Башмак с силовым приводом для оборудования низа обсадной колонны

Полезная модель относится к области бурения скважин и предназначена для оборудования низа обсадной колонны или хвостовика с целью направления ее по стволу скважины с возможностью проработки нестабильных участков ствола, участков ствола с набухающими и обваливающимися глинами и защиты оборудования, входящего в компоновку колонны, от повреждения при спуске.
В патентной публикации (US 7849927, МПК Е21В 29/00, опубл. 14.10.10 г.) описано устройство (3) для использования при спуске компоновки обсадных труб в скважину, содержащее режущий инструмент (5); приводное устройство (4), соединенное с режущим инструментом (5) и предназначенное для вращения режущего инструмента (5), в котором приводное устройство и режущий инструмент содержит, по меньшей мере, одну часть из хрупкого, разбуриваемого, растворимого, и разлагаемого материала; в котором приводное устройство полностью удаляется из скважины при бурении, растворении или деградации; и концевой соединитель (13), соединенный с приводным устройством (4) и адаптированый для подключения к колонне обсадных труб. Данное устройство взято нами за прототип.
Недостатками устройства-прототипа является не достаточная надежность работы за счет шламования башмака и оборудования, входящего в компоновку колонны.
Техническая проблема решаемая в предлагаемой полезной модели состоит в расширении арсенала технических средств, т.е. в создании башмака с силовым приводом для оборудования низа обсадной колонны, альтернативного устройству прототипу и свободного от его недостатков.
Вышеуказанная проблема решается с помощью признаков 1-го пункта формулы полезной модели, таких как башмак с силовым приводом для оборудования низа обсадной колонны, характеризуется тем, что содержит силовую секцию, состоящую из статора и ротора (винтового забойного двигателя), гибкий или карданный вал, секцию шпиндельную, состоящую из корпуса, осевой и радиальных опор и вала шпиндельной секции, соединенного с наконечником, приводимым во вращательное движение ротором, совершающим планетарное движение внутри статора, при этом башмак дополнительно снабжен обратным клапаном, установленным выше силовой секции.
Согласно п. 2 формулы полезной модели обратный клапан содержит корпус с установленным в нем подпружиненным поршнем и обтекателем для исключения появления обратного тока бурового раствора,
Согласно п. 3 формулы полезной модели тело наконечника, включая лопасти и промывочные отверстия, армированы износостойким покрытием, а в нижней части имеет полусферическую форму и выполнено из легкоразбуриваемого материала, например алюминия.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - полезная модель увеличивает надежность работы устройства, обеспечивает необходимый момент и высокую скорость вращения наконечника, а форма наконечника исключает врезание в стенки скважины, но обеспечивает эффективное разрушение препятствий, которые могут встретиться в стволе, позволит разбурить башмак после цементирования обычным долотом с алмазными поликристалическими резцами (долотом PDC) и продолжить дальнейшее строительство скважины, а также предотвращает шламование башмака и оборудования, входящего в компоновку колонны.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где показан разрез общего вида устройства.
Башмак с силовым приводом для оборудования низа обсадной колонны (см. чертеж) содержит силовую секцию 1, состоящую из статора 2 и ротора 3 (винтового забойного двигателя), гибкий или карданный вал 4, секцию шпиндельную, состоящую из корпуса 5, осевой 6 и радиальных 7 опор и вала 8 шпиндельной секции, соединенного с наконечником 9, приводимым во вращательное движение ротором 3, совершающим планетарное движение внутри статора 2. Башмак дополнительно снабжен обратным клапаном 10 установленным выше силовой секции.
Обратный клапан 10 содержит корпус 11 с установленным в нем подпружиненным 12 поршнем 13 и обтекателем 14 для исключения появления обратного тока бурового раствора с целью защиты башмака и оборудования, установленного выше, от шламования.
Тело наконечника 9, включая лопасти 15 и промывочные отверстия 16, армированы износостойким покрытием 17, а в нижней части имеет полусферическую форму 18 и выполнено из легкоразбуриваемого материала, например алюминия.
Назначение и работа устройства.
Башмак относится к механизмам объемного (гидростатического) действия, применение которого позволяет осуществлять процесс вращения наконечника.
Контроль за работой башмака осуществляют по изменению давления в нагнетательной линии, поскольку перепад давления на башмаке пропорционален моменту на его наконечнике.
Секция силовая предназначена для преобразования энергии движущегося потока рабочей жидкости во вращательное движение ротора 3 и передачи этого движения на вал 8 шпиндельной секции и на наконечник 9.
В состав силовой секции входят ротор 3 и статор 2. Статор выполнен в виде стального корпуса, к внутренней поверхности которого привулканизирована резиновая обкладка с внутренними винтовыми зубьями левого направления. Стальной ротор 2 имеет наружные винтовые зубья. Величина шага винтовых линий зубьев ротора 3 и статора 2 пропорциональна числу их зубьев. Зубья статора и ротора, находясь в непрерывном контакте, образуют замыкающиеся по длине статора единичные камеры (не показаны). Рабочая жидкость, нагнетаемая насосами буровой установки, поступает к наконечнику 9, проворачивая при этом ротор 3 внутри обкладки статора 2 силовой секции башмака. При прокачивании рабочей жидкости через башмак ротор 3 совершает планетарное движение относительно оси статора 2, обкатываясь по зубьям обкладки. Сам ротор при этом вращается по часовой стрелке. Планетарное движение ротора 3 преобразуется в соосное вращение вала 8 шпиндельной секции при помощи гибкого вала (торсиона) 4, передающего крутящий момент и гидравлическую осевую нагрузку от ротора 3 на вал 8 шпиндельной секции.
Секция шпиндельная предназначена для восприятия осевых и радиальных нагрузок, действующих на башмак, и включает в себя упорно-радиальный двурядный шарикоподшипник 6, радиальные опоры скольжения 7. Планетарное движение ротора 3 внутри статора 2 через гибкий вал (торсион) 4 преобразуется во вращение вала 8 шпиндельной секции.
Клапан обратный предназначен для предотвращения шламования башмака и оборудования, входящего в компоновку колонны, что увеличивает надежность работы устройства в целом. Клапан 10 состоит из корпуса 11 и подпружиненного 12 поршня 13 с установленным на нем обтекателем 14. При отсутствии расхода рабочей жидкости обтекатель 14 прижат к цилиндрическому корпусу 11 с помощью пружины 12, что исключает переток жидкости выше клапана. При прокачивании рабочей жидкости пружина 12 сжимается, поршень 13 перемещается вниз и обеспечивается переток жидкости в нижнюю часть клапана и башмака в целом.
Вращающийся наконечник 9 предназначен для проработки нестабильных участков ствола, участков ствола с набухающими и обваливающимися глинами и обеспечивает беспрепятственное доведение хвостовика до финального забоя. Дизайн наконечника исключает врезание башмака в стенки скважины. Тело наконечника, включая лопасти 15 и промывочные отверстия 16, армированы износостойким покрытием 17, например, на основе карбида вольфрама. В нижней части наконечник имеет полусферическую форму 18 и выполнен из легкоразбуриваемого материала, например алюминия.
Из описания и практического применения настоящей полезной модели специалистам будут очевидны и другие частные формы ее выполнения. Данное описание и чертеж рассматриваются как материал, иллюстрирующий полезную модель, сущность которой и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле полезной модели, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.