БУРИЛЬНАЯ ТРУБА С ЦЕНТРАТОРАМИ

Полезная модель относится к области буровой техники и может использоваться в компоновке бурильной колонны, предназначенной для бурения наклонных и горизонтальных участков скважин.
Известен упругий центратор (патент RU №2088742, Е21В 17/10, публ. 27.08.1997), содержащий ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными опорными планками.
Известен также центратор (патент RU №2387794, Е21В 17/10, публ. 27.04.2010), содержащий ствол и раздвижные уплотнительные элементы выполненные из упругого материала и установленные на стволе. Раздвижные уплотнительные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, двух переходящих один в другой шаровых пояса с равновеликими радиусами сфер, замыкаемых дальними торцами навстречу друг другу на цилиндрической по преимуществу части ствола, и армированы относительно упругим бандажом типа замкнутой лестницы или беличьего колеса, устанавливаемым в распор шаровых поясов.
Недостатком указанных изобретений является малая площадь соприкосновения опорных элементов со стенкой скважины, что может привести к возрастанию деформации упругих элементов, увеличению сопротивления при движении центратора по неровностям стенки скважины.
Известен упругий центратор (патент RU №2333343, Е21В 17/10, опубл. 10.09.2008), содержащий ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными планками. На стволе установлен дополнительный каркас. Дугообразные планки обоих каркасов жестко соединены прямыми опорными планками.
Недостатком данного технического решения является его низкая эффективность при бурении горизонтальных и наклонных участков скважин вследствие высокого сопротивления колонны бурильных труб продольному перемещению в процессе бурения из-за отсутствия, механизмов, снижающих силы сопротивления продольному перемещению колонны бурильных труб.
Известен центратор бурильного инструмента содержащий муфту для присоединения к колонне бурильных труб, соединенный с муфтой полый шток, крышку, являющуюся ограничителем хода для плашек, перемещающихся по конусному корпусу, переводник с гидравлическими каналами для промывочной жидкости, к которым приварены фонари с отверстиями, внутри которых расположены полые тефлоновые шары с плотностью, меньшей плотности промывочной жидкости, и цилиндр, являющиеся направляющими для поршня-толкателя, разрезанного на четыре части по числу плашек, резиновое кольцо, четыре винта, манжету, стальное нажимное кольцо, образующие сальниковый узел, башмак, гибко связывающий переводник и цилиндр, служащий также для соединения центратора с колонной бурильных труб (RU 2151853 от 23.11.1998, опубл. 27.06.2000 Бюл. №18). Однако данное изобретение решает техническую задачу улучшения очистки ствола горизонтальных скважин за счет эксцентричного расположения колонны бурильных труб, смещенной к верхней стенке горизонтального ствола и не направлено на снижение сил сопротивления продольному продвижению горизонтального участка колонны с целью повышения эффективности бурения скважин.
За прототип принято изобретение по з. №2019131273 (решение о выдаче от 15.01.2020), содержащее круглый трубчатый центратор, ребра центратора и эксцентричную полую емкость с размещенными внутри нее металлическими шарами, что одновременно обеспечивает снижение веса компоновки бурильных труб, центрацию колонны, эксцентриситет вращающейся колонны и генерирование механических колебаний.
Недостатком данного изобретения является снижение эффективности его работы при бурении наклонных скважин, что обусловлено скатыванием металлических шаров в нижнюю часть эксцентричной полой емкости с исключением их подвижности во время вращения бурильной колонны и, как следствие, прекращению генерации механических колебаний. Отсутствие механических колебаний приводит к росту сил сопротивления перемещению наклонного участка колонны и ведет к снижению эффективности бурения наклонных участков скважин.
Полезная модель направлена на снижение сил сопротивления продольному продвижению наклонному и горизонтальному участку колонны с целью повышения эффективности бурения скважин с наклонным и горизонтальным окончанием, а также увеличения максимально возможной протяженности горизонтального и сложнопрофильного участка при бурении скважин для повышения качества отработки месторождений нефти и газа.
Для этого бурильная труба с центраторами, содержащая круглый трубчатый центратор, ребра центратора и эксцентричную полую емкость с размещенными внутри нее металлическими шарами снабжена перегородками, разделяя, общий объем металлических шаров по отсекам эксцентричной полой емкости.
Разделяя, таким образом, общий объем металлических шаров 6 по отсекам эксцентричной полой емкости 5, исключается их скученность в ее нижней части. Объем шаров в каждом из отсеков, таким образом, не создает препятствия для перемещения шаров в пространстве отсека с обеспечением генерации механических колебаний в процессе вращения бурильной трубы даже в наклонной скважине.
Такое выполнение конструкции одновременно обеспечивает снижение веса компоновки бурильных труб, центрацию колонны, эксцентриситет вращающейся колонны и генерирование механических колебаний даже при бурении наклонных скважин.
Снижение веса участка компоновки обеспечивается благодаря наличию эксцентричной полой емкости с перегородками, соединенной с обоих концов с круглыми трубчатыми центраторами. Кроме того, наличие эксцентричной полой емкости с перегородками обеспечивает при вращении колонны бурильных труб повышение центробежной силы, что в процессе бурения будет способствовать «поднятию» участка колонны бурильных труб с обеспечением вращения колонны вокруг оси скважины. Подобный вид вращения колонны будет снижать коэффициент трения между колонной и станками скважины, способствовать более эффективному очищению ствола скважины от шлама, снижать силу необходимую для продольного перемещения горизонтального и наклонного участка ствола скважины.
Заявляемая конструкция иллюстрируется на чертеже.
Где: металлический корпус 1, соединительные элементы 2, трубчатый центратор 3, ребра трубчатого центратора 4, эксцентричная полая емкость 5, металлические шары 6, перегородки 7.
В процессе бурения, трубчатый центратор 3 и ребра трубчатого центратора 4 обеспечивают центрацию в стволе скважины колонны бурильных труб горизонтального и наклонного участка, при этом обеспечивается снижение площади соприкосновения колонны бурильных труб о стенки скважины, что способствует более эффективному продольному продвижению колонны бурильных труб. Также в процессе бурения трубчатый центратор 3 и эксцентричная полая емкость 5 с перегородками 7 из-за эффекта плавучести снижают вес участка колонны бурильных труб, что также благоприятно сказывается на продвижении горизонтального участка скважины. Кроме того, эксцентричная полая емкость 5 создает эксцентриситет центра масс поперечного сечения трубы с центрирующими элементами, что в процессе бурения приводит к возникновению центробежной силы, которая в свою очередь заставляет двигаться прилегающий к ней участок колонны вокруг оси скважины, тем самым создавая благоприятные условия для продвижения колонны бурильных труб в горизонтальном участке скважины. При этом эксцентричная полая емкость 5 с перегородками 7 содержит равномерно размещенные в ней стальные шары 6, которые в процессе вращения колонны ударяясь о стенки, и соударяясь друг с другом, начинают генерировать вибрационные колебания, возникновение которых, приводит к снижению коэффициента трения между колонной бурильных труб и стенками скважины. Одновременно с этим перегородки 7 разделяют общий объем стальных шаров 6 на равные части внутри эксцентричной полой емкости 5, препятствуя их скученности в ее нижней части, при бурении наклонных скважин обеспечивая, таким образом, непрерывное генерирование вибрационных колебаний. Наличие металлических шаров 6 увеличивает эксцентриситет эксцентричный полой емкости 5.
Работа устройства.
Крутящий момент и осевое усилие передается на корпус 1 посредством соединительных элементов 2, при этом трубчатый центратор 3 и ребра трубчатого центратора 4 обеспечивают центрацию корпуса 1 в стволе скважины с одновременным снижением контактной площади поверхности. Эксцентричная полая емкость 5 в процессе вращения обеспечивает вид вращения бурильных труб вокруг оси скважины, а металлические шары 6 ударяясь о стенки и соударяясь друг с другом начинают генерировать вибрационные колебания, возникновение которых, приводит к снижению коэффициента трения между колонной бурильных труб и стенками скважины, увеличивая смещение центра масс эксцентричный полой емкости 5. Перегородки 7 эксцентричной полой емкости 5 при бурении наклонных участков скважин препятствуют скатыванию металлических шаров в ее нижнюю часть с сохранением возможности генерации механических колебаний.
Технический результат заявляемой конструкции заключается в снижении сил сопротивления колонны продольному продвижению в наклонном и горизонтальном участке ствола и обеспечению проходки более протяженных скважин с горизонтальным и сложнопрофильным окончанием.