устройство для бурения скважин

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, содержащее корпус, размещенный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения боек с осевым каналом и расположенную под бойком наковальню с осевым каналом, соосным с каналом в бойке, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения, упрощения конструкции, повышения надежности и моторесурса, наковальная выполнена в виде шпинделя, сопрягающегося с корпусом по многогранным поверхностям с возможностью осевого перемещения, а осевые каналы в бойке и наковальне равны в поперечном сечении и постоянно сообщены между собой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено шариковыми направляющими, установленными между бойком и корпусом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам для ударно-вращательного бурения с использованием ударно-волновых и гидроимпульсных процессов, необходимых для интенсификации бурения скважин любой глубины и диаметра.

Известно устройство для бурения скважин, включающее долото, жестко связанную с ним бурильную колонну и утяжелитель, установленный над долотом с возможностью вертикальных осевых перемещений относительно бурильной колонны, шламоуловитель, причем на торце утяжелителя со стороны долота выполнен профилированный экран, установленный с возможностью перекрытия боковых полостей долота [1] .

Недостатком названного устройства является то, что не вся энергия периодически падающего на долото утяжелителя реализуется долотом на разрушение породы, т. к. часть энергии затрачивается на растяжение бурильной колонны, жестко связанной с долотом, а наличие шламоуловителя, жестко связанного с утяжелителем, при наполнении его шламом будет вызывать прилипание его к долоту и гашение ударного эффекта.

Известно устройство для бурения скважин, содержащее корпус, размещенный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения боек с осевым каналом и расположенную под бойком наковальню с осевым каналом, соосным с каналом в бойке [2] .

Недостатком известного устройства является то, что для обеспечения промывки скважины в корпусе имеется центральная труба, а боек и наковальня расположены в кольцевом пространстве за этой трубой, что усложняет конструкцию и к тому же уменьшает сечение бойка, его массу на единицу длины и как следствие энергию удара, а, кроме того, энергия удара расходуется еще и на растяжение выше расположенной части корпуса и жестко соединенной с ней бурильной колонны, что снижает эффективность бурения.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения, упрощение конструкции, повышение надежности и моторесурса устройства.

Достигается это тем, что в устройстве для бурения скважин, содержащем корпус, размещенный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения боек с осевым каналом и расположенную под бойком наковальню с осевым каналом, соосным с каналом в бойке, в отличие от устройства по прототипу наковальня выполнена в виде шпинделя, сопрягающегося с корпусом по многогранным поверхностям с возможностью осевого перемещения, а осевые каналы в бойке и наковальне равны в поперечном сечении и постоянно сообщены между собой. А также тем, что оно снабжено шариковыми направляющими, установленными между бойком и корпусом.

Такое выполнение устройства для бурения скважин значительно повышает эффективность бурения, поскольку энергия удара расходуется только на разрушение породы и из-за возможности увеличения сечения бойка, т. е. его массы на единицу длины, увеличивается энергия удара; кроме того, упрощается конструкция устройства из-за упрощения системы промывки и уменьшения потерь энергии при этом. Все это позволяет повысить надежность работы и моторесурс. Установка бойка на шариковых направляющих позволяет также снизить потери энергии за счет снижения потерь в паре боек-корпус.

На фиг. 1 изображен забойный ударник, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по В-В на фиг. 1.

Устройство для бурения содержит переходник 1 для соединения с бурильной колонной (не показано), корпус 2, соединенный с переходником 1. В полости 3 корпуса 2 размещен боек 4 с осевым каналом 5. Боек 4 установлен с возможностью перемещений по направляющим 6, которые могут быть выполнены в виде контактирующих с внутренней поверхностью корпуса 2 шариков. К нижней части корпуса 2 под бойком 4 прикреплен узел осевого разъединения бурильной колонны в виде водила 7 (может быть нижняя часть корпуса 2) и шпинделя 8 с осевым каналом 9, образующим наковальню 10 в верхней части. Водило 7 и шпиндель 8 сопрягаются между собой по многогранным поверхностям 11, например четырехгранным или шестигранным, позволяющим шпинделю 8 и водилу 7 относительное осевое перемещение с передачей крутящего момента. На нижний конец шпинделя 8 навернут поддолотный переходник 12 для подсоединения бурового долота (не показано). Канал 9 в шпинделе 8 выполнен соосно с осевым каналом в бойке 4, канал 5 имеет одинаковое по всей высоте бойка сечение, равное сечению канала 9 шпинделя 8, причем и шпиндель и боек установлены так, что при работе ударника каналы 9 и 5 постоянно сообщаются между собой.

Устройство работает следующим образом. Принудительное вращение бурильной колонны передается через переходник 1, корпус 2, водило 7 и шпиндель 8 на наддолотный переходник 12 и долото. Долото, перекатываясь по забою, совершает вертикальные возвратно-поступальные движения, которые через наддолотный переходник 12 и шпиндель 8 передаются бойку 4. Из-за различной массы долота и бойка 4 они совершают движения с различной скоростью, а следовательно, с различной частотой и амплитудой. При периодических движениях вниз боек 4 наносит удары по шпинделю 8, которые через наддолотный переходник 12 передаются долоту.

Бурение скважин при помощи предлагаемого устройства для бурения происходит следующим образом. Устройство соединяют с колонной бурильных труб; опускают на забой и подают в бурильную колонну промывочную жидкость. Статическую нагрузку на долото сообщают частью веса низа бурильной колонны и весом бойка 4; она передается через переходник 1, корпус 2, водила 7 и торцы водила 7 (нижний) и наддолотного переходника 12 (верхний).

Вращение колонны бурильных труб с присоединенным устройством осуществляется ротором и передается долоту через переходник 1, корпус 2, водило 7, шпиндель 8 и наддолотный переходник 12.

При вращении устройства долото, опертое о забой, совершает при перекатывании по нему вертикальные перемещения, передаваемые водилу 7 с присоединенным к нему корпусом 2 и переходником 1 бойку 4. Названные массы, достигнув верхней точки, под действием силы тяжести начинают свободно падать и наносят удар по долоту, заставляя внедряться в породу зубья его шарошек. Одновременно с механическими ударами боек 4 и корпус 2 с водилом 7 при движении вниз возбуждают гидравлический импульс, направленный в сторону забоя и формируют поток жидкости на забой. При движении вверх боек 4 и корпус 2 с водилом 7 создают поршневой эффект, но уже направленный вверх от забоя, создавая гидравлический импульс вторично, что способствует разгрузке забоя.

Предлагаемое конструктивное решение устройства обеспечивает наряду с возбуждением гидравлических импульсов формирование механических ударов, доля которых в общей совокупности генерируемых колебаний очень значительна и превышает долю, приходящуюся на гидравлические импульсы. Генерирование механических колебаний обеспечивает передачу ударов на долото и как следствие увеличение глубины проникновения зубьев в породу.

Таким образом, более эффективное, чем в существующих способах бурения, разрушение забоя скважины достигается за счет механического и гидравлического импульсов, направленных к забою через долото и поток жидкости при движении элементов снаряда вниз и за счет разгрузки забоя при их движении вверх.

Из-за отсутствия жесткой связи долота с колонной бурильных труб удары бойка по долоту и периодические перемещения долота вниз не передаются колонне, что способствует увеличению ее долговечности, а свободные вертикальные колебания бойка вдоль оси снаряда обеспечивают строго вертикальное его положение и, следовательно, вертикальность бурящейся скважины.