Башмак прорабатывающий
WORKING BOTTOM

Изобретение относится к области строительства скважин и предназначено для оборудования низа обсадной колонны с целью направления ее по стволу скважины, в частности к устройствам, предназначенным для проработки ствола скважины во время обсадки нефтяных и газовых скважин, устанавливаемым в направляющей части колонны или хвостовика.
Известен прорабатывающий башмак (патент RU № 184027, МПК Е21В 37/00, 21/00, опубл. 12.10.2018), который содержит переводник, соединенный с помощью муфты со спиральной мандрелью, имеющей, по меньшей мере, один винтовой паз, и оправку, с одной стороны которой расположен буровой башмак, а с другой - патрубок с, по меньшей мере, одним штифтом, оправка установлена подвижно на спиральную мандрель внутри корпуса, жестко связанного с переводником, штифт располагается в пазе, при этом форма винтового паза в поперечном сечении имеет форму трапеции с расширением к продольной оси башмака, а штифт имеет ступенчатую цилиндрическую форму с коническим переходом.
Недостатком данного башмака является наличие вертикально подвижных частей, работающих по принципу винтовой пары, которая в случае попадания обломков шлама при проработке может заклинить его работу. Наконечник имеет большие продольные лопасти, которые как правило забиваются прорабатываемым шламом и теряют свою первоначальную функциональную нагрузку. Также на лопастях башмака отсутствует твердосплавное вооружение.
Также известен башмак с силовым приводом (патент RU № 189972, МПК Е21В 7/20, 17/14, опубл. 13.06.2019), включающий клапанный узел, силовую секцию, состоящую из статора и ротора винтового забойного двигателя, шпиндельную секцию, состоящую из карданного вала, корпуса, осевой опоры и радиальной опор и вала, соединенного с башмаком-наконечником, содержащим промывочные отверстия, при этом промывочные отверстия башмак-наконечника направлены под углом α от 1 до 89 градусов противоположно направлению спуска обсадной колонны и размещены на его боковой поверхности.
Недостатком данного башмака является сложность конструкции в целом. Наличие на башмаке - наконечнике больших боковых винтовых лопастей с вооружением, затрудняет спуск обсадной колонны, т.к. происходит перекрытие радиального сечения скважины, в результате чего между лопастей образуется сальник из остатков проработанного шлама. При этом промывочные отверстия направлены вверх от забоя (прорабатываемого участка), отсутствует центральное промывочное отверстие. Таким образом при прохождении суженных участков ствола скважины в процессе спуска прорабатываемый шлам не вымывается и налипает на лопасти башмака создавая поршень, что в конечном итоге приводит к росту давления ниже обсадной колонны и разрыву слабых пластов. Полусферическое окончание башмака с агрессивно выпирающими зубками приводит в самопроизвольному забуриванию второго ствола при наличии сужений с малым проходным сечением.
Наиболее близким является башмак прорабатывающий (патент RU № 2738057, МПК Е21В 37/00, опубл. 07.12.2020), включающий разбуриваемую мандрель с проходным каналом и винтовыми пазами, корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, штифты, установленные подвижно в пазы мандрели, при этом штифты жестко установлены в нижней части корпуса, вооруженный башмак, снабженный лопастями в нижней части и боковыми промывочными отверстиями, жестко соединён снизу с мандрелью, снабженной в верхней части гидравлической насадкой, корпус в средней части снабжен радиальными отверстиями, а в верхней части - клапаном в проходном канале и гидравлической насадкой с седлом, при этом вооруженный башмак, гидравлические насадки и клапан выполнены из легкоразбуриваемого материла, а площади сечений гидравлических насадок и радиальных отверстий корпуса подобраны таким образом, чтобы при создании определенного расхода жидкости и осевой нагрузки на вооруженный башмак он создавал поступательно-вращательное движение вниз.
Недостатком башмака является наличие на корпусе вооруженного башмака больших лопастей, затрудняющих спуск обсадной колонны, т.к. происходит перекрытие радиального сечения скважины, в результате чего между лопастей образуется сальник из остатков проработанного шлама. Также недостатком является отсутствие центрального промывочного отверстия. Таким образом в процессе спуска башмака прорабатываемый шлам не будет вымываться и будет налипать на лопасти башмака, создавая поршень, что в конечном итоге приведет к росту давления ниже обсадной колонны и разрыву слабых пластов.
Техническими задачами настоящего изобретения являются повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, простота конструкции, надежное прохождение суженных участков ствола с проработкой без заклинка и посадок.
Технические задачи решаются башмаком прорабатывающим, включающим корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, снабженный боковыми промывочными отверстиями и лопастями в нижней части.
Новым является то, что корпус выполнен полым с нижней частью в форме конусообразного наконечника и дополнительно снабжен центральным промывочным отверстием, при этом центральное и боковые промывочные отверстия направлены вниз, конусообразный наконечник оснащен как минимум тремя лопастями, выполненными прямыми или винтовыми и имеющими плоскую форму, лопасти по всей поверхности равномерно оснащены плоскими твердосплавными зубками, размещенными на одном уровне с поверхностью лопасти, а длина лопасти составляет 0,3-0,5 длины цилиндрической части корпуса, причем башмак прорабатывающий изготовлен из легко разбуриваемого материала и диаметр башмака прорабатывающего по лопастям не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины.
На фиг. 1 представлен общий вид башмака прорабатывающего с прямыми лопастями, на фиг. 2 представлен вид снизу.
На фиг. 3 представлен вид конусообразного наконечника башмака в разрезе сечения А-А.
На фиг. 4 представлен общий вид башмака прорабатывающего.
На фиг.5 представлен общий вид башмака прорабатывающего с винтовыми лопастями, на фиг. 6 представлен вид снизу башмака с винтовыми лопастями.
Башмак прорабатывающий включает полый корпус 1 (см. фиг. 1, 2) с цилиндрической частью и присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной (на фиг. 1-6 не показаны) и с нижней частью в форме конусообразного наконечника, что увеличивает проходимость башмака. Корпус 1 (см. фиг. 3) снабжен боковыми промывочными отверстиями 2 (см. фиг. 2, 3), дополнительно снабжен центральным промывочным отверстием 3, которое проходит по всей оси корпуса 1 (см. фиг. 3) башмака. Причем центральное 3 и боковые промывочные отверстия 2 направлены вниз. Наличие центрального 3 и боковых промывочных отверстий 2 исключает налипание шлама во время спуска башмака прорабатывающего, таким образом повышает надежность спуска и установки башмака, а также качество работ. Конусообразный наконечник оснащен как минимум тремя лопастями 4 (см. фиг. 1, 2), выполненными прямыми или винтовыми (см. фиг. 1, 3, 5, 6) и имеющими плоскую форму. Прямые или винтовые лопасти 4 могут быть выфрезерованы в корпусе 1 (см. фиг. 1, 3) или могут быть наварены на корпус 1 посредством сварки.  Применение башмака с прямыми или винтовыми лопастями 4 (см. фиг. 1, 3, 5, 6) обеспечивает одинаковый положительный эффект.
При этом лопасти 4 по всей поверхности оснащены плоскими твердосплавными зубками 5 (см. фиг. 3), размещенными на одном уровне с поверхностью лопасти 4. Оснащение лопастей 4 плоскими твердосплавными зубками 5 обеспечивает прочность самого корпуса 1 башмака, так как усиливает и повышает износостойкость самого башмака. Твердосплавные плоские зубки 5 устанавливают посредством запрессовки или запайки вровень (на одном уровне) с поверхностью лопасти 4, т.е. зубки 5 не выступают, не увеличивают общий диаметр нижней части корпуса 1 башмака по лопастям 4.  А длина лопасти 4 составляет 0,3-0,5 длины цилиндрической части корпуса 1. Например, если длина цилиндрической части корпуса 1 башмака равна 150 мм, то длина лопасти 4 соответствует 50 мм, т.е. 0,3 длины. Или, например, при длине цилиндрической части корпуса 1 башмака 196 мм длина лопасти соответствует 90 мм, т.е. 0,46 длины (округляем до 0,5 длины). Таким образом, лопасти 4 (см. фиг. 3, 5) с плоскими твердосплавными зубками 5 (см. фиг. 3) размещены на конусообразном, в т.ч. и торцевом участке наконечника - в нижней части корпуса 1 башмака (см. фиг. 4). Башмак прорабатывающий изготовлен из легко разбуриваемого материала, например, из алюминия или дюралюминия. За счет применения легко разбуриваемых материалов появляется возможность разбуривания башмака и при необходимости углубления скважины. Диаметр прорабатывающего башмака по лопастям 4 не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины, в которую спускается башмак. Это обеспечивает свободное прохождение башмака прорабатывающего по стволу скважины без прихвата. Так, например, при диаметре долота Д - 143 мм, диаметре муфты обсадной трубы - 127 мм и эффективном диаметре Dэф ствола скважины, равном 135 мм, диаметр прорабатывающего башмака по лопастям равен 131 мм, т.е. не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины. Это обеспечивает свободное и надежное прохождение башмака прорабатывающего через суженные участки ствола скважины без прихвата.
Башмак прорабатывающий работает следующим образом.
Башмак прорабатывающий соединяют с обсадной колонной (на фиг. 1-6 не показана) по присоединительной резьбе в верхней цилиндрической части корпуса 1 (см. фиг. 1, 3) и спускают в скважину. По достижении участков сужения или осложненных осыпаниями и обвалами мест, ограничивающих дальнейший спуск, создают дополнительное осевое усилие с подачей технологической жидкости через обсадную колонну и производят вращение обсадной колонны вправо с медленным перемещением всей колонны вниз. В результате вращения лопастей 4 (см. фиг. 3), оснащенных плоскими твердосплавными зубками 5, расположенных на центральной части башмака, происходит разрушение препятствий из горной породы, корки бурового раствора и шлам вымывается в направлении, противоположном направлению спуска обсадной колонны.
Предлагаемый башмак прорабатывающий повышает надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, имеет простую конструкцию, обеспечивает надежное прохождение суженных участков ствола с проработкой без заклинка и посадок.