устройство для бурения скважин

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающее патрубок с выполненными в его теле боковым выпускным отверстием и продольным каналом, сообщенным вверху и внизу с основной полостью патрубка, установленный в патрубке с возможностью ограниченного возвратно-поступательного движения и передачи крутящего момента шток с выполненными в верхней его части продольным входным каналом, переходящим внизу в боковой выходной канал для сообщения с боковым выпускным отверстием при изолировании продольного канала патрубка, в средней и нижней частях продольным каналом, переходящим в верхней части в боковой входной канал, расположенный ниже бокового выходного канала, в местах расположения боковых входного и выходного каналов на его наружной поверхности кольцевыми проточками и с эксцентриситетом верхней своей части относительно средней и нижней его частей, резьбовые элементы на свободных концах патрубка и штока для присоединения к элементам бурильной колонны, пустотелый цилиндр, соединенный неподвижным шлицевым соединением с нижней частью патрубка, выполненной утолщенной и образующей дополнительную полость, выполненную с экцентриситетом относительно основной полости, поршень с дросселирующим каналом, выполненный в средней части штока, размещенный в дополнительной полости и разделяющий ее на надпоршневую зону и подпоршневую зону, сообщенную с внешним пространством, и резиновый пакерующий элемент, установленный на нижней части штока, пропущенного ниже патрубка, для соединения с нижней частью бурильной колонны, оснащенной породоразрушающим инструментом, с возможностью расположения верхней своей части относительно нижней части цилиндра на расстоянии, равном расстоянию между боковыми выпускными отверстием патрубка и выходным каналом штока в исходном положении последнего отличающееся тем, что оно снабжено пробкой и срезными штифтами, помещенными во втулки, продольный входной канал верхней части штока выполнен соосно сообщающимся с продольным каналом средней и нижней частей штока, пробка установлена в продольном входном канале верхней части штока в промежутке между боковым входным каналом и верхним краем кольцевой проточки, расположенной в месте расположения бокового входного канала, срезные штифты, помещенные во втулки, установлены на одном уровне между боковыми выходными и входным каналами одними концами в штоке и другими - в пробке соответственно, причем участок входного канала верхней части штока над пробкой выполнен диаметром, меньшим диаметра пробки, и имеет в верхней своей части входную конусную расточку, а пробка установлена с возможностью смещения по нижней части бурильной колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению глубоких скважин в условиях аномально высоких пластовых давлений (АВПД) и касается вопроса совершенствования компоновки низа бурильных колонн (КНБК).

Известны конструкции различных муфт, применяемых при цементировании обсадных колонн, которые обеспечивают возможность замены бурового раствора в скважине. Однако они не могут быть применены в бурильной колонне при бурении скважин.

Данные устройства при вскрытии зон с аномально-высокими пластовыми давлениями не позволяют обеспечивать быструю и оперативную замену бурового раствора с изоляцией пласта.

Известно устройство, обеспечивающее замену бурового раствора при бурении скважин без подъема колонны бурильных труб на поверхность снабжения и без нарушения циркуляции за счет снабжения бурильных труб пакером, совмещенным с механизмом переключения [1] Однако данное устройство не обеспечивает повторного закрытия продольного входного канала верхней части штока, необходимого при введении в скважину приборов.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей устройства за счет обеспечения возможности прохождения через устройство различных приборов и повторного закрытия канала бурильных труб.

Достигается это тем, что в устройстве для бурения скважины, включающем полый патрубок с выполненными в его теле боковым выпускным отверстием и продольным каналом, сообщенным вверху и внизу с основной полостью патрубка, установленный в патрубке с возможностью ограниченного возвратно-поступательного движения и передачи крутящего момента шток с выполненными в верхней его части продольным входным каналом, переходящим внизу в боковой выходной канал для сообщения с боковым выпускным отверстием при изолировании продольного канала патрубка, в средней и нижней частях продольным каналом, переходящим в верхней части в боковой входной канал, расположенный ниже бокового выходного канала, в местах расположения боковых входного и выходного каналов на его наружной поверхности кольцевыми проточками, и с эксцентриситетом верхней своей части относительно средней и нижней его частей, резьбовые элементы на свободных концах патрубка и штока для присоединения к элементам бурильной колонны, пустотелый цилиндр, соединенный неподвижным шлицевым соединением с нижней частью патрубка, выполненной утолщенной и образующей дополнительную полость, выполненную с эксцентриситетом относительно основной полости, поршень с дросселирующим каналом, выполненный в средней части штока, размещенный в дополнительной полости, и разделяющий ее на надпоршневую зону и подпоршневую зону, сообщенную с внешним пространством, и резиновый пакерующий элемент, установленный на нижней части штока, пропущенного ниже патрубка, для соединения с нижней частью бурильной колонны, оснащенной породоразрушающим инструментом, с возможностью расположения верхней своей части относительно нижней части цилиндра на расстоянии, равном расстоянию между боковыми выпускным отверстием патрубка и выходным каналом штока в исходном положении последнего, согласно изобретению он выполнен соосно сообщающимся с продольным каналом средней и нижней частей штока и перекрыт пробкой, зафиксированной помещенными во втулки срезными штифтами, установленными на одном уровне между боковыми выходным и входным каналами, одними концами в штоке и другими в пробке соответственно, причем участок входного канала верхней части штока над пробкой выполнен диаметром, меньшим диаметра пробки и имеет в верхней своей части входную конусную расточку.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 узел 1 на фиг. 1.

Устройство включает патрубок 1, в теле которого выполнено боковое выпускное отверстие 2 и продольный канал 3, сообщающийся вверху и внизу с внутренней полостью 4 патрубка; установленный в патрубке 1 с возможностью возвратно-поступательного движения и передачи крутящего момента шток 5, выполненный в верхней части с продольным входным каналом 6, имеющим выходной канал 7; резиновый пакерующий элемент 8, установленный на нижней части штока 5, и пустотелый цилиндр 9. В средней и нижней частях штока выполнен продольный канал 10, имеющий в верхней части боковой входной канал 11. На уровне нижнего выхода канала 3 и 11, а также против канала 7 на теле штока 5 выполнены кольцевые проточки 12 и 12. Нижняя часть патрубка 1 утолщена и соединена неподвижным шлицевым соединением 14 с цилиндром 9, во внутренней полости 15 которого помещена средняя часть штока, представленная в виде поршня 16, снабженного дросселирующим каналом 17, соединяющим под- и надпоршневые зоны полости 15. Внутренняя полость патрубка 1 выполнена эксцентричной относительно внутренней полости цилиндра 9, а верхняя часть штока 5 эксцентричной относительно средней и нижней его частей. Верх пакерующего элемента 8 расположен ниже нижнего торца цилиндра 9 на столько, каково расстояние между боковым выпускным отверстием патрубка и входным каналом 11 штока при раздвинутом устройстве.

На наружной поверхности цилиндра 9 выполнено на одном уровне не менее трех равномерно расположенных по окружности гнезд 18, в которых установлены подпружиненные шары 19, контактирующие при работе с внутренней поверхностью обсадной колонны.

Продольный входной канал 6 верхней части штока 5 выполнен соосно сообщающимся с продольным каналом 10 средней и нижней частей штока. В нем в промежутке между боковым выходным каналом 7 и верхним краем проточки 12 установлена пробка 20, зафиксированная помещенными во втулку 21 срезными штифтами 22, а участок 23 входного канала 6 верхней части штока 5 над пробкой 20 выполнен диаметром, меньшим диаметра пробки 20.

Устройство включают в компановку низа бурильной колонны после спуска обсадной колонны, предшествующей эксплуатационной, перед вскрытием бурением продуктивного нефте- или газонасыщенного пласта в условиях аномальных пластовых давлений. При этом расстояние от долота до устройства должно быть таким, чтобы при углубке в пласт устройство не переместилось ниже башмака указанной обсадной колонны, а подбор размера утяжеленных бурильных труб, располагаемых ниже устройства, осуществляют с учетом обеспечения ими требуемой нагрузки на долото.

Устройство работает следующим образом. При бурении вращающий момент с верхней части бурильной колонны на нижнюю передается посредством эксцентричного сопряжения патрубка 1, штока 5 и цилиндра 9. При этом передача момента осуществляется поверхностями сопряжения патрубка 1 со штоком 5, неподвижного шлицевого соединения нижней части патрубка 1 с цилиндром 9 и эксцентричного сопряжения утолщенной средней части 16 штока 5 с цилиндром 9, что уменьшает контактные напряжения в сопряжении деталей и обеспечивает возможность ограниченного возвратно-поступательного движения патрубка 1 с цилиндром 9 относительно штока 5 с одновременной передачей вращающего момента. По мере углубки устройство смещается внутри обсадной колонны, перекатываясь посредством подпружиненных шаров 19 по ее внутренней поверхности, центрируя бурильную колонну и предохраняя пакерующий элемент 8 от износа. Углубка осуществляется за счет веса утяжеленных бурильных труб (УБТ), расположенных ниже устройства с учетом потери веса за счет погружения в буровой раствор. При этом промывочная жидкость из верхней части колонны бурильных труб в нижнюю перетекает через устройство по каналу 3, проточку 12, выходной боковой канал 11 и канал 10. Подачу верхней части колонны бурильных труб производят по мере углубки нижней части на величину расстояния между нижним торцом цилиндра 9 и верхним торцом пакерующего элемента 8, определяя начало подачи по индикатору веса. При этом выход канала 3 смещается вдоль проточки 12 на величину ее длины до совмещения с входным каналом 11 штока 5. При аномальных проявлениях пласта и необходимости регулирования плотности и других свойств бурового раствора бурение прекращают и колонну бурильных труб разгружают с упором на забой. Патрубок 1 с цилиндром 9 смещаются относительно штока 5 на величину, большую, чем при бурении, нижний торец цилиндра 9, упираясь в элемент 8, деформирует его с упором о стенки обсадной колонны. При этом выходной канал 7 штока 5 совмещается с выходным отверстием 2 патрубка 1. Перекачивая буровой раствор из колонны бурильных труб по каналу 7 через отверстие 2, производят его замену, после чего продолжают бурение в вышеуказанной последовательности. При необходимости спуска каротажного или иного прибора (торпеды, инклинометра и т.п.) к забою скважины к нагнетательной линии буровой присоединяют насосный агрегат, например, ЦА-320М или 2АН-700, создающий давление, большее в 1,5-2 раза рабочего давления при бурении, но меньшее, чем давление опрессовки труб бурильной колонны, и срезают штифты 22, рассчитанные на срез при этом давлении. Пробка 22 смещается по нижней части колонны бурильных труб к долоту, обеспечивая возможность соосного сообщения по всей колонне бурильных труб для выполнения требуемых технологических операций. При начинающемся выбросе спущенный прибор поднимается от долота и устанавливается выше устройства; под действием пластового давления, превышающего гидростатическое давление в колонне труб, пробка 22 поднимается до упора в торец участка 23 с уменьшенным диаметром штока 5, перекрывая внутреннее сечение бурильных труб. Одновременно осуществляют посадку инструмента с разгрузкой на забой. При этом пакерующий элемент 8 деформируется с упором о стенки обсадной колонны, осуществляя изоляцию и затрубного пространства скважины, после чего на устье закрывают превентор и шаровой клапан на колонне бурильных труб.