двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через середину калибратора. Упоры и упругие звенья одного калибратора относительно другого расположены зеркально. Устройство соединяется с выщерасположенной бурильной колонной 8 через корпус верхнего калибратора.

Компоновка работает следующим образом.

При приложении осевой нагрузки на долото устройство находится под действием собственного веса и веса сжатой части бурильной колонны, расположенной над устройством. Если длина сжатой части бурильной колонны достигает критического значения, колонна теряет устойчивость. При этом нижний конец колонны, соединенный с верхним калибратором устройства, может повернуться совместно с корпусом калибратора либо в направлении упоров 7, либо в направлении упругих звеньев 6.

Первое направление движения соответствует повороту против часовой стрелки, а второе - по часовой стрелке.

Движению в первом направлении препятствуют упоры, которые создают жесткое закрепление нижнего конца бурильной колонны 8. Повороту нижнего конца бурильной колонны по часовой стрелке препятствуют упругие звенья 6 верхнего калибратора.

жесткость которых выбирается много меньще жесткости УБТ устройства. По этой причине закрепление нижнего конца бурильной колонны, соединяемого с верхним калибратора устройства, является упругим, и поворот нижнего конца бурильной колонны происходит по часовой стрелке, так как в этом случае требуется меньщая затрата энергии на изгиб бурильной мащины.

Поскольку нижний конец бурильной колонны 8 соединен через корпус 3 верхнего

калибратора с УБТ 2 устройства, верхний конец УБТ повернется также по часовой стрелке. Нижний конец УБТ повернется в плоскости чертежа против часовой стрелки, поскольку упоры 7 и упругие звенья 6 верхнего и нижнего калибраторов относительно друг друга расположены зеркально. При повороте устройства на 180° направление изгиба меняется на противоположное.

В случае приложения к устройству крутящего момента положение упоров 7 и уп ругих звеньев 6 за каждую половину оборота устройства меняется на противоположное. При этом возможны два вида движения УБТ - вокруг собственной оси и вокруг оси ствола скважины.

JВращение вокруг собственной оси УБТ

связано с приложением за каждый оборот изгибающего момента к нижнему концу бурильной колонны 8 для преодоления упругих сил деформации, т. е. дополнительными энергетическими затратами. По этой причине при вращении устройства в стволе скважины будет реализовываться тот вид движения, при котором затрачивается минимум энергии, т. е. движение УБТ вокруг оси ствола скважины.

В результате этого суммарное значение поперечной составляющей силы, приложенной к долоту, за один оборот в вертикальном стволе скважины будет равно нулю, а щарнирное соединение 4 между калибрующими элементами 5 и корпусом калибратора

0 3 обеспечивает равномерное распределение давления по площади контакта элемента (возможность применения высоких осевых нагрузок на долото ) и ствола скважины, сводит к минимуму боковое подбуривание скважины, а следовательно, перекос устройства в процессе бурения.

Таким образом, конструкция устройства создает условия для предупреждения искривления ствола скважины и получения высоких скоростных показателей бурения. 0 Экономический эффект от применения данного устройства получается за счет проводки ствола скважины, близкого к вертикали, т. е. за счет улучщения качественных показателей (отсутствие резких перегибов ствола скважины, отсутствие работ по коррекции направления скважины в пространстве, улучщение условий последующей ее эксплуатации и т, д.) при высоких техникоэкономических показателях бурения.