Соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной

Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а именно к способам бурения на обсадной колонне.
Известен буровой снаряд для бурения с одновременной обсадкой (Патент RU №166522, МПК Е21 В 7/20, опубл. 27.11.2016 г., бюл. №33), включающий бурильную колонну, буро-расширяющий узел (БРУ) с раздвижными резцами, обсадную колонну с башмаком, соединительный узел верхних концов бурильной и обсадной колонн, при этом БРУ содержит подпружиненный подвижный плунжер, выполненный с возможностью заглубления раздвижных резцов при их спуске и подъеме в прорези, проделанные в средней его части и сориентированные с ними с помощью шпонки и паза, фиксации раздвижных резцов в рабочем положении во время их выхода из башмака обсадной колонны за счет его цельной верхней части и сброса промывочной жидкости в межтрубное пространство, через сливные отверстия при совмещении их со сливными отверстиями в корпусе БРУ, а также долото для бурения опережающей пилот-скважины, при этом верхние концы бурильной и обсадной колонн соединяют на резьбах с вертлюгом-сальником.
Недостатками данной конструкции являются:
- большое количество сопрягаемых деталей и сложный процесс работы, что уменьшает надежность в процессе эксплуатации;
- бурение только с применением ротора, не позволяющее использовать забойный двигатель, что тоже уменьшает надежность работы узлов в процессе бурения;
- сложный механизм складывания резцов расширителя, что может затруднить процесс работы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной (Патент RU №2663856, МПК Е21 В 7/20, Е21 В 7/28, опубл. 10.08.2018 г., бюл. №22), включающий обсадную колонну с башмаком, вставленный в обсадную колонну переходник бурового инструмента, плунжер с верхней проточкой, вставленный в переходник с возможностью ограниченного упором перемещения вниз в транспортное положение с возможностью совмещения верхней проточки с подвижными шпонками, при этом плунжер относительно переходника и башмака зафиксирован в верхнем - рабочем положении срезными элементами, внутренний диаметр башмака изготовлен меньше внутреннего диаметра обсадной колонны, но больше наружного диаметра бурового инструмента, причем башмак оснащен окнами, расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник - отверстиями, совмещенными в рабочем положении с окнами башмака, при этом в отверстия и окна вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника благодаря ограничителям шпонки, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером, при этом переходник ниже упора оснащен проточками под ловильный инструмент, оснащенный расширением, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером и переводом его в транспортное положение, при этом шпонки сверху и снизу снабжены фасками под соответствующие наклонные поверхности окон башмака.
Недостатком данной конструкции является то, что при выходе шпонок из отверстий башмака компоновка, расположенная ниже соединительного узла, за счет собственного веса может уйти вниз до того, как ловильный инструмент состыкуется с соответствующими проточками, что значительно осложнит извлечение оборудования и может привести к аварийной ситуации.
Технической задачей является создание конструкции узла крепления, позволяющей надежно зафиксировать и удерживать буровой инструмент с обсадной колонной в процессе бурения, а также гарантированно состыковаться ловильным инструментом с извлекаемой компоновкой после ее отцепа от обсадной колонны.
Техническая задача решается соединительным узлом бурового инструмента с обсадной колонной, включающим обсадную колонну с башмаком, вставленный в обсадную колонну переходник бурового инструмента, плунжер с верхней проточкой, вставленный в переходник с возможностью ограниченного упором перемещения вниз в транспортное положение с возможностью совмещения верхней проточки с подвижными шпонками, при этом плунжер относительно переходника и башмака зафиксирован в верхнем - рабочем положении срезными элементами, внутренний диаметр башмака изготовлен меньше внутреннего диаметра обсадной колонны, но больше наружного диаметра бурового инструмента, причем башмак оснащен окнами, расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник - отверстиями, совмещенными в рабочем положении с окнами башмака, при этом в отверстия и окна вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника благодаря ограничителям шпонки, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером, при этом переходник ниже упора оснащен проточками под ловильный инструмент, оснащенный расширением, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером и переводом его в транспортное положение, при этом шпонки сверху и снизу снабжены фасками под соответствующие наклонные поверхности окон башмака.
Новым является то, что переходник сверху оснащен наружным кольцевым выступом, а башмак снизу изнутри - сужением, выполненным с возможностью взаимодействия с нижним торцом кольцевого выступа переходника при выходе шпонок из отверстий башмака.
На фиг. 1 изображен соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной с частичным осевым разрезом в процессе работы.
На фиг. 2 изображен соединительный узел бурового инструмента в момент отсоединения и захвата ловильным инструментом с частичным разрезом.
На фиг. 3 изображен вид А - соединительный узел бурового инструмента в момент отсоединения и захвата ловильным инструментом.
Соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной включает обсадную колонну 1 (фиг. 1) с башмаком 2 (фиг. 1, 3), вставленный в обсадную колонну 1 (фиг. 1) переходник 3 (фиг. 1, 3) бурового инструмента, плунжер 4 с верхней проточкой 5, вставленный в переходник 3 с возможностью ограниченного упором 6 перемещения вниз - в транспортное положение с возможностью совмещения верхней проточки 5 с подвижными шпонками 7. Плунжер 4 относительно переходника 3 и башмака 2 зафиксирован в верхнем - рабочем положении срезными элементами 8, внутренний диаметр башмака 2 изготовлен меньше внутреннего диаметра обсадной колонны 1 (фиг. 1), но больше наружного диаметра бурового инструмента 9. Кроме того, башмак 2 оснащен окнами 10 (фиг. 2, 3), расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник 3 (фиг. 1, 3) - отверстиями 11, совмещенными в рабочем положении с окнами 10 (фиг. 2, 3) башмака 2 (фиг. 1, 3), при этом в отверстия 11 и окна 10 (фиг. 2, 3) вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника 3 (фиг. 1, 3) благодаря внутренним ограничителям (на фиг. не пронумерованы) шпонки 7. Шпонки 7 подпираются в рабочем положении изнутри плунжером 4. При этом переходник 3 ниже упора 6 оснащен проточками 12 под ловильный инструмент 13 (фиг. 2, 3), оснащенный расширением 14, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером 4 (фиг. 1, 3) и переводом его в транспортное положение, при этом шпонки 7 сверху и снизу снабжены фасками 15 (фиг. 2, 3) под соответствующие наклонные поверхности 16 окон 10 башмака 2 (фиг. 1, 3).
Кроме того, переходник 3 сверху оснащен наружным кольцевым выступом 17 (фиг. 3), а башмак 2 снизу изнутри - сужением 18, выполненным с возможностью взаимодействия с нижним торцом кольцевого выступа 17 переходника 3 при выходе шпонок 7 из отверстий башмака 2.
Соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной работает следующим образом.
Собирают компоновку для бурения в следующей последовательности: буровой инструмент 9 (фиг. 1), включающий долото, расширитель и забойный двигатель (показаны на фиг. 1 и 2 условно), затем соединительный узел и далее обсадная колонна 1. На конструкцию бурового инструмента 9 авторы не претендуют. Буровой инструмент 9 на небольших глубинах - до 400 м - может не содержать забойный двигатель, а вращаться под действием устьевого ротора (на фиг. 1 и 2 не показан). Башмак 2 (фиг. 1, 3) оснащен окнами 10 (фиг. 2, 3), расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник 3 (фиг. 1, 3) - отверстиями 11, совмещенными в рабочем положении с окнами 10 (фиг. 2. 3) башмака 2 (фиг. 1, 3), а в отверстия 11 и окна 10 (фиг. 2, 3) вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника 3 (фиг. 1, 3) благодаря ограничителям шпонки 7, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером 4, который зафиксирован в рабочем положении срезными элементами 8. При прокачивании промывочной жидкости буровым насосом через колонну обсадных труб 1 начинает работать забойный двигатель бурового инструмента 9, режущие элементы (показаны условно) расширителя выходят в рабочее положение, и начинается процесс бурения с одновременным расширением. Также возможно вращение колонны труб 1 устьевым ротором с промывкой и выводом плашек бурового инструмента 9 в рабочее положение. В этом рабочем положении плашки воспринимают передаваемую на буровой инструмент 9 осевую нагрузку и удерживают крутящий момент, передаваемый устьевым ротором или забойным двигателем бурового инструмента 9, который создается во время его работы. Герметизация соединительного узла обеспечивается уплотнительными элементами (на фиг. 1 и 2 не показаны). Таким образом производят бурение до заданного интервала с одновременным спуском и установкой обсадной колонны 1.
Затем в колонну обсадных труб на бурильных трубах спускают ловильный инструмент 13 (фиг. 2, 3), оснащенный расширением 14, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером 4 (фиг. 1, 3) и переводом его в транспортное положение до упора 6. При этом срезаются срезные элементы 8, а верхняя проточка 5 совмещается со шпонками 7. Кроме того, ловильный инструмент 13 (фиг. 2, 3) входит в проточки 12 (фиг. 1, 3) переходника 3 и жестко фиксируется. Для исключения ситуации преждевременного ухода бурового инструмента вниз до того, как ловильный инструмент 13 (фиг. 2, 3) совместится с проточками 12 (фиг. 1, 3) переходника 3, и его надежной фиксации он оснащен наружным кольцевым выступом 17 (фиг. 3), а башмак 2 снизу изнутри - сужением 18, выполненным с возможностью взаимодействия с нижним торцом кольцевого выступа 17 переходника 3 при выходе шпонок 7 из отверстий башмака 2.
Таким образом происходит надежная фиксация бурового инструмента с обсадной колонной в процессе бурения, а также состыковка ловильным инструментом с извлекаемой компоновкой, исключаются аварийные ситуации.
При подъеме бурового инструмента фаски 15 (фиг. 2, 3) шпонок 7 (фиг. 1, 3) взаимодействуют с соответствующими наклонными поверхностями 16 (фиг. 2, 3) окон 10 башмака 2 (фиг. 1, 3) и заходят в проточку 5 плунжера 4, освобождая переходник 3 от башмака 2. Далее буровой инструмент 9 вместе с переходником 3, плунжером 4 и ловильным инструментом 13 (фиг. 2, 3) извлекают на устье скважины. Колонна обсадных труб 1 (на фиг. не показано) с башмаком 2 остается в скважине и цементируется по известной технологии.
Предлагаемая конструкция соединительного узла бурового инструмента с обсадной колонной позволяет надежно зафиксировать и удерживать буровой инструмент с обсадной колонной в процессе бурения, а также гарантированно состыковаться ловильным инструментом с извлекаемой компоновкой после ее отцепа от обсадной колонны, позволяя исключать аварийные ситуации.