Устройство для бурения на обсадной колонне
CASING STRING DRILLING DEVICE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин с одновременной изоляцией зон осыпаний и обвалов при бурении колонной обсадных труб.
Известно устройство для бурения скважин в неустойчивых и разрушенных горных породах с одновременной обсадкой (патент №2262578, МПК Е21В 7/20, опубл. 20.10.2005 г., Бюл. №29), состоящее из бурильной и обсадной колонн, башмака с центратором, породоразрушающего элемента, направляющего элемента и отклонителя с подводящими каналами, причем направляющий элемент выполнен с эксцентричным поперечным пазом прямоугольной формы, нижняя часть которого на величину эксцентриситета, определяемого разностью Rскв. - Rп.и., где Rскв. и Rп.и. - радиусы скважины и породоразрушающего инструмента, соответственно, выполнена с конусностью, равной конусности хвостовика отклонителя, который размещен в эксцентричном поперечном пазу направляющего элемента с возможностью осевого и горизонтального смещений, при этом ось подводящего канала отклонителя для подачи очистного агента на забой скважины расположена под углом к его оси и оси скважины, причем хвостовик отклонителя имеет продольное отверстие некруглой формы, большая часть которого параллельна его оси и оси скважины и расположена на расстоянии от оси отклонителя, равном не менее 1,5 величинам эксцентриситета со смещением в сторону эксцентриситета, в котором размещена горизонтальная ось, жестко соединенная с направляющим элементом, причем в подводящие каналы направляющего элемента и отклонителя вмонтирована эластичная втулка с возможностью осевого перемещения в канале направляющего элемента.
Недостатками этого устройства являются:
- невозможность осуществлять процесс бурения с промывкой скважины, так как для работы устройства необходима посадка обсадной колонны в скважину без зазора, необходимого для промывки скважины, как следствие, отсутствует вынос шлама, и охлаждение породоразрушающего элемента, что сильно сокращает ресурс устройства;
- сложность изготовления из-за большого количества сопрягаемых деталей, как следствие, зашламовывание центратора, направляющего элемента, отклонителя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины (патент № 2753428, МПК E21B 7/20, опубл. 16.08.2021 г., Бюл. №23) включающее бурильную и обсадную колонны, породоразрушающий элемент. Кроме того, породоразрушающий элемент выполнен в виде разбуриваемого долота, завинченного к нижнему концу обсадной колонны на упорной конической резьбе и снабженного седлом под шар, а в верхней части обсадной колонны установлен герметично переводник со шпонками, вставленными в ответные пазы, выполненные на верхнем торце обсадной колонны. Переводник также снабжен снизу долотом с отверстием для прохождения шара, а сверху проточкой, вставленной в сужение обсадной колонны, при этом угол конусности фаски проточки переводника выполнен обеспечивающим дополнительное расширение при выходе через сужение обсадной колонны, кроме того, переводник сверху снабжен резьбой для соединения с бурильной колонной, а снаружи сужение обсадной колонны снабжено эластичным элементом с наружным диаметром, равным диаметру обсадной колонны, при этом диаметр обсадной колонны на 10-15% меньше диаметра разбуриваемого долота.
Недостатками этого устройства являются:
- применение устройства возможно только как хвостовика;
- высокие временные и материальные затраты из-за длительного времени сборки устройства, так как трубы собираются сваркой;
- низкая механическая скорость, так как применяется только роторное бурение, нет возможности применить забойный двигатель.
Технической задачей является создание устройства для бурения на обсадной колонне, надежного в работе, позволяющего значительно сократить время на спуск устройства и бурение за счет сборки из стандартных обсадных труб и увеличить скорость бурения за счет возможности применения винтового забойного двигателя и разбуриваемого долота без использования специального расширителя.
Технические задачи решаются устройством для бурения на обсадной колонне, включающим обсадную колонну, разбуриваемое долото, переводник, установленный в верхней части обсадной колонны и снабженный сверху резьбой для соединения с бурильной трубой.
Новым является то, что обсадная колонна выполнена из обсадных труб, соединенных между собой муфтами, а разбуриваемое долото свинчено с забойным двигателем и выполнено в виде разбуриваемой бурильной головки с многогранным отверстием со вставленным в многогранное отверстие бурильной головки неразбуриваемым переводником, зафиксированным с бурильной головкой срезным элементом, разрушаемым во время извлечения переводника при упоре бурильной головки в торец соединительного устройства, при этом верхний переводник выполнен диаметром, равным диаметру муфты обсадных труб и оснащен центратором диаметром на 1,5-2% меньше внутреннего диаметра обсадных труб, выполненным из полимерного материала.
На фиг. 1 показано устройство для бурения на обсадной колонне.
На фиг. 2 показан переводник с центратором и фрагментом обсадной трубы.
На фиг. 3 показан разрез А-А.
Устройство для бурения на обсадной колонне включает обсадную колонну 1 (фиг. 1, 2), разбуриваемое долото 2, переводник 3, установленный в верхней части обсадной колонны 1 и снабженный сверху резьбой 4 для соединения с ведущей бурильной трубой (на фиг. 1 не показана).
Обсадная колонна 1 выполнена из обсадных труб 5, соединенных между собой муфтами 6. Разбуриваемое долото 2 свинчено с забойным двигателем 7 и выполнено в виде разбуриваемой бурильной головки 8 с многогранным отверстием 9 (фиг. 3), со вставленным в многогранное отверстие 9 бурильной головки 8 неразбуриваемым переводником 10, зафиксированным с бурильной головкой 8 срезным элементом 11, разрушаемым во время извлечения переводника 10 при упоре бурильной головки 8 в торец соединительной устройства 12 (фиг. 1). При этом верхний переводник 3 выполнен диаметром, равным диаметру муфты 6 обсадных труб 5 и оснащен центратором 13 диаметром на 1,5-2% меньше внутреннего диаметра обсадных труб 5, выполненным из полимерного материала.
Устройство работает следующим образом.
Собирают компоновку для бурения в следующей последовательности: разбуриваемое долото 2, забойный двигатель 6 (показаны на фиг. 1, 2 условно), соединительное устройство 12, обсадная колонна 1. На конструкцию соединительного устройства 12 авторы не претендуют, возможно использовать любое устройство, например, соединяющее компоновку для бурения и обсадную колонну 1 с возможностью последующего извлечения компоновки (патент RU №201342, МПК Е21В 7/20, опубл. 11.12.2020 г., Бюл. №35). Компоновку для бурения с обсадной колонной 1 спускаем в скважину. Под муфту 6 верхней обсадной трубы 5 обсадной колонны 1 устанавливают элеватор (на фиг. 1, 2 не указан), подвешивают обсадную колонну 1 на устье скважины. Переводник 3 с центратором 13 при помощи резьбы 4 соединяют с ведущей бурильной трубой, а при помощи резьбы 14 - с муфтой 6 обсадной колонны 1. Центратор 13 (фиг. 2) выполнен из полимерного материала и имеет диаметр на 1,5-2 % меньше внутреннего диаметра обсадных труб 5, что позволяет ускорить процесс свинчивания переводника 3 и муфт 6 обсадной колонны 1. Кроме того, центрирование переводника 3 позволяет уберечь резьбы муфт 6 обсадной колонны 1 (фиг. 1) которые критичны к перекосам за счет малой конусности.
При прокачивании промывочной жидкости буровым насосом через колонну обсадных труб 1 начинает работать забойный двигатель 6, и начинается процесс бурения. В процессе бурения, по мере углубления ствола скважины происходит наращивание обсадной колонны 1. Обсадная колонна 1 подвешивается на элеватор (на фиг. 1, 2 не указан) под муфту 6 верхней обсадной трубы 5 обсадной колонны 1, отвинчивают резьбу 14 и отсоединяют ведущую трубу, переводник 3 и центратор 13 от обсадной колонны 1. Благодаря центратору 13 при наращивании обсадной колонны 1 нет необходимости постоянного ручного навинчивания переводника 3 на муфту 6, поэтому ведущую трубу с переводником 3 и центратором 13 убирают в шурф. Как следствие, это приводит к сокращению времени и материальных затрат. Наращивание обсадной колонны 1 проходит по известной технологии. Добавляют обсадную трубу 5 с муфтой 6 и подвешивают на элеватор. Ведущую трубу с переводником 3 и центратором 13 достают из шурфа и соединяют с муфтой 6 обсадной колонны 1 при помощи резьбы 14, и продолжают бурение. Таким образом производят бурение до заданного интервала.
По достижению проектной глубины переводник 3 с центратором 13 отсоединяют от обсадной колонны 1, и на бурильных трубах спускают в нее ловильный инструмент (на фиг. 1, 2 не показан) для извлечения компоновки для бурения. Ловильный инструмент взаимодействует с соединительным устройством 12, забойный двигатель 6 и разбуриваемое долото 2 отсоединяются от обсадной колонны 1. Обсадная колонна 1 остается неподвижной, а забойный двигатель 6 и разбуриваемое долото 2 поднимаются вверх. При подъеме бурильная головка 8 разбуриваемого долота 2 упирается в торец 15 соединительного устройства 12. При создании осевой нагрузки вверх происходит разрушение срезного элемента 11 и неразбуриваемый переводник 10 отсоединяется от бурильной головки 8. Бурильная головка 8 остается на забое скважины, а забойный двигатель 6 и неразбуриваемый переводник 10 через обсадную колонну 1 извлекаются из скважины. После извлечения компоновки для бурения, производится цементирование обсадной колонны по известной технологии. Далее собирается компоновка для разбуривания цементного моста. Одновременно с цементным мостом разбуривается бурильная головка 8.
Устройство для бурения на обсадной колонне надежно в работе, позволяет значительно сократить время на спуск устройства и бурение за счет сборки из стандартных обсадных труб и увеличить скорость бурения за счет возможности применения винтового забойного двигателя и разбуриваемого долота без использования специального расширителя.