СПОСОБ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ ЕЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ И БУРИЛЬНАЯ ТРУБА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
BOREHOLE CLEANOUT AT DRILLING OF ITS HORIZONTAL SECTIONS AND DRILLING PIPE TO THIS END

Изобретение относится к горной промышленности, а именно, к способам очистки ствола скважины при бурении, преимущественно, ее горизонтальных участков и к бурильным трубам для осуществления способа.
1. Способ очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
1.1. Существующее положение проблемы: ухудшение объективных условий горизонтального бурения.
Из уровня данной области техники (см. ниже) установлено, что принцип необходимости и достаточности совокупности существенных признаков для достижения технического результата - надежное и эффективное бурение, работает в определенных ограниченных условиях - при бурении вертикальных скважин.
В ходе анализа существующего положения проблемы бурения горизонтальных участков ствола скважины выявлено, почему вышеуказанный технический результат не достигается. Бурение не надежно и не эффективно, вследствие интенсивного выпадения шлама, последующего оседания и отложения его частиц - выбуренной породы на нижней стенке горизонтальных участков ствола скважины.
Для обеспечения технического результата - повышение надежности и эффективности бурения в изменившихся условиях, то есть в условиях бурения горизонтальных участков ствола скважины, необходимо достигнуть решение соответствующей технической задачи. То есть необходимо обеспечить качественную и эффективную очистку горизонтальных участков ствола скважины.
Известные способы очистки ствола скважины, связанные с периодической остановкой работ по бурению для необходимости очистки уже не обеспечивают надежного и эффективного бурения, так как допускают систематическое его забивание и, как следствие, систематическое прекращение процесса бурения на время его очистки.
В заявляемом же способе очистки негативные условия - выпадения шлама и последующее оседание и отложение (накопление) его частиц в «русле» горизонтальных участков ствола скважины устранены.
Заявляемый способ, как обосновано его автором, обеспечивает качественную и эффективную очистку горизонтальных участков ствола скважины, путем профилактики выпадения шлама и последующего оседания и отложения (накопления) его частиц в «русле» скважины, в процессе бурения.
Что касается вертикального бурения, то удаление выбуренной породы в виде частиц шлама осуществляется с удовлетворительным качеством и эффективностью, так как вектор выпадения и оседания шлама под действием сил гравитации и вектор восходящего потока промывочной жидкости, противоположно направлены и ограничены в одной, вертикальной плоскости - пространством вертикального ствола скважины. Поэтому выбуренная порода в форме массы шлама, с удовлетворительным качеством и эффективностью выносится более сильным вектором восходящего потока промывочной жидкости непрерывно, равномерно - вокруг колонны бурильных труб (с затрубного пространства).
То есть очистка ствола скважины на ее вертикальных участках осуществляется с удовлетворительным качеством и эффективностью, с обеспечением выноса наружу выбуренной породы в процессе бурения, в силу благоприятных условий бурения.
Поэтому, чем больше изменяются условия вертикального бурения - на наклонно-горизонтальные, то есть, чем больше отклоняются от вертикального направления процесса бурения, тем более снижается качество и эффективность очистки ствола скважины (вымывание и вынос выбуренной породы).
Следовательно, тем более снижается надежность и эффективность бурения. При достижении положения, когда вектор выпадения шлама и осаждения его частиц (действие сил гравитации) и вектор потока промывочной жидкости принимают взаимно-перпендикулярное направление, вынос выбуренной породы осуществляется наименее качественно и эффективно. То есть в этих условиях процесс бурения - наименее надежен и эффективен.
Проанализируем такие неблагоприятные условия бурения ствола скважины с горизонтальными участками.
Если рассмотреть протяженный (например до ~2500 м) горизонтальный участок ствола скважины (фиг.1, поз.1.1.), то проходящая сквозь нее колона бурильных труб (поз.1.2.) не соостна (в горизонтальной плоскости) с цилиндрической полостью ствола скважины, а провисает под собственным весом - силой тяжести и ложится значительной частью (поз.1.3.) своей протяженности (например, до ~2500 м) на нижнюю стенку ствола скважины (поз.1.4.). Следовательно, процесс бурения горизонтальных участков ствола скважины (фиг.1) ведется в условиях, где длиномерная, горизонтально направленная колонна бурильных труб (поз.1.3.) вращается, «уложенная» на нижнюю стенку ствола скважины.
Более того, такие неблагоприятные условия бурения усиливаются тем, что между лежащей на нижней стенке ствола скважины и трущейся о нее (поз.1.4.) колонной бурильных труб (поз.1.3.), затрубное пространство отсутствует, т.к. оно «заглушено» прилеганием колонны бурильных труб, с силой ее тяжести.
В результате в зоне соприкосновения колонны бурильных труб (поз.1.3.) с нижней стенкой ствола скважины (поз.1.4.) создается некая «мертвая зона», где отсутствующий горизонтально направленный восходящий поток (поз.1.5.) промывочной жидкости преодолевается вертикально вниз направленной (см. на фиг.3, поз.3.5.) силой гравитации частиц шлама.
В создавшихся условиях процесс горизонтального бурения сопровождается интенсивным выпадением шлама, осаждением и отложением его частиц на нижней стенке ствола скважины, по линии контакта ее с колонной бурильных труб (см. на фиг.1 - последовательность забивания ствола скважины: сечения А-А; Б-Б; В-В).
Вследствие выпадения шлама, осаждения и отложения его частиц вдоль колонны бурильных труб, на нижней стенке ствола скважины, линия контакта и трения (см. фиг.2, поз.2.1.) перерастает, соответственно, в площадь контакта (см. фиг.3 поз.3.1., фиг.4 поз.4.1.) и трения, с многократным возрастанием передаваемой через колонну бурильных труб осевой нагрузки и крутящего момента.
Следствием возросших указанных нагрузок является многократное уменьшение механической скорости бурения, то есть многократно снижается надежность и эффективность бурения.
Проанализируем динамику изменения (ухудшения) условий бурения на рассматриваемом горизонтальном участке ствола скважины.
Итак, поток (фиг.1, поз.1.5.) восходящей промывочной жидкости в зоне выпадения шлама, оседания и отложения его частиц (в нижней части затрубного пространства) не работает, то есть выбуренная порода промывочной жидкостью (поз.1.5.) не перемещается и не удаляется (не выносится).
Более того, в «зоне отложения» порода, от перемещения и удаления восходящим потоком промывочной жидкости, «защищается» утрамбовывающей ее в ходе вращения колонной бурильных труб (поз.3.1., поз.4.1.).
К какому состоянию приходит горизонтальный участок ствола скважины, в ходе его бурения?
На фиг.1 и на фиг.2-4 изображена последовательность забивания горизонтального участка ствола скважины, в ходе его бурения, вследствие выпадения шлама, осаждения и отложения его частиц (см. поперечные сечения: А-А, Б-Б, В-В на фиг.1).
Как наглядно изображен горизонтальный участок ствола скважины, в ходе его бурения, никакого активно циркулирующего восходящего потока промывочной жидкости на этом участке, для профилактики выпадения шлама и перемещения (выноса) выбуренной и отложившейся породы не может быть осуществлено. Следовательно, исключается перемещение и вынос отложившейся породы восходящим потоком промывочной жидкости с нижней стенки ствола скважины (фиг.1, фиг.2 - фиг.4).
Выпадая и оседая под действием сил гравитации, частицы шлама попадают в естественно создавшийся своеобразный «механизм-ловитель», образовавшийся тремя факторами. Сужающийся к «нулю» конический проем (поз.3.2.) между стенкой (поз.3.4) ствола скважины и вращающейся (по стрелке поз.3.3) поверхностью колонны бурильных труб (поз.3.1), совместно с силами гравитации (по стрелке поз.3.5) обеспечивают интенсивное нарастание массы отложившейся породы на нижней стенке ствола скважины (поз.1.4.).
В процессе бурения оседающая порода проникает под колонну бурильных труб (поз.1.3), утрамбовываясь последней, откладывается, вытесняет ее же к центру и далее, выше, в полости скважины (см. горизонтальный участок ствола скважины в разрезах: фиг.2 - фиг.4).
Таким образом, вследствие объективно существующих неблагоприятных условий при горизонтальном бурении, шлам интенсивно выпадает, его частицы откладываются (накапливаются), заполняют нижнюю стенку горизонтального участка ствола скважины и вытесняют бурильную колонну выше, по схеме позиций на фигурах 1, 2-4.
К каким негативным последствиям приводит подобная динамика выпадения шлама, нарастания массы его частиц (породы) на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины?
На фиг.1, 2-4 изображены смоделированные (для наглядности) условия бурения горизонтального участка ствола скважины: динамика отложения массы выбуренной породы на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины, как следствие выпадения шлама.
Негативные последствия объективных условий бурения горизонтальных участков ствола скважины:
- кратно увеличиваются крутящий момент и осевая нагрузка, передаваемые инструменту (долото);
- соответственно, кратно увеличиваются энергетические затраты на единицу длины проходки скважины;
- для исключения прихвата, «опасности» возможности разрыва и потери бурильной колонны, необходимость периодической очистки горизонтального участка ствола скважины, то есть периодическое прекращение работ по бурению скважины;
- как следствие всего негативного, снижается надежность и эффективность бурения, увеличиваются сроки изыскательских работ, повышается стоимость конечного продукта, например, нефти и газа, снижается их конкурентоспособность на мировом рынке.
Выводы
Из приведенного анализа существующего положения проблемы необходимо сделать выводы:
1.1.1. Следствием вскрытых, объективно существующих негативных условий горизонтального бурения является интенсивное выпадение шлама, последующее оседание и отложение его частиц на нижней стенке ствола скважины. Поскольку поток промывочной жидкости «способен» нести выбуренную породу только в своей активной зоне - верхней половине горизонтального участка ствола скважины и только в течении ограниченного времени, до выпадения шлама.
1.1.2. Следовательно, чтобы обеспечить качественную и эффективную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, необходимо синхронно осуществлять непрерывное перемещение (активацию) шлама в затрубном пространстве, на всем протяжении горизонтального участка ствола скважины - в активную зону потока промывочной жидкости, в верхнюю часть ствола скважины, то есть необходимо осуществлять способ очистки путем профилактики выпадения шлама.
1.1.3. Профилактика выпадения шлама, в свою очередь, может быть осуществлена в процессе бурения, посредством сообщения энергии вращающихся труб (в составе колонны) - потоку промывочной жидкости в затрубном пространстве.
1.1.4. А поскольку в настоящее время таких способов не разработано и не предложено, то известные способы очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков содержат недостатки:
1.1.4.1. Низкое качество и эффективность очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков;
1.1.4.2. Возрастает степень и вероятность прихвата и потери бурильной колонны, вследствие некачественной очистки горизонтальных участков ствола скважины от выбуренной породы, то есть снижается надежность бурения;
1.1.4.3. Как следствие по п.1.1.4.2., низкая эффективность горизонтального бурения из-за необходимости периодического прекращения бурения и очистки от отложившейся выбуренной породы на горизонтальных участках ствола скважины.
1.2. Техническая задача для решения заявляемым способом очистки:
Разработать способ по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
1.3. Достигаемый технический результат
Как следствие решения задачи по п.1.2., достигается технический результат: «повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины».
1.4. О необходимости обеспечения условий при бурении горизонтальных участков ствола скважины, при которых причинно-следственно достигается положительный технический результат.
Из аналитических исследований существующего положения проблемы (условий) горизонтального бурения установлено, что технический результат - повышение надежности и эффективности бурения не достигается, вследствие объективно существующей причины: процесс горизонтального бурения сопровождается интенсивным выпадением шлама. Последующая причинно-следственная цепь негативных явлений: оседание и отложение частиц шлама (выбуренной породы) на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины, необходимость прекращения проходки ствола скважины, необходимость его очистки от отложений породы (фиг.1, фиг.3-4).
«Следствие, порожденное некой причиной, само становится причиной другого явления; последнее, в свою очередь, оказывается причиной третьего явления и т.д. Эту последовательность явлений, связанных друг с другом отношением жесткой внутренней необходимости, называют причинной или причинно-следственной цепью. Ее можно более точно назвать «цепью причинения», что подчеркивает не статический, а динамический характер этой цепи: ее звенья не существуют в готовом неизмененном виде, они последовательно возникают и исчезают, одно порождая (причиняя) другое».
Философская энциклопедия. Главный редактор Ф.В. Константинов. Том 4-й. «Наука логики - СИТЕТИ». Издательство «Советская энциклопедия», 1967 (далее (1)) с.370-371.
Известно, динамика причинно-следственной цепи (причинность) «работает» строго при наличии определенных условий. Поэтому обеспечивая необходимые условия и воздействуя на причинно-следственную цепь (изменения ее), можно управлять процессом, прогнозируя и программируя получение требуемых, например, технических результатов.
Из понятия «осадки атмосферные», уточняем, что это: «вода в жидком или в твердом состоянии (дождь, снег, крупа и пр.), выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земной поверхности». Большой энциклопедический словарь. Главный редактор А.М. Прохоров. Том I. - Сов. Энциклопедия, 1991 (далее (2) с.85.
А понятием «Осадконакопление» поясняется, что «образование всех видов отложений на поверхности Земли - при переходе осаждаемого вещества из подвижного, взвешенного или растворенного (в воздушной или в водной среде) - в неподвижное (осадок) состояние.
Траектория движения частиц шлама (породы) в потоке промывочной жидкости с верхней (активной) части сечения затрубного пространства - до нижней стенки (фиг.3 поз.3.5.) горизонтального участка ствола скважины представляет собой (в цикле полуоборота) «пространственную спиральную кривую», располагающуюся на поверхности круглого цилиндра - поверхности бурильной трубы - цилиндрическую винтовую линию.
Далее, движение потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, в угловом секторе, между колонной и нижней стенкой участка ствола скважины прекращается, так как пространство затрубное «заглушено» самой колонной бурильных труб (фиг.1, фиг.3-4).
В момент прекращения движения в нижней половине ствола скважины промывочной жидкости, находящийся в ее составе шлам, его частицы (порода) прекращают движение (взвешенное состояние) и выделяются из ее состава по следующей причинно-следственной цепи (см. также выше: (1) с.370-371):
прекращение движения → выпадение → оседание → отложение (накопление).
Но если затрубное пространство высвободить кругом, то есть колонну труб с нижней стенки горизонтального участка ствола скважины поднять (см.например (6) с.1-5), то только такое (свободное) состояние затрубного пространства не предотвратит выпадение и так далее (оседание и отложение): этому выпадению способствуют силы гравитации и отсутствие необходимой энергии для осуществления необходимой динамики частиц шлама в составе потока промывочной жидкости.
Выводы
Для удержания шлама (его частиц) от выпадения, то есть для профилактики выпадения шлама, необходимо условие: постоянная его динамика в затрубном пространстве со скоростью, необходимой и достаточной для профилактики выпадения его (из состава промывочной жидкости), на всем протяжении горизонтальных участков ствола скважины, постоянно, в процессе их бурения.
«Уже сам факт конечности скорости переноса материи и движения, структуры и информации свидетельствуют о его последовательном развертывании во времени. Исходным пунктом процесса причинения служит формирование самой причины для действования в данных условиях. Она должна достигнуть определенной интенсивности и «зрелости», прежде чем станет осуществима фактическая реализация заложенной в ней возможности порождения следствия (технического результата), соответствующего данным условиям» (1) с.372.
1.5. Обеспечение необходимой динамики шлама (его частиц) в затрубном пространстве ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, как условие достижения намеченного технического результата.
Как установлено аналитическими исследованиями в материалах настоящей заявки (см. раздел 1.1. «Существующее положение проблемы…», фиг.1, фиг.3-4), траектория движения шлама, его частиц (выбуренной породы) в затрубном пространстве формируется под направленным действием (вектором) двух сил.
Здесь не учитывается третья сила, как незначительная в формировании негативных условий горизонтального бурения. Третья - сила трения поверхности бурильной трубы (в составе колонны) с потоком промывочной жидкости, усиливающая процесс динамики шлама к нижней стенке ствола скважины, но недостаточная для ее активации с нижней части затрубного пространства - в ее верхнюю, активную часть.
Первая - это сила потока промывочной жидкости с вектором горизонтального, поступательного направления в затрубном пространстве (фиг.1, поз.1.5.). Эта сила изначально управляемая, технологически заданная (предназначенная): для промывки зоны забоя, очистки затрубного пространства от шлама, его частиц (выбуренной породы), их выноса из скважины.
Вторая - это сила гравитации, изначально неуправляемая (стихия), действующая на траекторию поступательного движения шлама, его частиц (выбуренной породы) в затрубном пространстве, в составе потока промывочной жидкости, заставляющая шлам стремиться (в негативных условиях горизонтального бурения): выпадать, оседать и откладываться на нижней стенке горизонтальных участков ствола скважины (см. фиг.1, фиг.3, поз.3.5., фиг.4 поз.4.2).
Эти две силы действуют одновременно, постоянно. Поэтому шлам, его частицы (выбуренная порода), двигаясь в затрубном пространстве под действием кинетической энергии (силы) потока промывочной жидкости в горизонтальном, поступательном направлении (см. фиг.1., поз.1.5), в то же время, под действием силы гравитации стремятся вниз, в перпендикулярном к поступательному направлению (см. фиг.3., поз.3.5), на нижнюю стенку горизонтальных участков ствола скважины (см. фиг.1, поз.1.4.), частицы шлама принимают «промежуточную» траекторию динамики - по спирали, в затрубном пространстве, вокруг бурильной трубы.
Выводы
1.5.1. Поэтому траектория движения шлама (его частиц) в затрубном (цилиндрическом) пространстве ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков представляет собой (в цикле полуоборота - сверху - вниз) «пространственную спиральную кривую, располагающуюся вокруг поверхности круглого цилиндра - поверхности бурильной трубы - цилиндрическую винтовую линию» Краткий политехнический словарь, главный редактор Ю.А. Степанов, Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва,1955, далее (3) с 149.
1.5.2. Тогда поверхность каждой из бурильных труб в составе колонны, посредством которой должна осуществляться траектория эффективного движения шлама (его частиц) в составе потока промывочной жидкости в затрубном (цилиндрическом) пространстве, путем ее активации, при бурении ее горизонтальных участков, «… должна соответствовать винтовой поверхности» (3) с.149.
1.6. Уровень техники
В результате исследования известных способов очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков и их существенных признаков, заявитель устанавливает их недостатки, которые не позволяют осуществлять качественную и эффективную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Учитывая объективные условия бурения горизонтальных участков ствола скважины:
- интенсивное выпадение шлама из состава промывочной жидкости;
- необходимость, например, подачи с большей скоростью промывочной жидкости, с одной стороны;
- и необходимость, например, с другой стороны, ограничивать скорость и объем прохождения промывочной жидкости при бурении в мягких породах, вследствие опасности разрушения стенок горизонтальных участков ствола скважины и т.д.
Все это множество негативных признаков усложняет и ухудшает условия бурения вообще и горизонтального бурения, в особенности.
Как следствие низкого качества и низкой эффективности известных способов очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, не обеспечивается необходимая надежность и эффективность бурения.
Для того чтобы приступить к критике известных из «уровня техники» аналогов, сформулируем более конкретно техническую задачу по разработке заявляемого «Способа очистки…», для чего вернемся к основам роторного бурения.
«Для спуска и подъема долота, передачи ему вращения и подачи промывочной жидкости служит длинный гибкий вал, составленный из специальных звеньев…» Буровая техника и технология за рубежом. Н.Н. Калмыков, Ю.А. Стефанов, А.И. Яковлев. Москва, Издательство «Недра», 1968, далее (4) с.55.
То есть колонна бурильных труб - универсальный механизм по передаче энергии, с функциями для выполнения большинства основных операций по осуществлению технологии бурения (4) с.55:
- спуск и подъем долота;
- передача долоту энергии вращения;
- разрушение (разбуривание) скальной, например, породы, посредством долота;
- охлаждения долота;
- подача в виде нисходящего потока промывочной жидкости для очистки забоя;
- очистки скважины (качественной и эффективной), путем выноса выбуренной породы (шлама), в процессе бурения.
Из проведенных аналитических исследований по настоящей теме: «Способ очистки…», на основе известных аналогов - способов очистки скважины…, в частности, и технология бурения, вообще, заявитель приходит к выводу, что функцию (работу) по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков «должна осуществлять» труба в составе колонны бурильных труб.
Только труба в составе бурильной колонны «обладает» (потенциально) функциями по осуществлению качественной и эффективной очистки горизонтального участка ствола скважины, посредством активации потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, в процессе бурения, путем профилактики выпадения шлама.
Учитывая негативные условия горизонтального бурения, связанные с проблемой качественной и эффективной очистки горизонтальных участков ствола скважины, можно сделать окончательный вывод по принципу ее очистки: только посредством трубы в составе бурильной колонны, потенциально «обладающей» избыточной энергией, необходимой и достаточной для ее непрерывной передачи, в процессе непрерывного бурения, восходящему потоку промывочной жидкости, для ее активации, для необходимости обеспечения профилактики выпадения шлама и последующего, непрерывного выноса частиц шлама (выбуренной породы) из горизонтальных участков ствола скважины.
тм
Из рекламных проспектов компании VAM DRILLING под товарной маркой HYDROCLEAN, далее (5), известны (из Интернета - «Виртуальная выставка»):
- конструкции бурильных труб для очистки ствола скважины (5) с.56-61;
- профили гидравлической очистки HCZ на центральных высадках бурильных труб, с бурильными замками, с двойным наружным диаметром (5) с.62-70;
- рабочие, эксплуатационные показатели конструкции (5) с.71-78.
В источнике (5) известные конструкции продекларированы, как «новое поколение оборудования для очистки ствола скважины и управления крутящим моментом и тягой, … как выход на новый уровень технологии бурения» (5) с.78.
тм
Известные конструкции бурильной трубы марки HYDROCLEAN разработаны для очистки скважин при их бурении, поэтому содержат признаки заявляемого «Способа очистки скважины при бурении ее горизонтальных участков», как-то:
- управление крутящим моментом и тягой, … как выход на новый уровень технологии бурения»(5) с.56;
- уменьшение коэффициента трения на ~20-40% (5) с.71;
- уменьшение крутящего момента и тяги на ~40% (5) с.71;
(5) с.62:
- … оптимизация очистки при нормальных скоростях вращения;
- срезающий (зачерпывающий) эффект для проникновения в отложения шлама;
- … вращение сопровождается эффектом Вентури, что так же поднимает частицы шлама;
- центробежная сила перемещает частицы шлама в область большей скорости потока;
(5) с.66-67;
Основные функции очистки ствола скважины (ее горизонтальных участков):
1. Зачерпывание максимального объема отложений на стороне низкого давления скважины (с зоны осаждения шлама).
2. Рециркуляция (активация) максимального количества отложений (бурового шлама) - в активную зону восходящего потока промывочной жидкости.
3. Обеспечивать достаточную энергию для перемещения отложений в вертикальный уровень горизонтального участка скважины, где частицы не могут откладываться.
4. «Эффект зачерпывания» обеспечивает быстрое уменьшение отложений, а «эффект Вентури» обеспечивает дополнительную очистку… скважины.
Краткий критический анализ (критика) аналога (5) с.66-67, в виде продекларированных разработчиком «Основных функций по очистке ствола скважины» (ее горизонтальных участков).
Продекларированные в аналоге-источнике (5) признаки причинно-следственно не обоснованы и носят характер саморекламы.
Но в известной информации (5) обусловлены проблемы, связанные, преимущественно, с горизонтальным бурением.
Поэтому необходимо привести краткий критический анализ (критику) аналога, как совокупность признаков способа по возможности очистки горизонтальных участков ствола скважины, при бурении ее горизонтальных участков.
Как обосновано выше, в разделе I «Существующее положение проблемы…», проблема обусловлена изменившимися (негативно) условиями горизонтального бурения: выпадение шлама и последующее оседание и отложение ее частиц (выбуренной породы) на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины.
Известные способы и средства по очистке ствола скважины не работают или некачественны, малоэффективны. Следствием чего является: ненадежное и неэффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины.
Поэтому качественное, позитивное изменение создавшихся негативных условий горизонтального бурения обеспечат: техническое решение по разработке средств - способа и устройства по очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, путем профилактики выпадения шлама и выноса из скважины ее частиц (породы), в процессе бурения.
Материал аналога (5) представляет собой в совокупности - рекламный материал. Поэтому очевидная цель продекларированной информации в аналоге (5): коммерческая, то есть создать «рекламный фон» для потенциального потребителя рекламируемой продукции.
Потенциальному потребителю же продукции - аналога (5) не нужен собственно продекларированный огромный перечень «псевдофункций», как-то, см. выше: (5) с.78, (5) с.62, (5) с.66-67 и т.д.
Потенциальному потребителю необходима: качественная и эффективная очистка ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Но «продекларированные функции» в аналоге (5) могут «возбуждаться» (а не работать) только в ограниченном секторе собственно профиля HCZ, но за его пределами шлам снова выпадает, осаждается, восстанавливая засоренное состояние участка ствола скважины. Причины подобного негатива вскрыты и обоснованы в разделе I заявляемого способа.
Поэтому, как закономерность (следствие), в самом аналоге (5) его эффективность (и качество) оцениваются (характеризуются) всего в 14% (вынос бурового шлама на поверхность(5) с.75.
тм
Из анализа и обзора известного аналога очевидно, что средство по очистке горизонтальных участков ствола скважины конструкции HYDROCLEAN (5) с.67 не справляется с решением задачи по их очистке, на уровне профилактики выпадения шлама, то есть по их качественной и эффективной очистке. Следовательно, вследствие выпадения шлама, причинно-следственно известная конструкция, см. (5) с.67 допускает оседание и отложение частиц шлама - выбуренной породы на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины, а значит, приводит к необходимости периодической ее очистки.
Критика аналога (5) для условий очистки при бурении в мягких породах.
Для характеристики работы устройства в этих условиях дано дополнительное описание (см. ниже) смоделированной динамики изменения профиля скважины, в ходе ее бурения.
Как очевидно, опорные пояски (профили HBZ (см. (5) с.61) под тяжестью провисающей рабочей колонны бурильных труб будут вдавлены в нижнюю стенку ствола скважины. В этом положении вдавленная часть профилей HBZ (на величину ~0,2 диаметра собственно, профиля опоры), в ходе вращения колонны, действительно будут взрыхлять, а, следовательно, разрушать стенку скважины (см. (5) с.67).
Поскольку у горизонтального участка ствола скважины в свободном (без опоры) состоянии, на значительном участке (например ~500-1000 м) провисание может быть несколько метров, такой участок будет стремиться к аналогичному провисанию, по мере разрушения и вымывания дна скважины (см. (5) с.67).
А то, что подобное динамичное, интенсивное разрушение закономерно, это очевидно. Так как каждое звено рабочей колонны провисает и вдавливает каждую соответствующую часть опорных поясков профилей HBZ см. (5) с.61, выполняющих в этом состоянии функцию фрезы - долота по разрушению (забою) стенки ствола скважины, на величину ~0,2 диаметра профиля HCZ (см. (5) с.62), то каждое очередное звено с профилями HCZ колонны будет углубляться в стенку ствола скважины на ~ очередные 0,2 его диаметра.
Из механизма по очистке (в какой-то степени) ствола скважины, в условиях бурения твердых пород, профили HBZ (5) с.61 и HCZ (5) с.62 заявленной конструкции, в условиях бурения мягких пород превращаются в механизм интенсивного разрушения ствола скважины, а не ее очистки, вопреки ожиданиям.
Тогда, в лучшем случае: произойдет забивание, в сочетании с «самозарыванием» горизонтального участка скважины и, как следствие, прекращение бурения до надлежащей ее очистки, то есть неэффективное бурение.
В худшем случае: при резком переходе (в ходе бурения) участка мягких пород - на участок твердых, условия бурения в искривленных участках для такой рабочей колонны будут настолько неблагоприятными, что могут повлечь ее разрыв и потерю, то есть ненадежное бурение.
Неблагоприятными условиями предполагаются такие, при которых на искривленном (за счет провисания колонны бурильных труб) участке выдающиеся за уровень поверхности профиля HCZ (на ~0,2 его диаметра) «конические активаторы» профиля HCZ с винтовой поверхностью, войдут во взаимодействие с твердой (скальной, например) породой и разрушаются, не справившись с полученными в создавшихся условиях «функциями долота в забое», в ходе бурения (см. (5) с.59).
И, наконец, «проблема ресурса работы опоры HBZ и ее восстановления (реставрации)» в полевых условиях эксплуатации (на платформе).
Опора HBZ представляет собой ~5% от поверхности бурильной трубы - части в составе колонны. Учитывая, что (5) с.73: «… в большинстве случаев для транспортировки шлама соединения бурильных труб HYDROCLEAN следует располагать через каждые три стандартных соединения (иначе нельзя: дорого, т.е. экономически нецелесообразно), ресурс работы опоры HBZ при обусловленных нагрузках, в пластах, представленных абразивными породами, ограничен чрезвычайно.
Проблема же реставрации опор HBZ в полевых условиях, вероятнее всего несет в себе риски с дополнительными инвестициями на …вынужденные расходы на дополнительные, неочевидные ноу-хау.
Все изложенные выше недостатки известного аналога не позволяют вести качественную и эффективную очистку ствола скважина при бурении ее горизонтальных участков, а следовательно, исключает возможность достижения намеченного технического результата: надежное и эффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины.
1.7. Выбор «прототипа»
Известен «Способ очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков», включающий процесс бурения, радиальное движение потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, вынос частиц шлама в верхнюю часть сечения затрубного пространства, то есть в зону основной части потока промывочной жидкости (Главная страница / Технопарк предлагает / изобретения / виртуальная выставка / Вибрационные устройства для горизонтального бурения / Способ очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков. Руководитель проекта: Панфилов Г.А., д.т.н., профессор тюменского государственного нефтегазового университета, e-mail panfilov@tsoqu.ru 09.12.2008), далее (6) стр.1-5.
По совокупности существенных, общих с заявляемым «Способом» признаков и принципу достижения технического результата, известный «Способ…» (6) - наиболее близкий к заявляемому «способу очистки ствола скважины…», поэтому заявитель решил выбрать его за «прототип».
Но известный, выбранный за «прототип» «Способ…» содержит недостатки, заключающиеся в следующем.
Известный «Способ очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков» (6) с.1, как следует из сущности его технического решения, не обеспечивает качественную и эффективную очистку горизонтальных участков ствола скважины насколько, чтобы очищать их на уровне профилактики выпадения шлама и последующей же причинно-следственной профилактики оседания и отложения ее частиц (выбуренной породы).
Известный способ только «препятствует оседанию этих частиц» (выбуренной породы) и только «способствует их выносу в верхнюю часть сечения затрубного пространства» (6) с.2.
Почему только препятствует… негативным условиям и не может их устранить, в ходе процесса очистки, например, путем профилактики выпадения шлама?
Проанализируем сущность известного способа очистки - через вибрационное устройство (6) с.3 для реализации способа.
Радиальное движение потока промывочной жидкости неэффективно (слабо): оно создается (работает) последовательно, по мере вращения колонны бурильных труб, определяется ее скоростью вращения и ограниченным сегментом действия радиального движения каждой из четырех ограниченного сечения струй: через четыре радиальные отверстия вибрационного устройства нисходящего потока промывочной жидкости, из внутритрубного пространства (6) с.2-5.
Поскольку на протяжении (например ~9 м) всей длины бурильной трубы по способу (6) предусмотрено одно вибрационное устройство, то:
- затрубное пространство каждой из бурильной трубы (длиной, например ~9 м) очищается последовательно, воздействием энергии только одной из четырех струй вибрационного устройства, путем ее (струи) воздействия (активации в радиальном направлении) на восходящий поток промывочной жидкости, в круговом сегменте длины затрубного пространства, равной всего лишь толщине радиальной струи каждой из четырех отверстий вибрационного устройства (6) с.3-4;
- учитывая положение бурильной трубы в составе колонны: лежит на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины, (см. фиг.1, фиг.2-4), в процессе бурения по известному способу (6), радиальное движение восходящего потока промывочной жидкости в затрубном пространстве ограничено лежащей на нижней стенке ствола скважины колонной, что прямо способствует его (ствола) забиванию частицами шлама (выбуренной породой).
Однако низкая эффективность и качество процесса очистки, обусловленные технологическими и техническими недостатками известного «способа очистки ствола скважины…» допускается в процессе бурения:
- выпадение шлама, оседание и отложение его частиц (выбуренной породы);
- как следствие, допускается забивание ствола скважины, при бурении ее горизонтальных участков;
- финальным причинно-следственным «звеном» цепи данного этапа бурения являются:
- огромные энергетические потери (увеличение осевой нагрузки, крутящего момента, так как «…если бурение ведется при высоких осевых нагрузках, то возникают большие удельные нагрузки на трущиеся части» (4) с.182, что ведет к снижению надежности и эффективности бурения на данном его этапе.
На операции по очистке горизонтальных участков ствола скважины:
- временные потери (снижение эффективности бурения), когда колонну поднимают (наружу) переформируют для осуществления очистки (6) с.4:
- «корпус 1 вибрационного устройства при помощи замковых соединений встраивают в колонну бурильных труб»;
- «колонну опускаю в скважину».
И даже когда «… вибрационные устройства поднимают колонну бурильных труб» (6) с.4, сообщаемое радиальной струей движение потоку промывочной жидкости, направляемой в освободившееся затрубное пространство, оказывается слишком слабым, чтобы поднять («препятствовать оседанию» (6) с.4) отложившиеся частицы шлама (выбуренную породу) и чтобы вынести («способствовать выносу (6) с.4) их в верхнюю часть сечения затрубного пространства, чтобы осуществлять качественную и эффективную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Следствием совокупности недостатков известного «Способа очистки ствола скважины…» является невозможность осуществлять качественную и эффективную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, что, в свою очередь, исключает достижение технического результата: осуществлять надежное и эффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины.
1.8. Раскрытие изобретения (по п.1 формулы изобретения).
1.8.1. «… очистку ствола скважины осуществляют путем профилактики выпадения шлама, …».
По результатам проведенных аналитических исследований автором в разделе 1.1. «Существующее положение проблемы: ухудшение объективных условий горизонтального бурения» сделаны выводы (п.п.1.1.1., 1.1.2., 1.1.3.).
Следствием вскрытых объективно существующих негативных условий горизонтального бурения является интенсивное выпадение шлама, последующее оседание и отложение его частиц на нижней стенки горизонтального участка ствола скважины. Поскольку поток промывочной жидкости «способен» нести выбуренную породу только в своей активной зоне - верхней половине горизонтального участка ствола скважины и только в течение ограниченного времени, до выпадения шлама.
Следовательно, чтобы обеспечить качественную и эффективную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, необходимо осуществлять способ путем непрерывного перемещения (движения) шлама в затрубном пространстве на всем протяжении горизонтального участка ствола скважины - в активную зону потока промывочной жидкости, в верхнюю часть ствола скважины, то есть необходимо осуществлять способ очистки путем профилактики выпадения шлама.
То есть в результате анализа негативных условий горизонтального бурения выявлена причина некачественной и неэффективной очистки горизонтального участка ствола скважины:
интенсивное выпадение шлама и последующее отложение ее частиц (на нижней стенке горизонтальных участков ствола скважины).
Поэтому автором поставлена техническая задача для решения заявленным способом очистки, то есть задача по устранению выявленных негативных условий, препятствующих обеспечению качественной и эффективной очистки - выпадение шлама.
Как следствие устранения причины - выпадения шлама, путем его профилактики, достигается решение поставленной технической задачи:
повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины.
Как следствие решения технической задачи, достигнут технический результат: «повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины».
Следовательно, признак 1.8.1. причинно-следственно обусловлен с достигаемым техническим результатом и включен в п.1 формулы изобретения, как существенный.
1.8.2. «… для чего в процессе бурения движение потока промывочной жидкости в затрубном пространстве создают путем «активации его винтового движения», посредством энергии вращения трубы, …».
Итак, в основе осуществления заявляемого «Способа» - важнейшее условие - профилактика выпадения шлама. В свою очередь, обеспечение этого важнейшего условия основывается на возможности функционирования целой причинно-следственной цепи условий, где предыдущее звено (причина) является условием функционирования последующего звена (следствие) (см. выше (1) с.370-371).
В разделе 1.4. описания заявляемого способа «О необходимости обеспечения условий…», в ходе анализа установлены понятия «выпадение», «осадконакопление» (2) с.85, сделаны «Выводы», то есть сформулирована важнейшая часть условий «профилактики выпадения шлама»:
«Для удержания шлама (его частиц) от выпадения и т.д. необходимо условие - постоянная его динамика (циркуляция) в затрубном пространстве, со скоростью, необходимой и достаточной для удержания шлама от выпадения (из состава промывочной жидкости) на всем протяжении горизонтальных участков ствола скважины, постоянно, в процессе их бурения».
В разделе 1.5. описания заявляемого Способа «Обеспечение необходимой динамики шлама (его частиц)…», в результате аналитических исследований установлено, что траектория движения шлама, его частиц (выбуренной породы) в затрубном пространстве формируется под направленным действием (вектором) двух сил.
Первая - это сила потока промывочной жидкости с вектором горизонтального, поступательного направления в затрубном пространстве. Эта сила изначально управляемая, технологически заданная (предназначенная): …для очистки затрубного пространства от шлама, его частиц (выбуренной породы), его выноса из ствола скважины.
Вторая сила - это сила гравитации, изначально неуправляемая (стихия), действующая на траекторию поступательного движения шлама, его частиц (выбуренной породы) в затрубном пространстве, в составе потока промывочной жидкости, заставляющая шлам стремиться (в негативных условиях горизонтального бурения): выпадать, оседать и откладываться на нижней стенке горизонтальных участков ствола скважины (см. фиг.1, фиг.2-4).
Эти две силы действуют одновременно, постоянно. Поэтому шлам, его частицы (выбуренная порода), двигаясь в затрубном пространстве, под действием кинетической энергии (силы) потока промывочной жидкости в поступательном направлении (см. фиг.1, поз.1.5.), в то же время, под действием силы гравитации стремится вниз, в перпендикулярном к поступательному направлении (см. фиг.3, поз.3.5.), на нижнюю стенку горизонтальных участков ствола скважины (см. фиг.1, поз.1.4.), частицы шлама принимают «промежуточную» траекторию динамики - по спирали в затрубном пространстве, вокруг бурильной трубы.
Выводы
Поэтому траектория движения шлама (его частиц) в затрубном (цилиндрическом) пространстве ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков представляет собой… «пространственную спиральную кривую, располагающуюся вокруг поверхности круглого цилиндра (поверхности бурильной трубы) - цилиндрическая винтовая линия (3) с.149.
И, следовательно, для решения технической задачи заявляемым способом, по качественной и эффективной очистке ствола скважины…, необходимо обеспечение функций по способу, в том числе:
- не только удержание шлама (его частиц) от выпадения (п.1.8.1. существенных признаков);
- не только обеспечение постоянной его динамики (циркуляции) в затрубном пространстве, путем «активации винтового движения» потока промывочной жидкости, в затрубном пространстве, в составе которой находится во взвешенном состоянии шлам (его частицы) (п.1.8.2. существенных признаков);
- но и его динамики с траекторией по спирали, то есть «активации его винтового движения», которое обеспечивает вращательно-поступательное движение шлама (его частиц) в составе «активированного его винтового движения» промывочной жидкости в затрубном пространстве, обеспечивая вынос шлама (его частиц)- выбуренной породы из горизонтальных участков ствола скважины (п.1.8.2. существенных признаков).
В разделе 1.5. описания заявляемого способа «Обеспечение необходимой динамики шлама (его частиц)…»:
«Как установлено аналитическими исследованиями…, траектория движения шлама (его частиц - выбуренной породы) в затрубном пространстве формируется под направленным действием двух сил».
«Вторая - это сила гравитации, изначально неуправляемая (стихия), действующая на траекторию поступательного движения шлама (его частиц) в затрубном пространстве, в составе потока промывочной жидкости, заставляющая шлам стремиться (в негативных условиях горизонтального бурения): выпадать, оседать и откладываться…».
Поэтому траектория движения шлама (его частиц) в затрубном пространстве ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков представляет собой (в цикле полуоборота: сверху - вниз)… располагающуюся вокруг поверхности бурильной трубы цилиндрическую винтовую линию (3) с.149.
Почему «в цикле полуоборота: сверху - вниз». Это направление - действие вектора сил гравитации, следствием чего и является выпадение шлама.
На завершение (снизу - вверх) движения шлама по цилиндрической винтовой линии (3) с.149, например, воздействия третей силы - силы трения поверхности бурильной трубы (в составе колонны) - с потоком промывочной жидкости недостаточно. Поэтому для обеспечения в затрубном пространстве необходимой динамики шлама в составе потока промывочной жидкости, ее (динамику) создают по цилиндрической винтовой линии (3) с.149, то есть винтовой поверхности (3) с.149. Следовательно, необходимая активация потока промывочной жидкости в затрубном пространстве - «активация ее винтового движения».
В результате аналитических исследований, причинно-следственно доказано, что:
- в условиях горизонтального бурения единственно качественным и эффективным способом очистки ствола скважины является «профилактика выпадения шлама» (п.1.8.1. признака п.1 формулы изобретения) - «идеальная» форма процесса: достижение технического результата без ведения процесса («Очистка ствола скважины»обеспечивается в цикле бурения);
- в условиях горизонтального бурения, в свою очередь, для возможности профилактики выпадения шлама, то есть для возможности более рационального его движения в затрубном пространстве и, как следствие, обеспечения качественной и эффективной очистки ствола скважины от выбуренной породы (шлама), его движение в составе потока промывочной жидкости в затрубном пространстве должно быть не поступательное, а винтовое, путем активации винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, посредством энергии вращения трубы (п.1.8.2. признака).
Осуществлять в затрубном пространстве: «активацию винтового движения» потока промывочной жидкости» постоянно, в процесс бурения, именно на протяжении всего горизонтального участка ствола скважины, возможно только посредством энергии вращения трубы, в составе бурильной колонны, которая, в свою очередь, для необходимости осуществления работы по разбуриванию, получает ее от электродвигателя избыточно.
Таким образом, на основании приведенных выше обоснований, их взаимосвязи можно утверждать, что признак по п.«1.8.2.» причинно-следственно связан с достигаемым техническим результатом и включен в п.1 формулы изобретения, как существенный.
1.8.3. При этом профилактику выпадения шлама и вынос его частиц в верхнюю часть сечения затрубного пространства осуществляют действием центробежной силы «активированного винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве».
В разделе «Уровень техники» описания заявляемого объекта «Труба для осуществления Способа…» в результате сопоставительного анализа установлено наибольшее количество сходных с заявляемым объектом признаков, в том числе: «… осуществляют действием центробежной силы…» (см. п.1 формулы изобретения).
Подобное сходство известного и заявляемого объектов объясняется тем обстоятельством, что в заявляемом объекте также реализован принцип работы известного «центробежного насоса», «… в котором перемещение жидкости происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении жидкости лопатками рабочего колеса»
«… В результате воздействия лопаточного колеса на жидкость происходит увеличение энергии протекающей жидкости, характеризующейся эффективным напором насоса» (3) с.1042.
Поэтому обоснование существенности данного признака вытекает, в частности, из научного определения понятия «центробежная сила», определяемая в связи с понятиями «центробежная сила» и «сила инерции», согласно третьему Ньютона закону (3) с.1042.
«Центробежная сила» - сила, действующая на тело, движущееся по окружности, и приложенная к самому телу - камню, вращающемуся на веревке, к колесам вагона, движущегося на закруглении, и т.п.
Противодействие движущегося тела, возникающее согласно третьему Ньютона закону (сила инерции) и приложенное к связи, заставляющей тело двигаться по окружности (к веревке, к рельсам и т.п.) называется центробежной силой (3) с.1044.
Применительно к данному признаку (1.8.3.) определения центробежной силы, таким «движущимся телом» является «поток промывочной жидкости». А «противодействием» и «связью», заставляющей «поток промывочной жидкости» (тело) двигаться по окружности, то есть в затрубном пространстве, являются:
- с одной, внешней стороны - цилиндрическая поверхность стенок ствола скважины, с другой - винтовая поверхность собственно, бурильной трубы;
- действием же центробежной силы, применительно к признаку (1.8.3.) является сила инерции (см.п.1 формулы) «активированного (то есть вращаемого) по винтовой поверхности» движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве.
1. Итак, перейдем непосредственно к обоснованию признака «1.8.3.» п.1, формулы изобретения, как существенного. Для этого уточним значения (определения) частей 1, 2, 3 всего признака «1.8.3.»:
1. «… при этом профилактику выпадения шлама…»;
2. «… и вынос его частиц в верхнюю часть сечения затрубного пространства…»;
3. «… осуществляют действием центробежной силы «активированного по винтовой поверхности» движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве».
Почему части целого признака «1.8.3.» характеризуются как одного порядка действия и поэтому осуществляются в процессе очистки одним общим действием (одной общей операцией) - «… действием центробежной силы…?».
По результатам исследований проблем по заявляемому объекту «Способа чистки…» (подраздел 1.4 - описания) сделаны выводы, где охарактеризовано понятие «профилактика выпадения шлама», как действие:
«Для удержания шлама (его частиц) от выпадения, то есть для профилактики выпадения шлама, необходимо условие: постоянная его динамика в затрубном пространстве со скоростью, необходимой и достаточной для профилактики выпадения шлама (из состава потока промывочной жидкости), на всем протяжении горизонтальных участков ствола скважины, синхронно, в процессе бурения».
2. Из характеристики понятия, как формы движения (действия) части признака по п.1. выявляется, что часть признака по п.2. содержится в предыдущей части признака п.1. («динамика шлама (его частиц) в затрубном пространстве»).
Далее из п.1 формулы изобретения (Способ…) следует что часть признака по п.2., как действие, является частью всего признака по п.«1.8.3.» и для объекта-«прототипа» и для заявляемого объекта «способа».
Поэтому по мнению заявителя, если весь признак «1.8.3.» характеризуемый как действие, осуществляют «действием центробежной силы активированного по винтовой поверхности» движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве». То и часть признака п.2. - «частицы шлама», составляющая шлама, также (совместно) в свою очередь, являются составляющими потока промывочной жидкости и выносится ею совместно, «действием центробежной силы…».
3. Далее, в разделе 1.5. заявляемого объекта «способ очистки…» «Обеспечение необходимой динамики шлама (его частиц) в затрубном пространстве ствола скважины…», как условие достижения намеченного технического результата», такие условия динамики установлены и сформулированы (см. «Выводы»):
«Поэтому траектория движения шлама (его частиц) в затрубном (цилиндрическом) пространстве ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков представляет собой (в цикле полуоборота: сверху - вниз) пространственную спиральную кривую, располагающуюся вокруг поверхности круглого цилиндра - поверхности бурильной трубы - цилиндрическая винтовая линия» (3) с.149.
«Тогда поверхность каждой из бурильных труб в составе колонны, посредством которой должна осуществляться траектория эффективного движения шлама (его частиц) в составе потока промывочной жидкости в затрубном (цилиндрическом) пространстве, путем ее активации, при бурении ее горизонтальных участков, «…должна соответствовать винтовой поверхности» (3) с.149.
В обоснование необходимости части признака «1.8.3.» «осуществляют действием центробежной силы… …движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве»:
В разделе 1.4. описания заявляемого объекта «способ…» установлено, что, выпадение и последующая причинно-следственная цепь звеньев не есть следствие только «замыкания» затрубного пространства в условиях горизонтального бурения, что подтверждается в ходе анализа известных объектов-аналогов, в разделе 1.6. «Уровень техники».
«Но если затрубное пространство высвободить кругом, то есть колонну с нижней стенки горизонтального участка ствола скважины поднять, то только такое (свободное) состояние затрубного пространства не предотвратит выпадение и так далее (оседание и отложение): этому выпадению способствуют силы гравитации и отсутствие необходимой энергии для осуществления необходимой динамики частиц шлама в составе потока промывочной жидкости.
Пояснение существенности части Признака 1.8.3., путем его сравнения с общеизвестным аналогичным действием.
И наконец, в обоснование необходимости части признака (1.8.3.) не просто «… осуществляют действием центробежной силы… движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве…, но именно… «путем активации его винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве».
Для этого уточним виды движений, как составные части включенных в п.1 формулы существенных признаков.
«Винтовое движение - сложное движение тела (промывочной жидкости, например), параллельное этой оси (бурильной трубы, например)…, описывая винтовую линию (3) с.149 «винтовое движение».
В соответствии с признаками (действиями, движениями), включенными в п.1 формулы заявляемого объекта, … подачу промывочной жидкости осуществляют… «по перемещающимся полостям винтовых впадин (то есть в затрубном пространстве (поз.8.6.), между активаторами (поз.8.4.) (3) с.149 «Винтовой насос».
В разделе «Уровень техники» по заявляемому объекту для осуществления «Способа…» установлено, что известный аналог «Центробежный насос» (3) с.1042, по наибольшему числу сходных признаков является наиболее близким к заявляемому «Способу очистки…».
Поэтому для обоснования включенных в п.1 формулы заявляемого объекта существенных признаков, путем их сравнения с аналогичными признаками известного объекта, то есть с аналогичными признаками работы объекта, заявитель приводит сравнение аналогичных признаков, которые в п.1 формулы изобретения являются, по мнению заявителя, существенными.
«Центробежный насос - лопаточный насос, в котором перемещение жидкости (потока промывочной жидкости, например) происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении жидкости (при активации потока промывочной жидкости, например) лопатками рабочего колеса (активаторами 8.4. бурильной трубы 8.1., например) (3) с.1042.
В результате воздействия лопаточного колеса (бурильной трубы 8.1. через активаторы 8.4.) на жидкость (на поток промывочной жидкости), происходит увеличение энергии протекающей жидкости (активированного потока промывочной жидкости по винтовому затрубному пространству (по желобам 8.6.), характеризующейся эффективным напором (активацией потока промывочной жидкости, то есть характеризующийся профилактикой выпадения шлама и выносом его частиц в верхнюю часть сечения затрубного пространства, действием центробежной силы «активированного по винтовой поверхности движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве».
На основании приведенных доказательств, сравнения с известными в данной области техники признаками, по мнению заявителя, признак 1.8.3. причинно-следственно связан с достигаемым в изобретении техническим результатом, а поэтому включен в п.1 формулы изобретения, как существенный.
2. Бурильная труба для осуществления способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков
2.1. Существующее положение проблемы
В связи с существующим положением проблемы необходимо выявить и предложить средства решения аналогичных задач по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Например, для обеспечения требуемой осевой нагрузки на долото и обеспечения прямолинейности (исключения искривлений) ствола вертикальной скважины и т.д., используются утяжеленные бурильные трубы в составе колонны, то есть используются силы гравитации, сконцентрированные именно в зоне забоя.
В условиях же бурения горизонтальных участков ствола скважины вес утяжеленной бурильной трубы (силы гравитации) на таких участках сказывается негативно на надежность и эффективность бурения. Усиливающаяся за счет веса сила трения горизонтального участка бурильной колонны о нижнюю стенку ствола скважины увеличивает энергозатраты по обеспечению требуемой осевой нагрузки и крутящего момента на долото, механической скорости бурения. Как следствие всего негативного, снижение надежности и эффективности бурения в целом.
То есть в условиях роторного бурения горизонтальных участков ствола скважины сила гравитации оказывает негативное воздействие на надежность и эффективность бурения.
Следовательно, выстраивая технологическую цепочку процесса бурения горизонтальных участков ствола скважины, необходимо учитывать вектор сил гравитации, как неблагоприятных условий горизонтального бурения.
Однако имеются и общие закономерности по преодолению негативных факторов, например, путем уменьшения сил трения вращающейся колонны бурильных труб о стенки скважины:
- вследствие кривизны и забивания ствола скважины на вертикальных ее участках;
- вследствие сил гравитации, кривизны и забивания на горизонтальных участках ствола скважины.
Поскольку при роторном вертикальном бурении в возникающих силах трения взаимодействуют, в основном, две функции: поверхность скважины и поверхность бурильной трубы, то, с целью сбалансирования возникающих и нарастающих сил трения, изменяют одну из функций - поверхность бурильной трубы, как наиболее доступную технологически.
«Современные УБТ могут быть круглыми, квадратными или шестигранными. Поверхность их может быть выполнена гладкой или со спиральными канавками, которые имеют целью уменьшить поверхность контакта утяжеленной трубы со стенкой скважины» («Буровая техника и технология за рубежом». Н.Н. Калмыков, Ю.А. Стефанов, А.И. Яковлев. Москва, Издательство «Недра», 1968 г., далее (4), с.47).
«Как установлено многочисленными наблюдениями, более 90% всех прихватов вызвано перепадом давления. Причем, прихват тем сильней, чем больше контактная поверхность трубы со стенками скважины. С целью устранения этого недостатка, фирмой был разработан новый тип УБТ, у которой по наружной поверхности выфрезерованы спиральные канавки, благодаря чему контактирующая поверхность уменьшается на 40%. Так как общее усилие перепада давления прямо пропорционально поверхности контакта, то, естественно, уменьшается и степень прихвата» (4) с.53.
Однако, по мнению автора заявляемой группы изобретений, эффект уменьшения степени прихвата, как следствие уменьшения контактной поверхности бурильной трубы, например, за счет выполнения спиральных, либо прямых канавок (4) с.54), фирмой разработчиком понято и объяснено ошибочно, неверно.
Зависимость между площадью контактной поверхности и ростом степени прихвата - прямая. Это очевидно, закономерно.
Но полученный технический результат: снижение случаев прихвата от подобного выполнения поверхности бурильной трубы - снижения площади ее контактной поверхности - ошибочное объяснение полученного технического результата, как следствие, в аспекте причинно-следственной связи.
А поэтому автор заявляемого комплекса изобретений считает необходимым опровергнуть допущенное ошибочное объяснение снижения эффекта прихвата, негативно влияющее, как на определение и развитие уровня техники в данной области техники, так и на обоснование достигаемого по заявляемой группе изобретений технического результата, в частности.
По мнению фирмы - разработчика, существует прямая зависимость величины площади контактной поверхности бурильной трубы со стенками скважины - от величины площади поверхности трубы вообще. И поэтому, с целью уменьшения вышеуказанной контактной поверхности бурильной трубы со стенками скважины, фирма - разработчик уменьшает собственно площадь контактной поверхности трубы (например, на 40%), путем выполнения на ее поверхности (фрезерованием, например) винтовых или продольных канавок. Такое уменьшение контактной поверхности трубы, по мнению фирмы - разработчика, как следствие, позволило достигнуть технический результат: уменьшение (пропорционально, на 40%) степени прихвата (4) с.53.
К такому ошибочному, по мнению заявителя заявляемой группы изобретений объяснению (пониманию) своей разработки привела фирму - разработчика трубы нового типа - УБТ.
В действительности, как будет обосновано ниже, результатом уменьшения степени прихвата бурильной трубы (колонны) явилось изменение условий трения (взаимодействия) двух функций - поверхностей. То есть произошло изменение условий формирования (нарастания) «цепи прихвата», путем разделения (фрезерованием, например) бесконечной поверхности бурильной трубы в составе бурильной колонны - на конечные участки поверхности трубы, на отдельные, конечные сегменты.
Длительной практикой эксплуатации бурильных труб с подобным изменением ее наружной поверхности, путем выполнения углублений (канавок) винтовой или прямой форм установлено, что действительно, они прямо влияют на уменьшение степени и частоты прихватов и ряд других позитивных технических результатов, например (4) с.53.
«Применение новых, «неприхватываемых» УБТ дает следующие преимущества:
1) обеспечивает исключительную защиту против прихвата, вызванного перепадом давления…;
…6). УБТ со спиральными канавками не представляют большой опасности и в отношении прихвата в скважинах с большим углом наклона;
7) наличие спиральных канавок облегчает движение восходящего потока промывочной жидкости при бурении скважин малого диаметра….
Тогда чем, если не «уменьшением площади контактной поверхности бурильной трубы», следует объяснить достигаемый в ходе бурения вышеперечисленный перечень технических результатов, как следствие подобного изменения поверхности бурильной трубы?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, введем в анализируемую тему понятие:
«Принцип относительности» при определении площади поверхности трения бурильной трубы при бурении».
Если рассматривать трубу бурильную в состоянии покоя, то площадь ее наружной поверхности определяется по формуле:
S трубы=2ПR×L (длина бурильной трубы),
тогда площадь контактной поверхности бурильной колонны - по формуле:
Sкол.=Sтрубы×n (количество) труб.
Аналогично конкретной, конечной величиной определяется, в состоянии покоя, площадь контактной поверхности соответствующего фрагмента скважины - другой из двух функций от взаимодействия (трения) которых возникают силы трения.
Тогда по утверждению фирмы разработчика с уменьшением функции площади контактной поверхности бурильной трубы, например, на 40%, обеспечивается пропорциональное уменьшение сил трения с поверхностью стенки скважины и аналогичное же уменьшение (на 40%) степени прихвата бурильной колонны (4) с.53.
Но тогда с уменьшением, например, на ~70-80% и т.д. площади контактной поверхности бурильной трубы обеспечивается пропорциональное же (~70-80%) уменьшение сил трения и степени прихвата бурильной колонны.
Ошибочность такого вывода фирмы - разработчика очевидна, по крайней мере, по двум закономерным основаниям:
- вывод противоречит закону сохранения энергии;
- такой расчет ошибочен, потому что применяется для условий не работающих (не трущихся) двух поверхностей - двух не взаимодействующих функций учета нижеуказанного «Принципа…».
«Принцип относительности» при определении площади поверхности трения бурильной трубы в динамике (при бурении).
Как будет установлено далее, в ходе анализа условий, площадь контактной поверхности трубы в динамике, то есть в процессе бурения:
- величина не постоянная, а переменная (быстро изменяющаяся - динамичная);
- по форме поверхность трубы цилиндрическая, то есть бесконечная. Величина контактной поверхности, следовательно, не абсолютная, а определяется временем и скоростью вращения (бурения) бурильной трубы.
Эти условия введенного понятия «принцип относительности» - главные, объясняющие условия формирования негативного эффекта - «возрастание степени прихвата» при бурении, например, горизонтальных участков ствола скважины.
В процессе бурения, то есть в ходе вращения бурильной трубы в составе колонны, «бесконечная» поверхность трубы входит во взаимодействие - «в зацепление» (трение) с поверхностью стенки скважины. При этом в участках изгибов скважины такое зацепление (трение) - максимально. При этом в качественно очищенном состоянии скважины контактная поверхность (трения) указанных цилиндрических поверхностей представляет собой линию (см. фиг.2, поз.2.1.). Следовательно, площадь трения наружной поверхности бурильных труб в составе бурильной колонны образуется (складывается) из совокупной протяженности линий взаимодействия (трения). Это второе условие «принципа относительности» при определении площади поверхности трения трубы при бурении.
2.1.1. Причинно-следственный анализ проблемы.
Для более точного пояснения сущности проблемы необходимо также ввести понятие «цепь прихвата», являющееся, по мнению заявителя, количественным (статистическим) выражением известного в уровне техники понятия «степень прихвата».
Если рассмотрим абразивную, например, частицу между трущимися поверхностями скважины и бурильной трубы, то она для этих поверхностей является дополнительной зоной (микрозоной) концентратора их трения или отдельным звеном «цепи прихвата».
Тогда совокупность таких концентраторов сил трения (массы частиц выбуренной породы) между трущимися поверхностями скважины и бурильной колонны - звеньев «цепи прихвата», достаточных для прихвата колонны, будет называться «цепью прихвата», характеризующей степень прихвата.
Далее рассмотрим вероятные условия формирования и нарастания степени прихвата, то есть «цепи прихвата» причинно-следственно, когда нарастание сил трения бурильной колонны - о стенки, например, искривленной скважины, достигает состояния «прихвата»:
- если на таком искривленном участке скважины линия соприкосновения - площадь поверхности трения будет максимальной, превосходящей предел прочности цепи бурильной колонны, например;
- если на таком искривленном, да к тому же горизонтальном участке скважины ее состояние (качество) очистки от выбуренной породы будет неудовлетворительно (см. фиг.1, фиг.3-4).
В этом случае совокупность частиц шлама будет выпадать из шлама и оседать в зоне «линии трения», по схеме (см. фиг.1, фиг.3-4), входя в зацепление (трение), на протяжении затрубного пространства с колонной бурильных труб. При формировании таких условий «линия трения» двух взаимодействующих (трущихся) поверхностей перерастает в площадь трения (см. фиг.1. и сечения Б-Б; В-В) на этих горизонтальных участках ствола скважины.
В описанных условиях длительного, непрерывного (например, более двух часов) бурения, площадь трения - «цепь прихвата» у бурильной колонны может возрасти многократно, до критической степени прихвата, с необходимостью последующего прекращения процесса бурения, до полной, качественной очистки ствола скважины от породы.
2.1.2. Неприхватываемые УБТ и спиральные бурильные трубы, как причинно-следственное обоснование профилактики прихвата
Как объясняет такой негативный эффект - «прихват» разработчик УБТ-фирма?
Как установлено заявителем, фирма ошибочно связывает негативный эффект «прихват», как следствие, с величиной (потенциальной) контактной поверхности вращающейся бурильной трубы, принятой ею за причину в причинно-следственной связи его образования. Поэтому логично, что фирма решила уменьшить поверхность вращающейся в составе бурильной колонны трубы, путем выполнения (например, фрезерованием) на поверхности трубы канавок (винтовых или прямых).
В ожидание «правильности» своих предположений, фирма получила положительный технический результат: многократное (а не на 40%) уменьшение степени и случаев прихвата, который подтвердился длительной практикой бурения с такой измененной поверхностью бурильных труб (4) с.53.
Как установили в ходе настоящего анализа состояния проблемы, по форме поверхность бурильной трубы в динамике, то есть при трении (бурении), представляет собой бесконечную поверхность («принцип относительности» при определении площади поверхности трения трубы при бурении).
В ходе условий длительного, постоянного трения этих двух поверхностей происходит динамичное нарастание сил трения за счет перерастания линии трения (см. фиг.2 поз.2.1.) - в поверхность трения - многократного увеличения сил трения за счет условий длительного, динамичного нарастания массы выбуренной породы между трущимися поверхностями (см. фиг.1, фиг.3-4, сечения Б-Б, В-В). При достижении сил трения (степени прихвата) - «цепи прихвата» критической величины, происходит «прихват» с последующим прерыванием процесса бурения.
Поэтому фирма - разработчик существующие условия длительного (например, до нескольких часов), нарастания площади трения и сил трения двух поверхностей изменила: прервала бесконечную (в состоянии вращения) поверхность бурильной трубы, разделив ее на конечной величины сегменты, посредством выполнения (фрезерованием) продольных или винтовых канавок на поверхности бурильной трубы, в составе бурильной колонны (4) с.47, рис 34а, б, в.
В результате время формирования (нарастания) степени прихвата - «цепи прихвата», длившееся, например, 2 ч (7200 с), изменяется: уменьшается… революционно («… количество прихватов резко сократилось» (4) с.64). В цифрах такое изменение - уменьшение выглядит следующим образом.
Труба с тремя, например, продольными (или винтовыми) канавками на поверхности делится на 3 конечных сегмента по 72° (360°×40%:3), то есть прерывание нарастания степени прихвата - «цепи прихвата» - через каждые 1/3 оборота бурильной колонны (фиг.5). При радиальной скорости вращения бурильной колонны, например, 180 об/мин. (3 об/с), прерывание нарастания степени прихвата - «цепи прихвата» 9 раз в секунду (3 об/с × 3 раза). То есть за, например, 2 часа (7200 с) непрерывных бурильных работ, у бурильной трубы с тремя «прерывателями цепи прихвата» (канавками) на поверхности произойдет… 21600 прерываний «цепи прихвата» (7200 с × 3 прерывания).
Из вышеприведенного анализа следует вывод, что в основе ошибочного объяснения (оценки) полученных разработчиком «неприхватываемых УБТ» (4) с.54, «спиральных бурильных труб» со сниженной опасностью прихвата» (4) с.63 - отсутствие научного (причинно-следственного) обоснования полученного технического результата (следствия).
Очевидно, в период разработки «неприхватываемых бурильных труб (первая половина 20-го века), у фирмы-разработчика в данном конкретном случае, над «Инженерными принципами…» доминировали «… привычки, интуиция, чутье» (4) с.10.
Разработчик, очевидно, ограничился «…многочисленными наблюдениями…» (4) с.53, в сочетании с полученными им ожидаемыми техническими результатами, предвосхитившими его: многократное снижение опасности прихвата (случаев прихвата): «…количество прихватов резко сократилось» (4) с.64.
Для более наглядного пояснения работы механизма прерывания «цепи прихвата», приведем его описание «в миниатюре», но более очевидное.
Контроль резьбового отверстия изделия осуществляют в полуавтоматическом цикле контрольной проходной резьбовой пробкой, в частности. В силу ограничения поля допуска (несколько микрон), в процессе контроля резьбового отверстия, путем свинчивания резьбовой пары, попадания микрочастиц абразивной пыли и др. между трущимися резьбовыми поверхностями, контрольную резьбовую пробку часто прихватывало (заклинивало). Процесс контроля данного параметра изделий приходилось прерывать для очистки обеих резьбовых поверхностей, с последующим возобновлением процесса контроля. Из за отмеченных негативных условий контроля, связанных с частыми прихватами, снижалась эффективность автоматического контроля резьбового отверстия изделия, в условиях его крупносерийного производства.
С целью исключения отмеченных негативных условий контроля (прихват контрольной пробки), на контактной-резьбовой поверхности контрольной пробки прорезали одну прямую продольную канавку, на глубину резьбы. Причем, учитывая понимание причинно-следственной связи формирования и возникновения «прихвата» (заклинивание), продольной, прорезанной в осевом направлении канавке не придавалась функция уменьшения площади контактной поверхности резьбовой контрольной пробки, с целью уменьшения сил трения сопрягаемых (на 100%) двух поверхностей при их свинчивании. Поэтому продольная канавка была выполнена на поверхности узкая (~3 миллиметра - около 5% «уменьшения» площади контактной поверхности) и всего одна (см. фиг.6, поз.6.1).
После такого «уменьшения» поверхности резьбовой контрольной пробки (см. фиг.6, поз.6.2), случаи «прихвата» при свинчивании резьбовой пары снизились до ~ близко к нулю, то есть в сотни раз. Хотя, как наглядно изображено на фиг.6, свинчиваемые, трущиеся резьбовые поверхности 6.4. пробки 6.2. и изделия 6.3. сопряжены и контактируют на 100% поверхности.
Как и в случае с бурильной трубой, на поверхности резьбового калибра выполнили аналогичный «прерыватель цепи прихвата» (поз.6.1.).
Проектировщики процесса контрольных операций дали название выполненной продольной канавке, соответствующей своему функциональному назначению - «канавка грязевая» (буквально с немецкого - «шлам» - грязь).
Механизм работы «прерывателя цепи прихвата» - «грязевой канавки» заключается в следующем. В процессе свинчивания резьбовых поверхностей, входит в зацепление с трущимися поверхностями (застревает между ними) все больше микроабразивных частиц, формируясь в динамично нарастающую цепь «микрозон зацепления» - сил трения, совокупно достигая критической величины степени прихвата - «цепи прихвата», происходит прихват (заклинивание резьбовых поверхностей).
Наличие продольной канавки - «грязевой канавки» позволило попавшую между трущимися резьбовыми поверхностями массу микрочастиц, с каждым оборотом увеличивающую силу трения, между поверхностями нарастающую «цепь прихвата» - прервать, в цикле одного оборота (одна канавка) контрольного калибра. Следовательно, нарастание «цепи прихвата» длится не более чем один оборот, а силы трения между резьбовыми поверхностями (поз.6.4) прерываются ежеоборотно, не достигнув величины «прихвата».
Как теперь установлено, в случае с бурильными трубами с продольной или винтовой канавками, такое прерывание нарастания «цепи прихвата» происходит в цикле - 1/3 оборота, то есть трижды за один оборот бурильной трубы (колонны): соответствуют числу продольных или винтовых канавок (поз.5.2) на наружной поверхности спиральной, например, бурильной трубы - числу прерывателей «цепи прихвата» (фиг.5).
Прерывание «цепи прихвата» достигается в следующей последовательности, на примере одной (или нескольких), отдельно взятых микрочастиц абразивных, например, при бурении.
Абразивная частица неравномерного сечения, попадает между трущимися поверхностями, перемещается в позицию 5.3. с большим сечением, заклинивается, то есть входит в зацепление: с одной стороны - с поверхностью неподвижной стенкой скважины, с другой, противоположной - с поверхностью вращающейся бурильной трубы (поз.5.1.), сдерживая ее вращение (перемещение). Поверхность трубы, преодолевая силу зацепления абразивной частицы (частиц), перемещается в позицию 5.2., где выходит из зацепления с абразивной частицей (частицами), посредством канавки (поз.5.2) на поверхности бурильной трубы - прерывателя «цепи прихвата». Абразивная частица (частицы), выходя из зацепления с поверхностью трубы, в результате прерывания «цепи прихвата» (из-за прерывания поверхности трубы канавкой поз.5.2.), выпадает в канавку 5.2. (собирается там) и выносится наружу проникающей в канавку, на поверхности бурильной трубы восходящим потоком (поз.1.5.) промывочной жидкости.
2.1.3. Выводы
2.1.3.1. В процессе бурения с трущимися поверхностями входят в зацепление (застревают между ними) абразивные частицы из состава шлама, представляющие собой динамично нарастающие концентраторы сил трения - нарастающую цепь концентратов сил трения - «цепь прихвата», характеризующую степень прихвата. В случае достижения сил трения - «цепи прихвата» критической, происходит прихват, то есть прекращение бурения, с последующей, возможно, аварийной ситуацией: разрыв бурильной колонны, ее потеря, отказ оборудования и т.д., то есть происходит ненадежное и неэффективное бурение.
2.1.3.2. Следствием обеспечения функций «профилактики прихвата» спиральной, например, бурильной трубы явилось изменение условий трения и формирования нарастания сил трения - «цепи прихвата», характеризующей степень прихвата, путем прерывания поверхности бурильной трубы на сегменты, посредством выполнения на ее поверхности, например, спиральных канавок.
2.1.3.3. Следовательно, выполненные на поверхности (занимающих до 40% поверхности) бурильной трубы спиральные, например, канавки выполняют функцию «прерывателей прихвата» - «механизма профилактики прихвата», путем прерывания «цепи прихвата».
2.1.3.4. Однако спиральные, например, бурильные трубы обеспечивают прерывание «цепи прихвата» и, как следствие, в высокой степени обеспечивают «профилактику прихвата», все же в условиях, в какой-то степени, качественной очистки скважины, на ее горизонтальных участках, в силу объективных (негативных) условий горизонтального бурения.
Потому что все же имеющиеся случаи прихвата спиральных бурильных труб и вышеприведенные аналитические исследования говорят о том, что в случае неудовлетворительной (некачественной) очистки даже вертикального и наклонного участка ствола скважины и выноса выбуренной породы, у спиральной бурильной трубы вышеустановленные функции «профилактики прихвата» утрачиваются (не работают), вследствие их «перегруженности» (засоренности) массой выбуренной породы.
2.1.3.5. В результате проведенных выше аналитических исследований выявлены и сформулированы объективно существующие проблемы в технологии и технике горизонтального бурения: отсутствие средств (способов, устройств) по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Сформулируем общую техническую задачу по решению проблемы в области технологии и техники бурения горизонтальных участков ствола скважины:
Необходимо разработать конструкцию бурильной трубы для осуществления «Способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков» (более подробно см. в разделе 2.3. «Выбор «прототипа».
На примере исследования спиральной, например, бурильной трубы выявили, что в условиях вертикального бурения, то есть в условиях удовлетворительной очистки ствола скважины, в режиме рабочего процесса, она удовлетворительно справляется с проблемой прихватов, на уровне их профилактики.
2.1.3.6. В ходе исследований выявлено также, что у вращающейся в составе колонны - бурильной трубы, вообще - идеальные потенциальные функции активатора шлама, ее частиц в составе потока промывочной жидкости, в условиях бурения горизонтальных участков ствола скважины, при соответствующих конструктивных изменениях бурильной трубы.
Если наружную поверхность бурильной трубы выполнить, например, винтовой, путем ее снабжения «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве», то такие бурильные трубы на всем протяжении горизонтальных участков ствола скважины в составе колонны будут выполнять дополнительно функции винтового активатора потока промывочной жидкости в затрубном пространстве. Следовательно, такая бурильная труба будет не только непрерывно перемещать выбуренную породу (в форме шлама), стремящуюся к выпадению из состава потока промывочной жидкости в затрубном пространстве и осаждению на нижнюю стенку горизонтального участка ствола скважины, но и тем самым осуществлять качественную и эффективную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
В результате снабжения бурильной трубы «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» будут обеспечены условия для профилактики выпадения шлама, осаждения и отложения выбуренной породы, путем непрерывной ее активации, перемещения самой вращающейся бурильной трубой - в активную зону потока промывочной жидкости, для его (шлама) последующего выноса.
Как следствие обеспечения условий для профилактики выпадения шлама, последующего осаждения и отложения (накопления) выбуренной породы на горизонтальных участках ствола скважины, на научном, то есть на причинно-следственном уровне решена техническая задача по качественной и эффективной очистке горизонтальных участков ствола скважины при их бурении.
В свою очередь, как следствие решения указанной технической задачи, обеспечено получение технического результата: повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины.
2.2. Уровень техники
Известен «Центробежный насос» - лопаточный насос, в котором перемещение жидкости происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении жидкости лопатками рабочего колеса.
На фиг.1 (3) с.1042 представлена схема Центробежного насоса.
«Рабочее колесо 1 с лопатками 2, насажденное на вал 3, вращается внутри корпуса 4. Жидкость, поступающая к центру колеса по всасывающей трубе 5, вращается вместе с колесом, отбрасывается центробежной силой к периферии и выходит через нагнетательный патрубок 6. В результате воздействия лопаточного колеса на жидкость происходит увеличение энергии протекающей жидкости, характеризующейся эффективным напором насоса.
Преобразование сообщенной жидкости кинетической энергии в потенциальную, т.е. повышение давления жидкости за счет ее скорости, обеспечивается расширяющейся частью корпуса насоса, спирально охватывающей рабочее колесо. Обычно переход из колеса в спиральную плоскость осуществляется через расширяющийся кольцевой канал, иногда снабженный неподвижными лопатками, …» (3) с.1042.
По наибольшему числу сходных признаков (выделено контрастно) известный аналог (3) с.1042, фиг.1 является наиболее близким к заявляемой бурильной трубе для осуществления заявляемого Способа.
Сопоставительный анализ известного и заявляемого объектов
Известный объект - центробежный насос (3) с.1042 фиг.1
Заявляемый объект - «Труба для осуществления заявляемого «Способа…»
- рабочее колесо;
… бурильная труба;
- с лопатками;
… с активаторами;
- насаженными на вал;
… выполненными заодно с бурильной трубой;
- вращающееся внутри корпуса;
… труба вращается внутри ствола скважины;
- жидкость вращается вместе с колесом;
… промывочная жидкость вращается вместе с винтовыми впадинами бурильной трубы);
-жидкость отбрасывается центробежной силой;
… действием центробежной силы;
- в результате воздействия лопаточного колеса на жидкость;
… движение… жидкости создают посредством энергии вращающейся трубы;
- жидкость… вращается вместе с колесом, отбрасывается центробежной силой к периферии и выходит….
… профилактику выпадения шлама и вынос его частиц в верхнюю часть сечения затрубного пространства осуществляют действием центробежной силы… движения… жидкости.
Подробное сходство известного и заявляемых объектов объясняется тем обстоятельством, что в заявляемой конструкции трубы для осуществления заявляемого способа реализован принцип работы известного «центробежного насоса» (3) с.1042.
Однако критерием выбора «прототипа», в данном конкретном случае является не сходство максимального числа признаков с объектом аналога, например, известного «центробежного насоса», а возможность осуществления заявляемого «Способа очистки ствола скважины…» и решения тем самым намеченной технической задачи: Разработать «Способ по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении его горизонтальных участков» и получение, вследствие этого, технического результата: «надежное и эффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины».
Как очевидно из описания заявляемого объекта и приведенного сопоставительного анализа признаков известного и заявляемого способа, в силу его иного назначения и ограниченности его функциональных возможностей, именно для возможности осуществления заявляемого «Способа».
Однако поскольку осуществление заявляемого «Способа» посредством заявляемой «бурильной трубы» по принципу работы при выполнении основного перечня операций собственно, по очистке горизонтального участка ствола скважины при ее бурении, представляет собой работу известного центробежного насоса (3) с.1042, то автор решил включить в данный раздел его описание, для более правильного (лучшего) понимания сущности заявляемой группы изобретений, их причинно-следственного обоснования.
Известна «Бурильная труба» (варианты) по патенту РФ №2260665, относящаяся к области буровой техники, могущая использоваться в компоновке нижней части бурильной колонны, предназначенной для снижения искривления скважины, буримой в анизотропных горных породах.
Бурильная труба содержит металлический корпус, выполненный с поперечным сечением в форме кольца с двумя диаметрально удаленными сегментами, с образованием плоских продольных участков наружной поверхности трубы, по первому варианту выполнен с более высоким значением модуля упругости, чем модуль упругости металла корпуса трубы за счет его пластического деформирования.
Как установлено в результате анализа в разделе 2.1. «Существующего положения проблемы», эффективный «прерыватель цепи прихвата» в условиях бурения горизонтальных участков ствола скважины должен совмещать одновременно выполнение двух функций:
- прерывания «цепи прихвата, с каждой 1/3 оборота бурильной трубы;
- профилактики выпадения шлама, путем активации с нижней стенки горизонтального участка ствола скважины массы частиц шлама (породы) - в зону активной части восходящего потока промывочной жидкости и частиц шлама в ее составе.
Из вышеуказанных функций известная «Бурильная труба» в состоянии выполнять, только в малой степени от необходимой - прерывание прихвата (в местах двух плоских сегментов). Но такое прерывание не может быть качественно и эффективно, т.к. плоские сегменты предназначены для достижения иного технического результата.
Что же касается функции «профилактика выпадения шлама», путем активации с нижней части горизонтального участка ствола скважины стремящейся к выпадению породы, то в известной «Бурильной трубе» она не предусмотрена и, следовательно, она не может быть использована для достижения отмеченного технического результата.
Известно изобретение «Устройство для бурения горизонтальных скважин из вертикальной скважины большого диаметра», по патенту РФ №1373010 (МПК E21B 7/00).
Известное изобретение относится к области горной промышленности и позволяет повысить надежность работы и увеличить производительность (бурения).
Известное устройство, как и заявляемое, предусмотрено для бурения горизонтальных скважин.
Однако, вследствие иного назначения, конструкции, достигаемого технического результата, известное устройство не может быть использовано для достижения технического результата, достигаемое в заявляемом устройстве (и способе).
Известно изобретение «Головка бурильная», по патенту РФ №2342514.
Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в качестве бурильного инструмента для проходки скважин различного назначения вращательным режуще-скалывающим разрушением породного забоя. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности бурения скважин.
Следует отметить, что достигаемый технический результат как в известном, так и в заявляемом устройствах идентичны. Тем не менее, известное устройство предназначено для выполнения иных функций и не может быть использовано для обеспечения «прерывания цепи прихвата» (профилактики прихвата) и очистки горизонтальных участков скважины от выбуренной породы.
тм
Из рекламных проспектов компании VAM DRILLING под товарной маркой HYDROCLEAN, далее (5), известны(из Интернета «Виртуальная выставка»):
- конструкции бурильных труб для очистки ствола скважины (5) с.56-61;
- профили гидравлической очистки на центральных высадках бурильных труб, с бурильными замками, с двойным наружным диаметром (5) с.62-70;
- рабочие, эксплуатационные показатели конструкции (5) с.71-78.
В источнике (5) известные конструкции продекларированы, как «новое поколение оборудования для очистки ствола скважины и управления крутящим моментом и тягой, … как выход на новый уровень технологии бурения» (5) с.78.
тм
Известные конструкции бурильной трубы марки HYDROCLEAN разработаны для очистки скважин при их бурении, поэтому содержат некоторые признаки заявляемого «Способа очистки скважины при бурении ее горизонтальных участков»:
- управление крутящим моментом и тягой, … как выход на новый уровень технологии бурения»(5) с.56;
- уменьшение коэффициента трения на ~20-40% (5) с.71;
- уменьшение крутящего момента и тяги на ~40% (5) с.71;
(5) с.62:
- … оптимизация очистки при нормальных скоростях вращения;
- срезающий (зачерпывающий) эффект для проникновения в отложения шлама;
- … вращение сопровождается эффектом Вентури, что так же поднимает частицы шлама;
- центробежная сила перемещает частицы шлама в область перемещающегося с большей скорости потока;
(5) с.66-67
Основные функции очистки ствола скважины (ее горизонтальных участков):
1. Зачерпывание максимального объема отложений на стороне низкого давления скважины (с зоны осаждения шлама).
2. Рециркуляция (активация) максимального количества отложений (бурового шлама) - в активную зону восходящего потока промывочной жидкости.
3. Обеспечивать достаточную энергию для перемещения отложений в верхний уровень горизонтального участка скважины, где частицы не могут откладываться.
4. «Эффект зачерпывания» обеспечивает быстрое уменьшение отложений, а «эффект Вентури» обеспечивает дополнительную очистку… скважины.
Краткий критический анализ (критика) аналога (5) с.66-67, в виде продекларированных разработчиком «Основных функций по очистке ствола скважины» (ее горизонтальных участков).
Продекларированные в аналоге - источнике (5) признаки причинно-следственно не обоснованы и выполняют задачу «создания рекламного фона».
Но в известной информации (5) обусловлены проблемы, связанные, преимущественно, с горизонтальным бурением.
Поэтому необходимо провести краткий анализ (критику) аналога, как совокупность признаков бурильной трубы по возможности очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Как обосновано выше, в разделе 2.1. «Существующее положение проблемы…», проблема обусловлена изменившимися (негативно) условиями горизонтального бурения: выпадение шлама и последующее оседание и отложение ее частиц (выбуренной породы) на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины.
Известные способы и средства по очистке ствола скважины не работают или некачественны, малоэффективны. Следствием чего является: ненадежное и неэффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины.
Поэтому качественное, позитивное изменение создавшихся негативных условий горизонтального бурения обеспечит: техническое решение по разработке средств (способа и устройства) по очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, путем профилактики выпадения шлама.
тм
Как очевидно из источника (5) с.62, работу по очистке горизонтального участка ствола скважины осуществляет, собственно, «профиль HCZ» гидравлической очистки на центральных высадках трубы конструкции HYDROCLEAN.
тм
«Профиль HCZ» в общей протяженности трубы бурильной «HYDROCLEAN» представляет собой только ее малую часть - сегмент в форме указанного профиля.
Тем не менее, рекомендуемая «норма» применения указанной бурильной трубы со стандартными бурильными трубами, как 1/3, то есть одна с профилем HCZ - через каждые три стандартные соединения (5) с.73. Это значит, что после длительного по времени работы и проходки ствола скважины (длина трех труб) засорения, его очистка осуществляется ограниченным по длине (и времени) сегментом четвертой трубы с профилем HCZ.
В разделе 4 заявляемого «Способа очистки…» обосновано, что единственно качественным и эффективным способом очистки горизонтального участка ствола скважины является «Способ», обеспечивающий очистку на уровне профилактики выпадения шлама в осадок. Для этого необходимо активировать промывочную жидкость одновременно и постоянно, на протяжении всего затрубного пространства всей колонны горизонтального участка ствола скважины, а не на протяжении ограниченного по длине, например, профиля HCZ, только каждой четвертой трубы.
То есть это значит, что вся колонна горизонтального участка ствола скважины работает (вращается) в состоянии постоянной засоренности ((5) с.67) ее затрубного пространства (со стороны нижней стенки ствола скважины), в состоянии постоянных перезатрат энергии на преодоление сил трения в существующих условиях некачественной очистки ствола скважины, а, следовательно, ненадежно и неэффективно.
тм
Из анализа и обзора известного аналога очевидно, что средство по очистке горизонтальных участков ствола скважины конструкции HYDROCLEAN (5) с.67 не справляются с решением задачи по их очистке, на уровне профилактики выпадения шлама, то есть по обеспечению их качественной и эффективной очистке. Следовательно, вследствие выпадения шлама, причинно-следственно известная конструкция, см. (5) с.67 допускает оседание и отложение частиц шлама - выбуренной породы на нижней стенке горизонтального участка ствола скважины, а значит, приводит к необходимости постоянной ее очистки.
Все изложенные выше недостатки известного аналога не позволяют вести качественную и эффективную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, а следовательно, исключает возможность достижения намеченного технического результата: надежное и эффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины.
Известна утяжеленная бурильная труба.
«… новый тип УБТ, у которой по наружной поверхности выфрезерованы (выполнены) спиральные канавки, …» (4) с.53, а также (4) с.47, рис.34а: со спиральными канавками.
В разделе 2.1. «Существующее положение проблемы» - описания заявляемого изобретения обосновано, что данный тип утяжеленных бурильных труб не может быть использован для осуществления способа, в силу объективных условий горизонтального бурения, а приведен в описании лишь как дальний аналог, имеющий общие признаки с «прототипом» и с заявляемой трубой («по наружной поверхности выполнены спиральные канавки») (4) с.53.
Известна спиральная бурильная труба.
«Спиральные бурильные трубы, так же как и утяжеленные спиральные трубы, имеют три плоских выреза, расположенных геликоидно по трубе», то есть по наружной поверхности трубы (4) с.63.
«С целью уменьшения опасности прихвата и была разработана новая конструкция бурильных труб, в которой контакт тела трубы со стенками скважины значительно уменьшен, так как по всему телу трубы (до 40% поверхности) нарезаны геликоидные канавки»(4) с.64.
Итак, из описания, данного в источнике (4) с.63-65 выявили (выделено контрастно) существенные, по мнению заявителя, признаки известного аналога: спиральная бурильная труба включает тело бурильной трубы, наружную поверхность, геликоидную (винтовую) поверхность в виде выполненных по всему телу (в теле) трубы геликоидных, то есть винтовых (см. (3) с.205 «Геликоид») канавок, занимающих до ~40° всей наружной поверхности трубы. «Трубы имеют приваренные под давлением замки» (4) с.65.
В ходе исследования существующего положения проблемы, в частности, ее причинно-следственного анализа, установлено (см. «Выводы»):
п.2.1.3.3. Следовательно, выполненные на поверхности бурильной трубы спиральные, например, канавки выполняют функцию «прерывателей прихвата» - «механизма профилактики прихвата», путем прерывания «цепи прихвата».
Именно выявленое и причинно-следственно обоснованное наличие у «спиральных бурильных труб» функций, сформулированных в п.2.1.3.3. «Выводы», позволило придти к пониманию, что:
- «… у вращающейся в составе колонны бурильной трубы, вообще, идеальные потенциальные функции активатора шлама, ее частиц в составе потока промывочной жидкости, в условиях бурения горизонтальных участков ствола скважины, при соответствующей конструктивной доразработки бурильной трубы, описанной здесь же, в последнем абзаце п.6 «Выводов»:
- «Как следствие обеспечения условий для профилактики выпадения шлама, осаждения и отложения (накопления) выбуренной породы на горизонтальных участках ствола скважины, на научном, то есть на причинно-следственном уровне решена техническая задача по качественной и эффективной очистке горизонтальных участков ствола скважины при их бурении».
2.3. Выбор «прототипа».
По совокупности существенных признаков, позволяющих осуществить заявляемый «Способ», наиболее близким из известных аналогов к заявляемой трубе для осуществления заявляемого способа является «спиральная бурильная труба», поэтому автор решил выбрать ее за «прототип» (4) с.63-с.65.
Выбранная за «прототип» «спиральная бурильная труба» имеет недостатки.
Однако прежде, чем приступить к критике «прототипа», то есть к перечислению его недостатков, необходимо охарактеризовать главную из функций в конструкции трубы-«прототипа», как установлено в результате ее исследования.
«Механизм» против прихвата - основная из функций, по эффективности «работающая» на уровне профилактики прихвата. В негативных условиях горизонтального бурения установленная функция трубы-«прототипа» - важнейшая, которой не обладают известные стандартные (и прочие) бурильные трубы, то есть с целостной наружной поверхностью, без продольной или геликоидной (винтовых) разделительных поверхностей - углублений, (канавок) в теле бурильной трубы, причем именно на протяжении всей ее длины (по всему телу трубы нарезаны геликоидные (винтовые) канавки (4) с.64), то есть винтовые поверхности, составляющие до 40° всей поверхности трубы.
В ходе аналитических исследований условий горизонтального бурения (способов, средств), известных из уровня техники, сформулировали техническую задачу по разработке Способа, обеспечивающего качественную и эффективную очистку горизонтальных участков ствола скважины при их бурении».
В ходе разработки сформирована совокупность существенных признаков Способа.
Проанализируем, насколько возможно осуществление заявляемого «Способа очистки…» посредством использования трубы-«прототипа» (4) с.63-64.
Автор ставит задачу разработки «Способа очистки…» на принципиально ином уровне, качественно превосходящем мировой: на уровне профилактики выпадения шлама (его последующего отложения, накопления и засорения устья ствола скважины, ее горизонтального участка).
По заявляемому «Способу очистки…» необходимо, следовательно, предложение новых функций, в процессе горизонтального бурения, а именно:
- очистку ствола скважины осуществлять путем профилактики выпадения шлама;
- для чего поток (восходящий) промывочной жидкости «заставить» двигаться по строго заданной траектории затрубного пространства, путем ее активации по винтовой поверхности;
- в свою очередь, для осуществления подобной сложной и принципиально новой операции в процессе горизонтального бурения, необходимо:
- использование кинетической энергии вращения всей колонны бурильных труб (для обеспечения винтовой активации шлама в составе потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, на всей протяженности горизонтальных участков ствола скважины);
- использование действия центробежной силы (энергии) активированного по винтовой поверхности движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве.
Исходя из перечисленных принципиально новых операций процесса горизонтального бурения по заявляемому «Способу очистки…», для его осуществления автором ставится задача по разработке принципиально новой конструкции бурильной трубы, позволяющей осуществить заявляемый «Способ очистки…».
Как будет обосновано ниже, идея выбора в качестве «прототипа» известной «спиральной бурильной трубы» (4) с.63-65 в том, чтобы не только сохранить в заявляемой конструкции бурильной трубы для осуществления «Способа очистки…» заложенный в «прототипе» «механизм профилактики прихвата», чрезвычайно необходимый в условиях горизонтального бурения.
Но идея выбора в том, чтобы на базе имеющейся только у «прототипа» функции «механизма профилактики прихвата» в виде «имеющихся трех плоских вырезов, расположенных геликоидно (т.е. в виде винтовой поверхности) по наружной поверхности трубы» (4) с.63-с.65, создать дополнительные функциональные возможности, необходимые и достаточные для осуществления заявляемого «Способа очистки…».
Эти функции должны осуществляться посредством заявляемой конструкции трубы, путем:
- выполнения наружной поверхности трубы винтовой, путем ее снабжения, по меньшей мере, тремя «активаторами винтового движения промывочной жидкости в затрубном пространстве» … в виде полукруглых профилей, каждый из которых снабжен «винтовым опорным поясом» с опорным профилем, совмещаемым (равным радиусу) с опорной поверхностью нижней стенки ствола скважины.
Снабжение наружной поверхности трубы, по меньшей мере, тремя «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» обеспечивает функции:
- каждый из трех «активаторов» выполняет функцию «механизма прерывания прихвата»;
- выполнение наружной поверхности трубы винтовой обеспечивает наиболее оптимальную, то есть эффективную траекторию движения шлама, (в составе потока промывочной жидкости) в затрубном пространстве;
- что, в свою очередь, обеспечивает наиболее эффективные гидродинамические условия в затрубном пространстве взвешенного состояния шлама, то есть условия для наиболее устойчивого состояния профилактики выпадения шлама и, как следствие, обеспечивает наиболее эффективную и качественную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Очевидно, что выбранная в качестве «прототипа» известная «Спиральная бурильная труба» (4) с.63-с.65 не может быть использована для осуществления заявляемого «Способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков», в силу функциональной ограниченности трубы-«прототипа».
Техническая задача разработки конструкции бурильной трубы для осуществления «Способа по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков»: расширение функциональных возможностей «спиральной бурильной трубы» (4) с.63-65, выбранной за «прототип».
2.4. Раскрытие изобретения (по п.2 формулы изобретения)
2.4.1. «… Наружная поверхность трубы выполнена винтовой, …»
В результате проведенных аналитических исследований по проблеме качественной и эффективной очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков («Способ очистки…») автором установлено (см. подраздел «Выводы»):
Траектория движения шлама (его частиц) в затрубном (цилиндрическом) пространстве ствола скважины, при бурении ее горизонтальных участков, представляет собой (в цикле полуоборота - сверху-вниз) пространственную спиральную кривую, выполненную на поверхности круглого цилиндра (поверхности бурильной трубы) -«цилиндрическая винтовая линия» (6) с.149.
Тогда поверхность каждой из труб бурильной колонны, посредством которой должна осуществляться траектория движения шлама (его частиц), через поток промывочной жидкости в затрубном (цилиндрическом) пространстве, путем ее активации, при бурении ее горизонтальных участков, должна соответствовать «… Винтовой поверхности, описываемой кривой-образующей, равномерно вращающейся вокруг некоторой оси и одновременно совершающей равномерное поступательное движение вдоль этой оси» (6) с.149.
Следовательно, признак по п.2.4.1. причинно-следственно обусловлен с получаемым техническим результатом: «повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины».
2.4.2. «… путем ее снабжения, по меньшей мере, тремя «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, …».
В ходе исследований по проблеме разработки средств по осуществлению «Способа очистки…» автором установлено также (см. подраздел 2.1.3. «Выводы»), … что у вращающейся в составе колонны - бурильной трубы, вообще - идеальные потенциальные функции активатора шлама, ее частиц в составе потока промывочной жидкости, в условиях бурения горизонтальных участков ствола скважины, при соответствующих конструктивных изменениях бурильной трубы».
То есть если наружную поверхность бурильной трубы выполнить винтовой, путем ее снабжения:
«активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве», то такие бурильные трубы на всем протяжении горизонтальных участков ствола скважины в составе колонны будут выполнять дополнительно функции «активатора винтового потока промывочной жидкости в затрубном пространстве».
Следовательно, такая бурильная труба будет не только непрерывно перемещать выбуренную породу в форме шлама (в составе потока промывочной жидкости), стремящегося к выпадению и осаждению на нижнюю стенку горизонтального участка ствола скважины, но и тем самым осуществлять качественную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
В результате снабжения бурильной трубы «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» обеспечены условия для профилактики выпадения шлама, осаждения и отложения выбуренной породы, путем непрерывной ее активации, перемещения самой вращающейся бурильной трубой - в активированную зону потока промывочной жидкости, для его (шлама) последующего выноса.
Минимальное число - трех «активаторов…» определена конструкцией принятой за «прототип» спиральной бурильной трубы (4) с.63-65, как достаточного и необходимого для обеспечения удовлетворительного результата степени прихвата («цепи прихвата»).
Большее количество, например, до 4-х - 6-и «активаторов…» обусловлено универсальностью заявляемой группы изобретений, то есть обусловлено потенциально большим диапазоном типоразмеров применяемых бурильных труб;
При бурении трубой кратно большего диаметра, с соответственно, меньшей угловой скоростью необходимая интенсивность, то есть эффективность активации шлама в составе потока промывочной жидкости в затрубном пространстве компенсируется пропорциональным увеличением количества «активаторов винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» (см. например (4) с.47, рис.34 «б», «в» - функционально (ограниченно) востребованные, как противоприхватные механизмы).
Как следствие обеспечения условий для профилактики выпадения шлама, последующего осаждения и отложения (накопления) выбуренной породы на горизонтальных участках ствола скважины, на научном, то есть на причинно-следственном уровне решена техническая задача по качественной и эффективной очистке горизонтальных участков ствола скважины при их бурении.
В свою очередь, как следствие решения указанной технической задачи, обеспечено получение технического результата: повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины.
2.4.3. «… технологически выполненными заодно с ее телом, в виде расположенных с одинаковыми угловыми интервалами по ее наружной поверхности, …».
Снабжение бурильной трубы, по меньшей мере, тремя «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» позволило расширить функциональные возможности трубы до широкого диапазона выполняемых операций по качественной и эффективной очистке ствола скважины, на уровне профилактики выпадения шлама, то есть, осуществлять заявляемый «Способ…».
Очевидно, что выполнение наружной поверхности трубы винтовой основано на трех «активаторах винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве», формирующих винтовую поверхность и прочие элементы, отраженные в п.2 формулы изобретения.
То есть «активаторы…», выполненные на поверхности трубы - основополагающие и важнейшие элементы, влияющие на выполнение технической задачи и, как следствие, на достижение технического результата: «надежное и эффективное бурение».
Поэтому основополагающие и важнейшие элементы заявляемой трубы - «активаторы…» технологически, то есть в процессе их производства, выполнены заодно с телом трубы», то есть цельнокатонными, (а не сварными, например), обеспечивающими надежное, а, следовательно, и эффективное бурение: например, устойчивость к крутящему моменту, исключение усталостных трещин, разрывов, аварий и т.д.
В выполненной по наружной поверхности «винтовой активации потока промывочной жидкости» осуществляется за счет взаимодействия двух ее элементов:
- «активаторов винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» (по впадинам между образующими винтовую поверхность - тремя «активаторами…» трубы), «… посредством энергии вращающейся трубы…» (см. п.1. формулы);
Подобное выполнение необходимо для осуществления очистки ствола скважины путем профилактики выпадения шлама: «… для чего в процессе бурения движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве создают путем его «винтовой активации…» (см. п.1. формулы).
В разделе «Выбор прототипа» установлено: выполнение наружной поверхности винтовой обеспечивает, в том числе: наиболее оптимальную, то есть эффективную траекторию движения шлама (в составе промывочной жидкости) по винтовым впадинам в затрубном пространстве.
Действительно, совершая винтовое движение по винтовым впадинам, вокруг трубы, шлам, его частицы в составе промывочной жидкости даже не преодолевают силы трения между винтовой поверхностью трубы и, собственно, потоком промывочной жидкости: шлам перемещается по винтовой поверхности трубы (то есть в винтовых впадинах трубы), то есть относительно винтовой поверхности, в принципе, не перемещается, что подтверждается на примере аналогичного механизма и совершаемых движений: «… в котором подача жидкости совершается по перемещающимся лопастям винтовых впадин…» (3) с.149 «Винтовой насос».
2.4.4. «… в поперечном сечении в форме полукруглых профилей…».
Изначально техническая задача разработки и создания трубы: осуществление заявляемого изобретения «Способ очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков», для осуществления совокупности операций (движений), включенных в п.1 формулы изобретений.
То есть часть признаков п.2 формулы - подпункта 2.4.4. причинно-следственно связаны с достигаемым изобретением техническим результатом.
Исходя из выше сформулированного в подпункте 2.4.4. признака, выполнение «активаторов…» «… в поперечном сечении в форме полукруглых профилей…» обусловлено обеспечением обтекаемости поверхности активаторов при синхронном воздействии (активации) винтовой поверхности трубы на всем протяжении горизонтальных участков ствола скважины (условие обеспечения профилактики выпадения шлама):
- как с массой промывочной жидкости на всем его протяжении;
- так и при трении винтовой поверхности активаторов «… в поперечном сечении в форме полукруглых профилей…» - о нижнюю (опорную) поверхность ствола скважины так же синхронно, на всем протяжении горизонтальных участков ствола скважины.
Подобное исполнение активаторов обтекаемой формы обусловлено со значительным снижением крутящего момента, передаваемого с контактной - опорной поверхности всей цепи - колонны бурильных труб - на редуктор, что, в свою очередь, причинно-следственно связано с достигаемым техническим результатом: «повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины».
2.4.5. «… каждый из которых при вершине выполнен в виде «винтового опорного пояса» с опорным профилем, совмещаемым с профилем нижней стенки горизонтальных участков ствола скважины…»
Винтовую поверхность трубы формируют три образующих (условно) - «активаторов винтового движения потока промывочной жидкости», винтовые линии каждой из которых (условно) - их ось симметрии - кривая, располагающаяся на наружной поверхности трубы - цилиндрическая винтовая линия, пересекающая соответствующую образующую (не все образующие: так как винтовая поверхность в заявляемой трубе - многозаходная и у каждой образующей (активатора) - своя винтовая линия) под одним и тем же углом (4) с.149 «Винтовая линия».
Термин «винтовой опорный пояс», следовательно, обусловлен двумя выполняемыми функциями винтовой поверхности: по форме (спирали) и опоры (веса трубы).
Параметры винтовой поверхности:
- угол подъема альфа (d) винтовой линии (~60°);
- шаг винтовой линии (~900 мм, при наружном диаметре трубы 89 мм) (4) с.50, Таблица 12);
- при длине (L) трубы ~9000 мм, каждый из трех активаторов с соответствующей винтовой линией охватит трубу ~ девять раз. То есть, применяя образное выражение, каждый из трех активаторов будет выглядеть на наружной поверхности трубы - в форме «пояса» с ~ девятью витками «… в виде расположенных между собой с одинаковыми угловыми интервалами (см. п.2 формулы) по ее наружной поверхности…» (интервал в 120°) следовательно, линейный интервал (ширина винтовой впадины движение потока промывочной жидкости) составляет ~90 мм (ПД:3).
Исходя из описанной конструкции, контакт наружной поверхности заявляемой трубы в процессе очистки… скважины при ее бурении, с опорной поверхностью - нижней стенкой ствола скважины исключен на 100%.
Нагрузку от веса трубы и от силы трения с контактной опорной поверхностью - нижней стенкой ствола скважины в процессе очистки ствола скважины при ее бурении несет опорный профиль «винтового опорного пояса».
В разделе 2.3. «Выбор прототипа» автором заявляемого объекта «Труба для осуществления способа» установлено:
«Исходя из перечисленных принципиально новых операций процесса горизонтального бурения по заявляемому «Способу очистки…», для его осуществления автором ставится техническая задача по разработке принципиально новой конструкции бурильной трубы, позволяющей осуществить заявляемый «Способ очистки…», а именно:
«Расширение функциональных возможностей «спиральной бурильной трубы» (4) с.63-64, выбранной за «прототип».
В процессе очистки… при бурении…, то есть в процессе вращения, труба своим весом и, соответственно, трением воздействует на опорную поверхность - нижнюю стенку ствола скважины, через соответствующий профиль соответствующего «винтового опорного пояса».
При угловом интервале в 120° и линейном интервале ~90 мм (ширина впадины винтового движения), каждый интервал винтовой поверхности в один шаг(~900 мм) заявляемой трубы, например, диаметром 89 мм, своим весом ~23,7 кг. (см. выше - «Расчет веса заявляемой трубы) воздействует через три опорные профили соответствующих трех «винтовых опорных поясов» на опорную поверхность - нижнюю стенку ствола скважины, в ходе вращения. Поэтому и сила давления веса трубы и сила трения, оказываемые на нижнюю стенку ствола скважины дифференцируются; кинетический момент обратно пропорционален угловой скорости вращения бурильной трубы (по мнению автора) (2) том 2 с.829 «Момент количества движения».
При угловой скорости, например, 120 об./мин., каждый из трех опорных профилей соответствующих трех «винтовых опорных поясов» совершит осевое перемещение (относительное) по опорной поверхности - нижней стенке ствола скважины с соответствующим интервалом в ~1000 мм - один шаг, за пол - секунды. Следовательно, за один оборот целой трубы ~9000 мм ~ девять шагов (9000 мм: 1000 мм) суммарное по длине осевое перемещение опорных профилей, в количестве (3 профиля × 9 шагов) по опорной поверхности - нижней стенке ствола скважины составит 9 м за пол - секунды.
Какие выводы следуют из сравнительного анализа с соответствующим известным аналогом?
Если сравнить аналогичное решение по функционированию опорной поверхности бурильной трубы, например, «опорного профиля (кольцевого)», известного из современного уровня техники (5) с.61 «профиль гидравлической опоры HBZ», то его совокупная опорная площадь при аналогичных параметрах трубы, например:
Диаметр наружный ~100 мм, ширина двух опорных профилей (кольцевых) ~50 мм, то совокупная площадь составит на одну трубу:
2
У аналога: 314 см (3,14 × 10 см × 5 см × 2);
2
У заявляемой трубы: 4050 см (900 см. × 1,5 см + 13500 см × 3).
2
2
Вывод: у заявляемой бурильной трубы совокупная площадь опорного профиля винтового опорного пояса больше совокупной площади «профиля гидравлической опоры HBZ: в ~12,8 раз (4050 см: 314 см).
2
При этом единовременно (одномоментно) в заявляемой трубе в работу вовлечены (непосредственно контактируют с опорной поверхностью ствола скважины) только ~40 см площади опорного профиля (см. подробно «Расчет веса заявляемой трубы…».
2
А в известном объекте - аналоге профиля HBZ (5) с.67: от 30 до 50%, то есть ~100-150 см.
Какова необходимость (причинно-следственная) выполнения опорного профиля, совмещаемым с профилем поверхности стенок горизонтальных участков ствола скважины, то есть какова необходимость выполнения радиуса опорного профиля, равным радиусу поверхности стенок… ствола скважины?
По причине отсутствия жесткой осевой фиксации, траектория вращения бурильной трубы в составе бурильной колонны при горизонтальной проходке определяется не осью ее вращения, а траекторией опорной поверхности бурильной трубы, которой является в данном случае нижняя стенка горизонтального участка ствола скважины.
Почему опорный профиль «винтового опорного пояса» выполнен совмещаемым (то есть равным) с профилем поверхности стенок горизонтального участка ствола скважины?
В условиях проходки в пластах, представленных мягкими породами, при выполнении опорного профиля совмещаемым, (то есть равным) с профилем поверхности стенок, то есть опорной поверхности горизонтального участка ствола скважины, площадь опоры бурильной трубы - максимальна. Следовательно удельное давление бурильной трубы на нижнюю стенку ствола скважины - минимально, достаточное и необходимое для исключения возможности ее разрушения, то есть достаточное для достижения технического результата: повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины.
2.4.6. «… при этом величину радиуса полукруглого профиля» активатора винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» соответствующей трубы определяют по формуле:
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>П</mi><mo>.</mo><mi>П</mi><mo>.</mo><mi>А</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>Д</mi><mrow><mi>Н</mi><mo>.</mo><mi>Б</mi><mo>.</mo><mi>З</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>Д</mi><mrow><mi>Н</mi><mo>.</mo><mi>Т</mi><mi>Р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,1</mn><mo>−</mo><mn>0,04</mn><msub><mi>Д</mi><mrow><mi>Н</mi><mo>.</mo><mi>Т</mi><mi>Р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где
П.П.А
R - величина радиуса полукруглого профиля «активатора винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» соответствующей трубы, в мм;
Н.Б.З
Д - диаметр наружный бурильного замка соответствующей трубы для осуществления «Способа…», мм;
Н.ТР
Д - диаметр наружный соответствующей трубы для осуществления «Способа…», мм;
Н.ТР
0,1-0,04 Д - диапазон соотношения зоны опорного профиля «винтового опорного пояса» «активатора винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» - к диаметру наружному соответствующей трубы для осуществления «Способа…», в мм.
Из аналитических исследований по теме «Способ очистки…» автор пришел к выводу, что функции по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков «должна осуществлять» труба в составе бурильной колонны.
Только труба в составе бурильной колонны «обладает» (потенциально) функциями по осуществлению качественной и эффективной очистки горизонтального участка ствола скважины, посредством активации потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, в процессе бурения, то есть путем профилактики выпадения шлама (см. в описании изобретения, раздел 1.6 «Уровень техники»).
При этом «Способ…» применим при бурении горизонтальных (и наклонных) участков ствола скважины любого размера из размерного ряда. То есть заявляемый «Способ…» и труба для его осуществления основаны на универсальности и, следовательно, стандартности, применяемых в практике современного уровня техники.
Отсюда логично, что созданная бурильная труба для осуществления заявляемого «Способа…» может быть основана на действующих стандартных размерах, например, стандарта АНИ:
- наружный и внутренний размеры труб (см. также Таблицу 1, графу 1);
- вес 1 м трубы с муфтами, согласно стандарту (см. также Таблицу 1, графу 5);
- тип замка (см. Таблица 1, графа 2);
- диаметр (Д) наружный замка, в мм (см. также Таблицу 1, графу 3).
П.П.А
Теперь, переходя по принципу от общего - к частному, кратко сформулируем сущность поясняемой формулы определения величины радиуса R полукруглого профиля «активатора винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» соответствующей трубы:
Техническая задача по разработке конструкции трубы для осуществления «Способа очистки…»: расширение функциональных возможностей «Спиральной бурильной трубы» (4) с.63-65, выбранной за «прототип» (см. раздел 2.3. «Выбор прототипа»), в том числе:
- выполнение наружной поверхности трубы «винтовой» обеспечивает наиболее оптимальную, то есть эффективную траекторию движения шлама (в составе потока промывочной жидкости) в затрубном пространстве;
- что, в свою очередь, обеспечивает наиболее эффективные гидродинамические условия в затрубном пространстве взвешенного состояния шлама, то есть условия для наиболее устойчивого состояния профилактики выпадения шлама, и, как следствие, обеспечивает наиболее эффективную и качественную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Разработанная конструкция трубы обеспечивает сформулированные функции формой своего выполнения.
Приведенный же признак 2.4.6. п.2 формулы заявляемой группы изобретений статистически (качественно) обосновывает эффективность гидродинамических условий в затрубном пространстве:
По существу данная формула есть «алгоритм» выполнения условий для обеспечения эффективной гидродинамики в затрубном пространстве, выраженной в «унифицированной» форме совокупной размерной цепи «величины радиуса полукруглого профиля «активатора винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» соответствующей (из размерного ряда) трубы для осуществления способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков, по принципу: необходимости и достаточности для достижения технического результата.
На основании приведенных выше доказательств, автор считает признак «2.4.6.» существенным для достижения технического результата «надежное и эффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины», а поэтому включил его в п.2 формулы изобретения.
2.4.7… а угловой сектор опорного профиля «винтового опорного пояса» выполнен в соотношении, в диапазоне 0,30-0,45 к угловому сектору, в поперечном сечении в форме полукруглого профиля «активатора винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» соответствующей трубы для осуществления способа.
Какова необходимость этого признака п.2 формулы изобретения, то есть в чем заключается существенность этого признака в достижении технического результата «повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины».
Ответ на данный вопрос содержится в выполняемой функции данным элементом трубы для осуществления «Способа…» - опорным профилем, определяющим не только форму но и собственно ширину «винтового опорного пояса».
Зная ширину «винтового опорного пояса» и длину винтовой линии за один оборот, то есть шаг (2 П R tg d) (3) с.148, определяется пошаговая площадь «винтового опорного профиля, то есть совокупная опорная площадь как всей трубы, так и бурильной колонны горизонтальных участков ствола скважины (см. также Раздел 2.5.2. «Расчет параметров заявляемой трубы…»).
Как следует из описания трубы для осуществления «Способа…», его элемент - «опорный профиль» - звено в единой функциональной, причинно-следственной цепи, необходимое, а в совокупности со всей цепью - достаточное для достижения указанного технического результата.
Из приведенного в разделе 2.4. «Раскрытие изобретения» перечня доказательств существенности признаков 2.4.5., 2.4.6. и раскрываемого признака 2.4.7. пункта 2. Формулы изобретения, фигурирует признак «опорный профиль», как составная часть «винтового опорного пояса», то есть звено причинно-следственной цепи, характеризуемой как существенный признак п.2 формулы.
В обоснование соотношения, в диапазоне 0,30-0,45 угловых секторов….
Обоснование данной части признака 2.4.7. также обусловлено выполняемого опорным профилем функционального назначения:
- с одной стороны, обеспечение максимальной стойкости к истиранию от воздействия трения скольжения, то есть обеспечение максимального рабочего ресурса трубы: характеризует эффективность бурения;
- с другой стороны, необходимость выполнения величины радиуса опорного профиля, достаточной площади опорной поверхности профиля для оптимального удельного давления трубы на нижнюю стенку горизонтального участка ствола скважины, даже представленной мягкими породами, чтобы избежать ее разрушения и возможных аварийных ситуаций, характеризует безопасность горизонтального бурения.
Исходя из изложенных обоснований выбранного диапазона (для всего размерного ряда труб: см. Таблицу 1), значение опорного профиля, то есть ширина «винтового опорного пояса» выбрана сбалансированной:
- расчетами параметров заявляемой трубы (см. также раздел 2.5.2 описания);
- в соответствии с размерной цепью, смоделированной в графической форме, в масштабе 1:1 каждого типоразмера заявляемой конструкции трубы: см., например, на фиг.8 вертикальное сечение Г-Г на фиг.7 трубы с наружным диаметром поз.8.3. - 89 мм, где отношение углового сектора опорного профиля (поз.8.11.) - к угловому сектору… «активатора винтового движения…» (поз.8.12.), составляет 0,42 (графа 8, Таблица 1).
2.5. Описание в статике бурильной трубы для осуществления заявляемого способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Для большей наглядности, то есть для более точного представления сущности как заявляемого «Способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков», так и заявляемой конструкции бурильной трубы для осуществления «Способа…», графическое изображение бурильной трубы в поперечном сечении (фиг.8) дано:
- в масштабе 1:1, в качестве примера в основу заявленной трубы (см. типоразмеры: Таблица 1) заложена «Бурильная труба», параметры которой соответствуют стандарту АНИ (4) с.59 Таблица 16, диаметр 89 мм (фиг.8, поз.8.1);
- в масштабе 1:1 заложены (см. типоразмеры: Таблица 1) параметры (наружные диаметры) бурильных замков (4) с.61 Таблица 18. На фиг.8, например, замок ЗШ, наружный диаметр замка - 117,48 мм (поз.7.13. (8.13.), поз.7.15.
В описании «в статике» и далее «в динамике» элементы трубы обозначены одновременно, как на общем виде (фиг.7), так и в сечении Г-Г в вертикальной плоскости, на фиг.7-фиг.8.
Такое обозначение элементов трубы одновременно двумя позициями, то есть на общем виде (фиг.7) - в 2х плоскостях) и его укрупненный вариант, изображенный более наглядно, в масштабе 1:1 (фиг.8 - в вертикальной плоскости) позволяет точно (безошибочно) и быстро считывать данные графического изображения к описанию заявляемого комплекса изобретений, воплощенных в 2х плоскостях.
На фиг.7 и фиг.8 изображены, соответственно, виды бурильной трубы:
- общий вид в рабочей позиции, с изображением горизонтального участка ствола скважины, в продольном сечении;
- поперечное сечение Г-Г на фиг.7 (фиг.8).
Пояснения по фиг.9
Для необходимости и возможности более четкого представления как в статике, так и в кинематике заявляемой бурильной трубы для осуществления заявляемого «Способа…», а именно более четкого представления:
- конфигурации общей площади контактной поверхности «винтового опорного пояса» (фиг.9 поз.9.8.) - с опорной поверхностью 8.10. нижней стенки горизонтального участка ствола скважины.
Поэтому на фиг.9 дано графическое изображение собственно фрагментов только трех «винтовых опорных поясов» 9.8. и формы их пересечения 9.16., то есть формы опорной площади (в масштабе 1:1) и опорная поверхность (условно, в пунктирных линиях) поз.9.11. нижней стенки ствола скважины поз.7.10. (8.10).
Итак, для возможности определения и обоснования по форме, габаритам, то есть по величине опорной поверхности 9.16. (в форме параллелограмма), ее перемещения, то есть перемещения веса трубы 9.1. по опорной поверхности 9.11. нижней стенки 7.10. (8.10) ствола скважины, по мере вращения трубы, дано графическое пояснение на фиг.9.
Бурильная труба на фиг.7 поз.7.1. (на фиг.8-поз.8.1. и т.д.) включает тело 7.2. (8.2.) трубы, наружную поверхность 7.3. (8.3.) трубы, выполненную винтовой (фиг.7).
Винтовая поверхность бурильной трубы 7.1. (8.1.) выполнена: из трех параллельных образующих - «активаторов 7.4. (8.4.)винтового движения потока промывочной жидкости» (см. по стрелкам) 7.6. (8.6.) и образованных между параллельными «активаторами» 7.4. (8.4.) винтовых впадин 7.5. (8.5.) для винтового движения по ним активированного потока промывочной жидкости 7.6. (8.6.) в затрубном пространстве (см. также (3) с.149 «Винтовой насос»).
Три активатора 7.4. (8.4.) «винтового движения» потока промывочной жидкости 7.5. (8.5.) (показано стрелками) выполнены заодно с телом 7.2. (8.2.) трубы 7.1. (8.1) технологически, то есть в процессе ее (трубы) 7.1. (8.1.) производства (например, волочением, на станках для обработки труб… с некоторыми специальными профилями, например, с профилем заявляемой конструкции бурильной трубы (фиг.8) для осуществления «Способа очистки ствола скважины…» (получаемым при доводке отдельных элементов профиля (опорного профиля 8.9.) на матрице для производства заявляемой бурильной трубы (фиг.8), например, электроэрозийным способом).
Заявляемая «бурильная труба 7.1. (8.1.) для осуществления «Способа…» может производиться из легированной стали. С учетом особо тяжелых условий эксплуатации, для обеспечения стойкости на истирание, трубу производят из высоколегированных марок стали. Для возможности упрочнения термообработкой, порядка до 60-65 единиц по шкале Роквелла, применяют, например, индукционный нагрев упрочняемой зоны (поз.8.17.) опорного профиля, на глубину: от уровня (поз.8.9.) ~ до уровня (поз.8.13 - в пунктирных линиях) наружной поверхности бурильного замка. При бурении пластов, представленных абразивными или твердыми породами, например, из гранита, возможно упрочнение опорного профиля 8.9. «винтового опорного пояса», поз.7.8. (9.8.), например армированием твердым сплавом или методом его наплавления, с последующей доводкой поверхности опорного профиля 8.9..
«Активаторы» 7.4. (8.4.) в количестве трех, выполнены в виде расположенных по наружной поверхности 7.3. (8.3.) трубы 7.1. (8.1.), с одинаковыми угловыми интервалами в 120° (фиг.8), в поперечном сечении (фиг.8), в форме полукруглых профилей 8.7., каждый из которых при вершине выполнен в виде «винтового опорного пояса» 7.8. (9.8.) (на фиг.8 не видно), с опорным профилем 8.9., выполненным совмещаемым, то есть одинаковым по величине с профилем (радиусом) опорной поверхности 9.11. (условно) нижней стенки 8.10. (7.10.) горизонтального участка ствола скважины.
При этом величину радиуса 8.7. полукруглого профиля каждого из трех «активаторов 7.4. (8.4) винтового движения потока промывочной жидкости 7.5. (8.5.) в затрубном пространстве» соответствующей бурильной трубы 7.1. (8.1.) определяют по математической формуле (см. п.2 формулы заявляемого изобретения). Определенные значения величин примерного размерного ряда бурильных труб 7.1. (8.1.) отражены в графах Таблицы 1. А угловой сектор 8.11. опорного профиля 8.9. винтового опорного пояса 7.8. (на фиг.8 не показано) и угловой сектор 8.12 «активатора 8.4. (7.4.) винтового движения потока промывочной жидкости 7.6. (8.6.) (показано стрелками) в затрубном пространстве» соответствующей бурильной трубы 7.1. (8.1.) выполнены из соотношения, в диапазоне 0,3-0,45 (см. Таблицу 1, графу 8).
Для возможности захвата бурильной трубы 7.1., например, элеватором или клиньями, начало трех активаторов 7.4. (8.4.), то есть винтовой поверхности на ее концах, на наружной поверхности 7.3. выполняют на расстоянии:
- от муфтовой резьбы (поз.7.15.) - на расстоянии ~1500 мм;
- от ниппельной резьбы (поз.7.13.) - на расстоянии ~600 мм (см. также (4) с.64).
Однако возможен вариант конструкции бурильной трубы 7.1. (8.1.) с выполнением трех активаторов 7.4. (8.4.) и образованными между ними впадинами 8.5. винтового движения, то есть винтовой поверхности на длину всей наружной поверхности 7.3. (8.3) трубы 7.1. (8.1.). Такой вариант конструкции трубы 7.1. (8.1) позволяет достигнуть качество и эффективность очистки максимально полно, вследствие устранения частичного прерывания винтовой поверхности звена (трубы 7.1. (8.1.) бурильной колонны.
Тогда возникает необходимость зажима трубы на концах - по наружной поверхности 7.3. (8.3.), между активаторами 7.4. (8.4.), то есть адаптировать соответствующий технологический стандарт по применяемой оснастке, например, элеватора, клиньев, а также кулачков патрона при механической обработке и нарезке резьб ниппельной 7.13. и муфтовой 7.15. на концах бурильной трубы 7.1.
Периодическое восстановление вследствие истирания (износа) упрочненного опорного профиля 8.9. каждого из трех опорных поясов 9.8. (7.8.) возможно в полевых условиях, посредством специальных компактных установок, созданных и изготовленных для этих целей.
Окончательная «доводка» радиуса опорного профиля 8.9. - до уровня радиуса опорной поверхности 8.10. нижней стенки горизонтального участка ствола скважины может быть достигнута автономно, в процессе трения этих поверхностей.
2.5.1. В обоснование угла подъема винтовой линии - альфа (d~60°) винтовой поверхности заявляемой бурильной трубы для осуществления «Способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков»
По видам данную винтовую поверхность принято называть многозаходной (3) с.148 «Винт». Так как имеет три винтовые линии (у каждого из трех активаторов, соответственно, по одной винтовой линии (условно).
Угол подъема - альфа (d) винтовой линии соответствует ~60°. Такая величина обусловлена несколькими условиями, причинно-следственно связанными между собой и полученным техническим результатом.
Угол подъема - альфа (d~60°) винтовой линии определен несколькими условиями, сформированными длительной практикой эксплуатации спиральной бурильной трубы, выбранной за «прототип» (4) с.63-64.
В ходе горизонтального бурения скорость поступательного движения шлама в составе потока промывочной жидкости в затрубном пространстве должна быть необходимой и достаточной для удержания шлама во взвешенном состоянии, с учетом физики пробуриваемых пород и состава самой промывочной жидкости.
Высокий подъем угла - альфа d (~60°) - траектория движения потока промывочной жидкости - по винтовой поверхности заявляемой бурильной трубы является неким «балансом целесообразности и необходимости» условий по эффективной гидродинамике для шлама, в составе потока промывочной жидкости.
С одной стороны, винтовое движение шлама в затрубном пространстве - по винтовым впадинам 7.5. (8.5.), необходимое и достаточное для обеспечения «профилактики выпадения шлама» (из состава промывочной жидкости). То есть достаточность и необходимость условий (действий) по обеспечению качественной очистки ствола скважины (см. п.1 формулы изобретения): «… путем профилактики выпадения шлама…, путем его винтовой активации… действием центробежной силы «активированного винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве», то есть условий по обеспечению качественной очистки ствола скважины, при бурении ее горизонтальных участков.
С другой стороны, обеспечение при этом необходимо - динамичного поступательного движения (скорости шлама в составе потока промывочной жидкости, достаточной для быстрого выноса его наружу, то есть обеспечения эффективной очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
«Независимо от характера геологического разреза, глубины и температурного режима скважины, назначение промывочного раствора…:
…2) выносить выбуренную породу на поверхность, что достигается увеличением скорости восходящего потока (потока промывочной жидкости (фиг.7: поз.7.6., фиг.8, поз.8.6.) в затрубном пространстве» (4) с.139.
2.5.2. Расчет параметров заявляемой трубы: веса, площади опорного профиля и удельного давления трубы на опорную поверхность - нижнюю стенку ствола скважины.
На фиг.9. дано графическое изображение наложенных друг на друга разверток (в масштабе 1:1):
- фрагмента горизонтального участка ствола скважины с условно изображенной (в пунктирных линиях), потенциальной полосой опорной поверхности 9.11.
- фрагмента винтовой поверхности бурильной трубы 9.1. (с наружным диаметром 89 мм), с изображением трех «винтовых опорных поясов» 9.8., с углом подъема - альфа (d~60°) и шагом винтовой линии (условно - ось симметрии опорного пояса 9.8. (7.8.), равным ~900 мм (4) c.60.
Тогда расстояние между каждыми прилежащими двумя опорными поясами 9.8. (7.8.) (на фиг.8 - не показано) равно ~89 мм (ПД:3).
Графическое изображение на фиг.9 позволяет определить:
а
- опорная поверхность 9.16. по форме - параллелограмм, со сторонами  ~3,6 см (поз.9.16.), в ~3,6 см. (поз.9.16.);
2
- площадь опорной поверхности (поз.9.16.) (на фиг.7., фиг.8 не показано): ~13 см (3,6 см. × 3,6 см).
Труба 9.1. (7.1.) с винтовой поверхностью - трезаходная, с тремя образующими - «активаторами» 7.4. (8.4.). То есть количество винтовых опорных поясов 9.8. (7.8) - три, каждый из которых имеет свою опорную поверхность 9.16. (см. фиг.9).
2
2
Следовательно, на каждый шаг винтовой линии ~1000 мм (1 м) труба 9.1. (7.1.) опирается на три опорные поверхности 9.16., распределенные по трубе (и по поверхности 9.11.) в диапазоне ~89 мм, (на примере трубы, диаметром наружным - 89 мм), с совокупной опорной площадью 9.16. равной ~39 см (13 см × 3).
Выводы
Приведенный выше «Расчет» показал, что один (1) м стандартной бурильной трубы, диаметром 89 мм, при весе 19,79 кг (19,79 кг × 1 м) (4) с.60. Таблица 17), вес 1 м (один шаг винтовой поверхности) заявляемой бурильной трубы - 23,7 кг (19,79 кг + (19,79×20%): согласно оценке автора изобретения, заявляемая труба на ~20% тяжелее стандартной (см. Таблицу 1).
Тогда создаваемое на опорную поверхность 9.11. нижней стенки 8.10. горизонтального участка ствола скважины удельное давление заявляемой бурильной трубы составляет ~0,6 кг/см (23,7 кг: 39 см), что причинно-следственно обосновывает надежность осуществления «Способа очистки…» при бурении… горизонтальных участков, в том числе, представленных мягкими породами.
2.6. Осуществление способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков посредством заявляемой конструкции бурильной трубы.
Способ осуществляют посредством заявляемой конструкции бурильной трубы по следующим смоделированным технико-технологическим условиям горизонтального бурения.
2.6.1. В обоснование выбора порядка нумерации позиций (элементов) графических изображений.
В материалах заявки на группу изобретений фигурируют два составляющих графического изображения.
Первая составляющая представляет собой графические изображения, связанные с пояснением исследуемого материала по проблемам данной темы (фигуры 1-6):
- по «Способу очистки…» - подразделы 1.1.-1.6. описания заявки;
- по «Бурильной трубе для осуществления «Способа очистки…»» - подраздел 2.1.;
Фигурирующие позиции (элементы) графических изображений (фиг.1-6) представляют собой известные в уровне техники, как вековой давности (фиг.5) и более поздние (фиг.6), так и современного уровня объекты (фиг.1) и сечения на фиг.1: А-А (фиг.2); Б-Б (фиг.3); В-В (фиг.4).
Как следует из описания приведенных на фиг.1-6 объектов по теме заявки, объекты не связаны единым техническим замыслом, взятым из различных источников информации (фиг.6) приводятся в обоснование доказательств только по отдельным элементам исследуемой темы.
Поэтому нумерация элементов графических изображений (фиг.1-6) осуществлено по общеизвестному принципу соподчинения. Например, номер подраздела указывается после номера соответствующего в содержании любого информационного источника.
По мнению заявителя, с учетом изложенных обстоятельств, при таком порядке нумерации не допущено нарушения п.(12) раздела 6.8. «Графические изображения» «Правил составления, подачи и рассмотрению заявки на выдачу патента на изобретение» Москва ОАО ИНИЦ «Патент» 2006, далее (8).
По такому принципу нумерация одних и тех же элементов (поз.1 - труба бурильная) на фиг.1-4 и даже на фиг.5 - под одним и тем же номером «1» (один) и указан после номера соответствующей фигуры.
Вторая составляющая графического изображения - собственно заявляемая конструкция бурильной трубы для осуществления «Способа бурения…» (фигуры: 7, 8, 9).
На этих фигурах нумерация позиций выполнена так же по порядку, указанному в п.(12) раздела 6.8. Правил (7): «Одни и те же элементы, представленные на нескольких фигурах, обозначаются одной и той же цифрой.
В графических изображениях заявляемой группы изобретений - на фигурах 7, 8, 9 одни и те же элементы заявляемой трубы бурильной для осуществления «Способа…» обозначается одной и той же цифрой».
Необходимость подобной нумерации элементов графических изображений - «позиций» именно с указанием номера фигуры - первой цифрой номера позиции (см. на фигурах 7-9) обусловлено особенностями:
- сущности заявляемого объекта («бурильная труба для осуществления способа очистки…») вообще…;
- и отличительных признаков (п.2 формулы изобретения), в частности.
На общем виде заявляемого объекта по п.2 формулы изобретения - на фиг.7 - фрагменты: горизонтального участка ствола скважины и проходящей через нее бурильной колонны, встроенной в нее бурильной трубы, длиной ~9000 мм (9 м) и наружным диаметром ~79 мм.
На фиг.7 графически представилось возможным изобразить заявляемую бурильную трубу;
- по длине - в масштабе 1:36 (9000 мм : 250 мм), то есть с уменьшением в 36 раз;
- по радиусу (R=16,5 мм см. Таблицу 1) активаторов 7.4. (на фиг.8 - поз.8.4.)… в форме полукруглых профилей…, в масштабе 1:8 (16,5 мм: 2 мм). При изображении в том же масштабе (1:36) выраженность графического изображения элемента (поз.7.4.) до степени «нормального» восприятия утрачивается, что противоречит требованиям п.2 Раздела 6.8. Правил (8). Следовательно, правильное понимание сущности данного, конкретного признака п.2 формулы и изобретения в целом, также утрачивается.
Поэтому для достижения необходимой степени читаемости и понимания сущности изобретения, на фиг.8, в сечении А-А на фиг.7 дано изображение элементов бурильной трубы (7.1. на фиг.8 - поз.8.1.), с увеличением в 8 раз, то есть в масштабе 1:1, в другой, вертикальной плоскости, возможной для изображения графических элементов объекта (позиций), обозначенных соответствующим порядковым номером - числом.
Кроме того, одни и те же позиции в одной и той же плоскости, например, в горизонтальной - на общем виде, на фиг.7:
- изобразить невозможно: поз.7; поз.8; поз.16 и другие;
- указанные позиции возможно показать (изобразить) укрупнено, только на фиг.8.
- не выразительно: поз.2, требуется изобразить в другой плоскости, укрупнено (в масштабе 1:1), то есть на фиг.8.
Учитывая отмеченные особенности графического изображения, в описании изобретения порядковый номер позиций на фиг.7 дублируется (в скобках) аналогичными позициями на фиг.8 и наоборот (см. описание изобретения, разделы: «Описание трубы в статике, в динамике). Именно такой порядок (дублирования позиций) нумерации позволяет качественно считывать и понять сущность изобретения.
2.6.2. Технико-технологические параметры бурильной трубы заявляемой конструкции.
Профиль основы - образующей винтовую поверхность - полукруглый, то есть обтекаемый формы, для снижения крутящего момента, передаваемого редуктору.
Количество образующих винтовую поверхность - «активаторов винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» - три, то есть винтовая поверхность - «многозаходная» (3) с.148.
Образующие - «активаторы…» предназначены для передачи энергии вращения трубы в составе бурильной колонны - движению потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, то есть предназначены для преобразования (активации) поступательного движения потока - в винтовое, по винтовым впадинам 7.5. (8.5.), образованным между «активаторами…» 7.4. (8.4.), по наружной поверхности 7.3. (8.3.) трубы 7.1. (8.1.).
Направление вращения образующих - «активаторов…» - правое (3) с.148. Угол подъема образующих винтовую поверхность - «активаторов…» альфа - d ~60°. Совокупный шаг трех образующих винтовую поверхность - «активаторов» (один оборот трубы) ~1000 мм (~1 м) (4) с.50.
2
Площадь опоры каждой из трех «винтовых опорных поясов» (поз.7.8), в шаговом (~1 м) интервале: 13 см (3,6 см × 3,6 см), см. так же поз.9.16. на фиг.9.
2
2
Совокупная площадь опоры трех винтовых опорных поясов» (поз.7.8.) в шаговом интервале винтовой поверхности (~1 м): 39 см (13 см × 3).
2
2
Удельное давление на опорную поверхность - на нижнюю стенку (поз.7.10. (8.10) ствола скважины, оказываемое трубой 7.1. (8.1), в шаговом интервале 1 м винтовой поверхности: 0,6 кг/см (23,7 кг: 39 см (см. так же таблицу 1, гр. 7).
Компоновку бурильного инструмента осуществляют по принципу: на протяжении всего горизонтального и наклонного ~ свыше 45° (… отклонение оси ствола от вертикали…) участков ствола скважины компонуют из бурильных труб заявляемой конструкции (фиг.7, 8, Таблица 1), с наружным диаметром 89 мм (88,9 мм), например.
Смоделированная компоновка: долото диаметром 149, 2 МСЗ - ГАУ + бурильные трубы заявляемой конструкции, с наружным диаметром 88,9 мм. На длину горизонтального (и наклонного ~ свыше 45°) участков ствола скважины….
Прочие параметры, например:
3
3
- параметры бурового раствора: У=1,06 г/см, Т=25 с, В=3 см/30 мин;
- нагрузка на долото: 5-6 т, число оборотов ротора - 120 об/мин;
- расход: 16-18 м/с, давление на стояке: 60-70 атм;
- момент при вращении - ровный; подъем компоновки произведен без затяжек;
- и т.д., в зависимости от технико-технологических условий разрабатываемой скважины (горизонтальных участков ствола скважины).
2.6.3. Перечень графических изображений для пояснения заявляемого «Способа… и трубы для его осуществления».
Для наглядности и лучшего представления осуществления заявляемого «Способа…», посредством заявляемой трубы, автор смоделировал ее конструкцию в двух плоскостях:
На фиг.7 - общий вид трубы в «рабочей позиции», то есть встроенной в бурильную колонну, на горизонтальном участке ствола скважины, с изображением винтовой поверхности (с правым направлением), ее образующих - трех «активаторов винтового движения…» (поз.7.4.).
На фиг.8 - сечение Г-Г на фиг.7, в вертикальной плоскости, дано изображение одной из примерного (Таблица 1) размерного ряда бурильных труб заявляемой конструкции, с наружным диаметром 89 мм., в масштабе 1:1. Кроме того, с целью исключения неточностей в толковании, как признаков формулы изобретения, так и ее сущности вообще, автор представляет элементы графического изображения, данные на «общем виде» - на фиг.7, одновременно сдублированные теми же позициями, изображенными более наглядно, в масштабе 1:1, в другой - вертикальной плоскости - на фиг.8. При этом отдельные позиции, например, элементы профилей наглядно изобразить представляется возможным только в какой - либо одной плоскости фиг.7 или фиг.8.
На фиг.9 дано графическое изображение фрагмента развертки заявляемой трубы 9.1. с изображением также развернутых фрагментов трех ее «винтовых опорных поясов» поз.9.8. (7.8.) с опорными профилями 8.9., совмещенными (равными) с нижней стенкой (с ее радиусом) 7.10. (8.10) горизонтального участка ствола скважины), условно изображенной в виде продольной, параллельной оси ствола скважины, опорной поверхности (поз.9.11.): условная ширина принята равной ширине опорного профиля (поз.8.9. на фиг.8) трубы, с наружным диаметром 89 мм, изображенной в масштабе 1:1 на фиг.8) и пересекающих ее (поз.9.11.) при вращении трубы 7.1., под углом подъема d ~60° винтовой поверхности - трех ее образующих (поз.8.4. (7.4.), (на фиг.9 не показаны).
Площадь пересечения 9.16. опорной поверхности 9.11. нижней стенки 7.10. (8.10.) ствола скважины и каждой из трех «винтовых опорных поясов» 9.8. (7.8.) по их соответственно, трем опорным профилям 8.9., будет соответствовать, как наглядно изображено на фиг.9, для трубы с наружным диаметром 89 мм (см. фиг.8, а так же Таблицу 1) фигуре - параллелограмму со сторонами 3,6 см, т.е. ромбу, характеризующему, собственно, опорную поверхность каждой из трех «винтовых опорных поясов поз.9.8. (7.8.).
Тогда если каждый из трех «винтовых опорных поясов» 7.8. (9.8.) расположен под углом 120° по наружной поверхности трубы (см. на фиг.8) с наружным диаметром, равным 89 мм, то линейный интервал расположения «винтовых опорных поясов» 7.8. (9.8.) по ее наружной поверхности 7.3. (8.3.) составит: ~90 мм (ПД:3=(3,14×89:3).
То есть линейный интервал расположения между собой «винтовых опорных поясов» 7.8. (9.8.) каждой трубы 7.1. (9.1.) составляет ~ величину диаметра (в мм) этой трубы.
При этом рассмотрим динамику взаимодействия каждой из трех «винтовых опорных поясов» 9.8. - с опорной поверхностью (условно) 9.11. нижней стенки 7.10. (8.10) горизонтального участка ствола скважины.
Труба 9.1. (8.1.) при вращении опирается на нижнюю стенку 7.10. (8.10) ствола скважины по трем участкам (поз.9.16. см. на фиг.9) пересечения опорного профиля 8.9. каждого из трех «винтовых опорных поясов» 9.8. - с опорной поверхностью 9.11 (условная граница в пунктирных линиях).
Поэтому при вращении (на фиг.9: при перемещении трубы 9.1. - по стрелке вправо), в цикле одного оборота, то есть в шаговом цикле, от начала цикла (условно: сверху - вниз) - три участка (поз.9.16., см. на фиг.9) пересечения опорного профиля 8.9. (на фиг.9 не видно) опорного пояса 9.8. (7.8.) с опорной поверхностью 9.11. будут «перемещаться» (условно) по стрелке, по оси симметрии трубы 9.1., до конца шагового цикла (~1 м) - следующей позиции 9.16., преодолевая силу трения - скольжения, с кратно уменьшенным коэффициентом, вследствие упрочнения зоны опорного профиля (поз.8.17). При длине трубы 9.1. (7.1.) ~9 м., параллельно, циклически работают восемь шаговых циклов (см. фиг.7).
Поэтому для обеспечения большего ресурса работы трубы 9.1. (8.1.), зоны (поз.8.17.) опорных профилей 8.9. (на фиг.9 не видно) трех «винтовых опорных поясов» 9.8. упрочняют посредством специальной термической обработки (условная граница упрочненной зоны (поз.8.17): от собственно опорной поверхности (поз.8.9.) ~ до уровня наружного диаметра замка бурильного (поз.8.13.), в пунктирных линиях, на фиг.8), например, в установках индукционного нагрева, посредством токов высокой частоты, с последующим охлаждением в специальных средах и т.д.
Для необходимости проходки пластов, представленных твердыми породами или например, песчаниками, «зону упрочненную (поз.8.17.) опорного профиля» создают путем применения специальных покрытий, либо, например, армированием твердым сплавом, стойким к истиранию.
2.6.4. Описание работы бурильной трубы при осуществлении способа.
Трубы 7.1. (8.1.) посредством бурильных замков 7.13. и 7.15. по замковым соединениям встраивают в бурильную колонну, на протяжении всех, преимущественно, горизонтальных (и наклонных) участков ствола скважины.
По условиям горизонтального бурения участок бурильной колонны из труб 7.1. (8.1.), под силой тяжести (23, 7 кг. - на «шаговый» интервал ~ в 1 м) опирается на нижнюю стенку 7.10 (8.10.) ствола скважины, по опорным профилям 8.9. (на фиг.7 не видно) трех соответствующих «винтовых опорных поясов» 9.8. (на фиг.8 не видно).
2
Как установлено имперически (см. на фиг.9), а также из расчетов (см. раздел 2.6.2. описания) формы и площади пересечения трех условных опорных поверхностей 9.16. горизонтального участка ствола скважины, на ее нижней стенке 7.10. (8.10) - с опорными профилями 8.9. (см. так же Таблицу 1), труба 7.1. (8.1.) с наружным диаметром, например, 89 мм, оказывает удельное давление в 0,6 кг/см, в шаговом интервале в ~1 м, совокупно тремя опорными поверхностями 9.16. на опорную поверхность (условно, в пунктирных линиях) поз.9.11. нижней стенки 7.10. (8.10) ствола скважины, преимущественно, ее горизонтального участка.
Такая незначительная величина удельного давления достигнута за счет равномерного распределения «пошагового) веса (23, 7 кг.) трубы 7.1. (8.1.) по всей поверхности каждого опорного профиля 8.9., каждого из соответствующих трех «винтовых опорных поясов» 9.8. Тем самым предотвращается возможность их вдавливания в поверхность нижней стенки 7.10. (8.10) ствола скважины и ее разрушения, в случае если разбуриваемые пласты представлены мягкими породами.
Тем самым достигается не только решение технической задачи, но и технический результат: «эффективное и надежное бурение горизонтальных участков ствола скважины», в том числе в пластах, представленных мягкими породами.
На горизонтальном (наклонном) участке ствола скважины (фиг.7) труба 7.1. (8.1.) в составе бурильной колонны вращается вправо, (по радиальным стрелкам), с осевой нагрузкой Q на долото (по стрелке в осевом направлении).
При этом посредством трех «активаторов 7.4. (8.4.) винтового движения» труба 7.1. (8.1.) приводит в винтовое движение (активирует) восходящий поток промывочной жидкости 7.6. (8.6.), путем его направления по образованным между «активаторами…» 7.4. (8.4.) винтовым впадинам 7.5. (8.5.), по траектории - по спирально направленным стрелкам.
Именно спиралеобразное выполнение (расположение) образующих винтовую поверхность - трех «активаторов» 7.4. (8.4.) по телу 7.2. (8.2.) трубы 7.1. (8.1.), то есть расположение под некоторым углом - альфа (см. на фиг.9: d ~60°) - к оси трубы 7.1. 8.1.), вектор энергии ее вращения направлен именно под углом - альфа (d) к оси трубы, то есть по винтовой поверхности трубы - по винтовым впадинам 7.6. (8.6.), см. на фиг.7, 8, по спирально-направленным стрелкам (поз.7.6., 8.6.).
Если в известных способах очистки (см. выше, в разделе 2.1. описания «Существующее положение проблемы») давление потока промывочной жидкости 7.6. (8.6) в затрубном пространстве, со стороны нижней стенки 7.10. (8.10.) ствола скважины отсутствует, отчего происходит в процессе бурения выпадение шлама (см. фиг.1, 3, 4) и засорение горизонтального участка скважины, то есть некачественная и неэффективная очистка.
То по заявляемому «Способу очистки…» заявляемая конструкция трубы для осуществления «Способа…» на протяжении всего горизонтального участка ствола скважины никогда не контактирует (фиг.7 поз.7.8.) своей наружной поверхностью 7.3. (8.3.) с нижней стенкой 7.10. (8.10.) ствола скважины. Поток промывочной жидкости 7.6. (8.6) на всем протяжении затрубного пространства бурильной колонны горизонтального участка ствола скважины (см. на фиг.7: показано спирально направленными стрелками - поз.7.6.) омывает затрубное пространство, циркулируя в нем по винтовым впадинам 7.5 (8.5.).
Более того, как видно на фиг.8, при прохождении потока промывочной жидкости 8.6. в затрубном пространстве, с верхней его зоны - в нижнюю (см. на фиг.8 поз.8.6., справа по стрелкам), затрубное кольцевое пространство сужается до величины радиуса 8.7. «активатора»… 8.4., т.е. от поверхности нижней стенки 8.10. (7.10.) - до наружной поверхности 8.3. (7.3.) трубы 8.1. (7.1.), то есть более, чем в 3 раза.
В подобных объективно создавшихся условиях горизонтального бурения, в нижней зоне затрубного пространства (поз.8.10.) у циркулирующего по винтовым впадинам 8.5. потока промывочной жидкости 8.6. давление кратно, соответственно, возрастает.
Как следствие воздействия энергии вращения трубы 8.1. (7.1.) через «активаторы винтового движения»… 8.4. (7.4.), происходит возрастание энергии активированного потока промывочной жидкости (на фиг.8, справа, поз 8.6.). То есть возрастает скорость ее потока (поз.8.6), характеризующая действие центробежной силы потока промывочной жидкости 8.6. в затрубном пространстве, обеспечивающая состояние постоянной ее динамики, необходимой и достаточной для обеспечения профилактики выпадения шлама, его последующего отложения и т.д.. То есть достигается качественная и эффективная очистка ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков и, как следствие, достигается технический результат: надежное и эффективное бурение горизонтальных участков ствола скважины.
2.6.5. Пояснение траектории вращения бурильной трубы
При этом труба 7.1. (8.1.) в составе всей колонны горизонтального (наклонного) участка ствола скважины вращается по сложной траектории.
Траекторию вращения трубы определяет не собственно ось ее вращения, а поверхность ее опоры - нижней стенки 7.10. (8.10.) горизонтального (наклонного) участка ствола скважины. Поэтому опорный профиль 8.9. (в плоскости фиг.7 не видно) «винтового опорного пояса» 7.8. (в плоскости фиг.8 не видно), преодолевая силу трения скольжения по нижней стенке 8.10, под воздействием силы тяжести трубы 7.1. (8.1.), как бы «копирует» поверхность нижней стенки 8.10 (7.10) ствола скважины и принимает форму ее (стенки) радиуса, до степени совмещения трущихся поверхностей 8.9. и 8.10.
Такая форма - путем «притирания», до степени совмещения радиальных поверхностей выполняет еще и другую функцию: в случае попадания в состав шлама крупных фракций выбуренной породы, они будут (потенциально) накапливаться на нижней стенке 7.10. (8.10) ствола скважины.
Подобное «засорение» (потенциально) сектора нижней стенки 8.10. (7.10.) горизонтального участка ствола скважины устраняется также на уровне его профилактики.
Снабжение наружной поверхности 7.3. (8.3.) бурильной трубы 7.1. (8.1.) тремя активаторами 7.4. (8.4.) в виде полукруглых профилей, при вершине выполненных в виде, соответственно, «трех винтовых опорных поясов 7.8. (в плоскости фиг.8 не видно), своими опорными профилями 8.9. «наглухо» совмещаются с поверхностью нижней стенки 8.10 (7.10) ствола скважины, механически перемещают выпавшие крупные фракции выбуренной породы. В ходе дальнейшего вращения бурильной трубы 7.1. (8.1.), по винтовым впадинам 7.5. (8.5.) фракции выносятся активированным винтовым движением потока промывочной жидкости 7.6. (8.6.) в верхнюю часть затрубного пространства, на очередной цикл (оборот, шаг) винтовой поверхности трубы 7.1. (8.1.). И так далее, по мере вращения трубы 7.1. (8.1.), то есть повторения циклов, до выноса в составе потока промывочной жидкости 7.5. (8.5.) выбуренной породы (шлама), включая крупные фракции, наружу.
2.7. Технический результат.
По группе заявляемых изобретений, в результате исследования существующего положения проблемы по темам автором были выявлены и сформулированы технические задачи по каждой из тем, решение которых причинно-следственно обусловило и обосновало получение соответствующего технического результата.
2.7.1. По «Способу очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков».
Решена техническая задача «по разработке способа по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков», превосходящего мировой уровень техники.
Разработан новый «Способ…», позволяющий вести очистку горизонтальных (и наклонных) участков ствола скважины, в процессе их бурения, на уровне профилактики выпадения шлама из состава потока промывочной жидкости, то есть на уровне предупреждения столь неблагоприятной причинно-следственной цепи явлений, сопровождавших процесс горизонтального бурения:
- вследствие выпадения шлама, осаждения и отложения его частиц вдоль колонны бурильных труб, на нижней стенке ствола скважины, линия контакта и трения (см. фиг.2, поз.2.1.) перерастает, соответственно, в площадь контакта (см. фиг.3, поз.3.1., фиг.4, поз.4.1.) и трения;
- кратно увеличиваются крутящий момент и осевая нагрузка, передаваемые инструменту (долото);
- соответственно, кратно увеличиваются энергетические затраты на единицу длины проходки скважины;
- для исключения прихвата, «опасности» возможности разрыва и потери бурильной колонны, необходимость периодической очистки горизонтальных (и наклонных) участков ствола скважины, то есть периодическое прекращение работ по бурению скважины;
- как следствие всего негативного, снижается надежность и эффективность бурения: увеличиваются сроки изыскательных работ, повышается стоимость конечного продукта, например, нефти и газа, снижается их конкурентоспособность на мировом рынке.
Решение технической задачи по разработке «Способа по качественной и эффективной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков» позволило устранить вышеуказанный перечень - причинно-следственную цепь сопровождающих процесс негативных явлений, совокупно снижающих надежность и эффективность бурения горизонтальных (и наклонных) участков ствола скважины.
Как следствие, получен технический результат: повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных (и наклонных) участков ствола скважины.
2.7.2. По трубе для осуществления способа очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
В разделе 2.3. «Выбор прототипа» автором проанализировано, насколько возможно осуществление «Способа очистки…» посредством использования трубы-«прототипа» (4) с.63-65.
Автор ставит задачу разработки «Способа очистки…» на принципиально ином уровне, качественно превосходящем мировой: на уровне профилактики выпадения шлама (его последующего отложения, накопления и засорения устья ствола скважины, ее горизонтального участка).
По заявляемому «Способу очистки…» необходимо, следовательно, предложение новых функций, в процессе горизонтального бурения, а именно:
- очистку ствола скважины осуществлять путем профилактики выпадения шлама;
- для чего поток (восходящий) промывочной жидкости, «заставить» двигаться по строго заданной траектории затрубного пространства, путем ее активации по винтовой поверхности;
- в свою очередь, для осуществления подобной сложной и принципиально новой операции в процессе горизонтального бурения, необходимо:
- использование кинетической энергии вращения всей колонны бурильных труб (для обеспечения винтовой активации шлама в составе потока промывочной жидкости в затрубном пространстве, на всей протяженности горизонтальных участков ствола скважины);
- использование действия центробежной силы (энергии) активированного по винтовой поверхности движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве.
Идея выбора в том, чтобы на базе уже имеющейся только у «прототипа» функции «механизма профилактики прихвата» в виде «имеющихся трех плоских вырезов… (т.е. в виде винтовой поверхности) по наружной поверхности трубы (4) с.63-65, создать дополнительные функциональные возможности, необходимые и достаточные для осуществления заявляемого «Способа очистки…».
В частности, снабжение наружной поверхности трубы тремя «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» обеспечивает функции:
- каждый из трех «активаторов…» выполняет функцию «механизма прерывания прихвата»;
- выполнение наружной поверхности трубы винтовой обеспечивает наиболее оптимальную, то есть эффективную траекторию движения шлама (в составе промывочной жидкости) в затрубном пространстве;
- что, в свою очередь, обеспечивает наиболее эффективные гидродинамические условия поддержания в затрубном пространстве взвешенного состояния шлама, то есть условия для наиболее устойчивого состояния профилактики выпадения шлама и, как следствие, обеспечивает наиболее эффективную и качественную очистку ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков.
Очевидно, что выбранная в качестве «прототипа» известная «Спиральная бурильная труба (4) с.63-65 не может быть использована для осуществления заявленного «Способа очистки…», в силу ее функциональной ограниченности.
Техническая задача разработки конструкции бурильной трубы для осуществления «Способа по качественной очистке ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков»: Расширение функциональных возможностей спиральной бурильной трубы (4) с.63-65, выбранной за «прототип».
Как следствие решения указанной технической задачи, достигнуто получение технического результата: повышение надежности и эффективности бурения горизонтальных участков ствола скважины».
2.7.3. Экономическая эффективность использования заявляемой группы изобретений («цена вопроса»).
«Нефтеносные пласты, расположенные под участками поверхности земли с сильно пересеченным рельефом местности (овраги, холмы, горы), обычно вскрываются наклонными скважинами» (включая ее горизонтальные участки)». «Турбинное бурение наклонных скважин» (второе дополненное и переработанное издание), издательство «НЕДРА» Москва 1965, далее (7) с.6.
Возросшие объемы бурения приводят к необходимости сооружать наклонно-горизонтальные скважины на нефтяные (газовые) участки, залегающие под дном морей, включая дно ледовитого океана, например, прилегающего арктического шельфа и т.п..
По оценкам специалистов, посредством вертикального бурения удается освоить до ~50% залегающих пластов энергоносителей: нефти, газа, газоконденсата, например.
Остальные ~50% (а по последним оценкам - до 70%) на различных уровнях, пластов ограниченной толщины (многопластовых залежей), вокруг уже пробуренных вертикальных скважин, возможны и экономически целесообразны к освоению (прирост добычи), путем горизонтального забуривания в том числе, с уже отработанных вертикальных скважин, на различных уровнях, направлениях, посредством заявляемой группы изобретений «Способ очистки ствола скважины при бурении ее горизонтальных участков и труба для осуществления способа».
Какова «цена вопроса» разработки, патентования и промышленного использования заявляемой группы изобретений на национальном и международном уровнях, в рыночном аспекте?
На национальном уровне
Прогнозируя (допуская) падение цен на энергоносители, например, в последний период динамики всемирной рецессии, реализация заявляемой группы изобретений позволит покрыть (возместить) снижение поступлений в бюджет страны, за счет увеличения объемов добычи, посредством заявляемой группы изобретений.
Причем, учитывая технологичность и нетрудоемкость процесса производства трубы для осуществления заявляемого «Способа…», с одной стороны, и надежное и эффективное горизонтальное бурение (включая бурение на сланцевую нефть), в том числе, путем забуривания с уже отработанных вертикальных скважин, посредством заявляемой группы изобретений, с другой стороны, их серийное применение на промыслах страны возможно ожидать уже в конце 2015 - начале 2016 года.
На международном уровне.
На международном форуме «Открытые инновации» в октябре - ноябре 2012 года в г. Москва была озвучена мирового уровня проблемная тема «Рециркулирование мест добычи». Относительно нефтедобычи означает повторное использование уже отработанных (вертикальных) скважин.
То есть тема экономической целесообразности освоения остатка нефтеносных, например, пластов ограниченной толщины, путем горизонтального забуривания с уже отработанных вертикальных скважин, актуальна и в международном аспекте.
За истекший период нефтедобычи, по крайней мере, 20-го века в каждой добывающей стране сформировалась соответствующая «карта дислокации отработанных мест нефтедобычи». Но вертикальным бурением удается освоить, по мнению специалистов, до ~30 ~50% залегающих нефтеносных пластов.
Следовательно, за отмеченный период в каждой нефтедобывающей, например, стране сформирована своеобразная «карта», до ~50 ~70% остатка залегающих пластов энергоносителей - нефти, газа, газоконденсата, возможных и экономически целесообразных к добыче:
- путем наклонно-горизонтального бурения (по условиям ландшафта);
- либо путем горизонтального забуривания с уже отработанных вертикальных скважин, на различных уровнях, направлениях нефтеносных, например, горизонтов, залегающих один над другим.
Это значит, что экономически целесообразным и перспективным представляется:
- не только (и не столько) собственно международное патентование заявляемой для национального патентования группы изобретений и потенциально возможных к патентованию объектов интеллектуальной собственности (см. подраздел 2.8.9. описания);
- сколько производство заявляемой конструкции трубы для осуществления заявляемого «Способа…», с целью ее поставки в страны, ведущие разработку и нефтедобычу, например.
Само же международное патентование в потенциально обусловленных рынках необходимо, как инструмент проникновения в эти рынки, путем их патентного блокирования.
Итак, «цена вопроса» на международном уровне: 50-70% остатка мировых запасов, по меньшей мере, нефтяных залежей, включая сланцевую, возможных и экономически целесообразных (эффективных) к добыче посредством заявляемой группы изобретений «Способ… и труба для его осуществления».
Прогноз автора заявляемой группы изобретений по перспективе нефтедобычи
1. Известна кратно меньшая (в ~4 раза) эффективность (и, следовательно, конкурентоспособность) разработки и использования сланцевой нефти в России (по заявлению в СМИ авторитетных источников), с одной стороны.
2. Определена перспектива высокоэффективной разработки остатка (до 50-70%) залегающих пластов, возможных к разработке, посредством заявляемого комплекса изобретений, с другой стороны.
Выводы
1. Целесообразность разработки сланцевой нефти не только на территории России (Западная Сибирь, например), но и преимущественно, остальных добывающих стран мира (ОПЕК, например) может быть отложена на период освоения остатка залежей традиционной нефти, включая шельфовых, возможных к высокоэффективному освоению, с учетом открывшихся перспектив (по п.2 прогноза).
2.8. Другой технический результат.
2.8.1. Управляемость процесса очистки горизонтальных (и наклонных) участков ствола скважины и, следовательно, процесса ее бурения.
В результате проведенных исследований по заявляемой группе изобретений установлена и стала очевидна причина проблем горизонтального бурения: допущенная разработчиком почти век назад ошибка в оценке уровня техники, а именно, в объяснении причины «неприхватываемости» утяжеленных и спиральных бурильных труб (подробно см. разделы: 1.1., 1.2., 2.6. описания), применяемых успешно в вертикальном и в наклонном бурении.
Особенность проблемы в том, что ошибка оценки уровня техники касается вертикального бурения только в теоретическом аспекте (а поэтому целый век оставалась незамеченной), в горизонтальном бурении получила необходимость реального воплощения, то есть стала касаться в практическом аспекте.
В отличие от вертикального бурения на существующем уровне техники горизонтального бурения, у трубы в составе бурильной колонны «достаточно энергии», чтобы сокрушить в зоне забоя самую твердую породу. Но не продолжено ни технических решений, и следовательно, «ни энергии», чтобы организовать качественную и эффективную его (горизонтальный участок ствола скважины) очистку от выбуренной породы - шлама, именно в процессе бурения.
Заявленная группа изобретений решает создавшуюся проблему на «идеальном» технико-технологическом уровне, путем профилактики выпадения шлама, по следующему схематическому принципу:
В пространстве горизонтального (наклонного) участков ствола скважины, силами кинетической энергии вращения колонны бурильных труб преобразовали гидродинамику шлама (в составе потока промывочной жидкости), с поступательной - на винтовую циркуляцию в затрубном пространстве, где создаваемая центробежная сила преодолевает силу гравитации, характеризующую выпадение шлама, и циклически обеспечивает его вынос.
Другой пример управляемости процесса очистки: в случае прекращения (или необходимости прекращения) работы насосов по подаче потока промывочной жидкости и необходимости удержания шлама в составе раствора обеспечивается вращением с необходимой скоростью колонны бурильных труб, посредством их винтовой поверхности, в виде, по меньшей мере, «трех активаторов винтового движения…».
2.8.2. Расширение функциональных возможностей бурильной трубы.
Для осуществления «Способа…» разработана конструкция бурильной трубы с расширенными функциональными возможностями:
-… на базе имеющихся у «прототипа» функций «механизма профилактики прихвата» (см. подробно раздел 2.1.2. «Неприхватываемые… спиральные бурильные трубы…) в виде трех плоских вырезов… по наружной поверхности трубы» (4) с.63-65, созданы дополнительные функциональные возможности, необходимые и достаточные для осуществления заявляемого «Способа…».
Бурильные трубы заявляемой конструкции, в сравнении со стандартными (гладкими) значительно более защищены от осевой перегрузки, поскольку их винтовая поверхность выполняет кроме того, функции ребер жесткости, (в виде трех «активаторов винтового движения потока промывочной жидкости…»).
И, следовательно, позволяют увеличить, кроме того, механическую скорость проходки горизонтальных (наклонных) участков ствола скважины.
2.8.3. Эффективное применение и для вертикального бурения.
Учитывая, что прямых скважин практически нет, то в местах изгиба ствола скважины колонну частично прихватывает (заклинивает). Создаваемые состоянием заклинивая силы трения винтовая поверхность трубы «использует» как механизм по созданию дополнительной осевой нагрузки, путем преобразования вращательного движения трубы (колонны бурильных труб) - в поступательное, посредством взаимодействия винтовой поверхности труб - с участками изгиба.
Данный «эффект сравним с функцией утяжеленной бурильной трубы».
Но диапазон функций винтовой поверхности заявляемой бурильной трубы значительно шире, он универсален: работает в противоположных направлениях, причем, как при вертикальном, так и при горизонтальном (наклонном) бурениях.
Установлено, что выбранная в качестве «прототипа» спиральная бурильная труба (4) с.63-65 была разработана, как обладающая функцией устойчивости против прихвата при вертикальном, преимущественно, глубоком бурении, включая скважины с большим наклоном.
Исходя из наличия отмеченной функции у заявляемой конструкции трубы, можно утверждать о расширении ее функциональных возможностей, то есть можно утверждать об эффективном использовании заявляемой конструкции трубы и при вертикальном бурении.
Учитывая более благоприятные условия вертикального бурения, значение величины «упрочненной зоны» «винтового опорного пояса» (см. Таблицу 1, графу 3) относительно диаметра наружного трубы (Д нар. тр.) должна быть минимальной, то есть, в диапазоне 0,01-0,03 Д нар. тр.. «Механизм» профилактики прихвата в этом случае работает так же, на качественном уровне.
2.8.4. Эффективность и конкурентоспособность.
Учитывая, что кроме всех преимуществ, производство заявляемой конструкции трубы (в едином цикле технологии волочения, см. п.2 формулы: «… технологически выполнены заодно с ее телом…»), в сравнении с известным «прототипом» - «спиральная бурильная труба», значительно менее трудоемко, менее металлоемко и, следовательно, более эффективно и конкурентоспособно. Легко вытеснит с соответствующих сегментов рынка свои современные аналоги в области наклонно-горизонтального бурения.
2.8.5. Высокие эксплуатационные характеристики.
Кроме того, коэффициент трения скольжения «упрочненной зоны» опорного профиля - с контактной поверхностью стенок ствола скважины многократно снижен: отсутствует взаимопроникновение и взаимосцепление двух трущихся поверхностей (с наличием абразива). Вследствие чего кратно уменьшается:
- крутящий момент, передаваемый на ротор;
- потери на осевые нагрузки, обеспечение необходимой осевой нагрузки на долото;
- энергетические затраты, при одновременном увеличении производительности (скорости) проходки, как при вертикальном, так и при горизонтальном бурении.
Известно, что стандартные бурильные трубы по наружному диаметру ~ вдвое меньше диаметра соответствующего долота, то есть, соответствующего диаметра ствола скважины. Поэтому, в случае проходки пластов, представленных мягкими породами, труба в составе бурильной колонны под тяжестью, особенно в секторах соединении труб - в секторах замков, вдавливается на толщину стенки замка, в нижнюю стенку горизонтального участка ствола скважины, разрушая ее каждым звеном (замком) и оборотом колонны, дополнительно засоряя и забивая ствол скважины, ускоряя и усиливая негативный эффект - «прихват», например.
Наружный диаметр же образующих винтовую поверхность - «активаторов…»… в поперечном сечении в форме полукруглых профилей» меньше наружного диаметра соответствующей трубы, в диапазоне: от ~2х - до ~3,5 раза (см. Таблицу 1, графы 1, 4), а сравнительно с диаметром соответствующей скважины, соответственно: от ~4х - до ~7 раз.
Тем не менее, при эксплуатации заявляемой конструкции трубы такой негативный эффект исключен. Весь размерный ряд бурильных труб: «… при вершине выполнен в виде «винтового опорного пояса»…, каждая из труб опирается на нижнюю стенку горизонтального участка ствола скважины своим опорным профилем, совмещаемым (то есть равным) с опорной поверхностью нижней стенки ствола скважины.
2.8.6. Повышение ресурса бурильной трубы и замков
- Бурильная труба оснащена «упрочненной зоной (поз.8.17.) опорного профиля (поз.8.9.):
- как термообработкой и (или), например, напылением, армированием;
- так и, например, покрытием из прочного, износостойкого материала;
- так и оснащением твердым сплавом, например, и др.
Таким образом, возможность упрочнения «зоны (поз.8.17.) опорного профиля», с одной стороны, и возможность неоднократной ее реставрации, с другой стороны, позволяют увеличить ресурс работы бурильной трубы заявляемой конструкции многократно, то есть до 250-300% и более, в сравнении с известными стандартными (гладкими) бурильными трубами.
А поскольку более интенсивный износ происходит по большому диаметру - замковых соединений, то получаемый эффект - многократное увеличение ресурса работы, в большей степени характерен и собственно для бурильных замков.
2.8.7. Бурильная труба с функциями рабочего инструмента.
В заявляемой бурильной трубе конструкция принципиально новая:
- она оснащена функциями рабочего инструмента, где собственно тело трубы и наружная цилиндрическая поверхность снабжены:
- по меньшей мере, тремя «активаторами винтового движения потока промывочной жидкости…», выполняющими функции:
- «механизма» профилактики прихвата (см. раздел 2.1.2. описания);
- «механизма» профилактики выпадения шлама, то есть функции бурильной трубы для осуществления заявляемого «Способа очистки ствола скважины…».
2.8.8. Устойчивость к торпедированию.
Три «активатора…», выполненные «… технологически, заодно с телом трубы…», являются дополнительным конструктивным элементом эффективного усиления осевого давления, без увеличения собственно толщины стенок трубы. То есть в результате увеличения «порога» стойкости к торпедированию, заявляемой конструкции труба позволит вести проходку скважин при большей механической скорости, особенно, при горизонтальном бурении.
2.8.9. Прогнозируемая необходимость динамики уровня техники, вызванная реализацией заявляемой группы изобретений.
На этапе инжиниринга и серийного освоения заявляемой группы изобретений, причинно-следственно «созреет» необходимость разработки на соответствующем уровне, то есть на мировом уровне - на уровне изобретений, полезных моделей, промышленных образцов:
- средств производства заявляемой конструкции бурильной трубы, в том числе:
- оборудования, оснастки, инструментария;
- способов производства размерного ряда заявляемой конструкции бурильной трубы;
- новых материалов (сталей, например);
- производство мобильных и стационарных установок для реставрации бурильных труб и др.;
- необходимость разработки новых, соответствующих технических стандартов по производству и эксплуатации нового уровня бурильных труб для осуществления заявляемого «Способа…».
Расчет - обоснование выполнения технических параметров трубы.
Данные граф 1, 2, 3, 5 соответствуют:
по трубам - данным стандартам АНИ (см. (4), с.59 Таблица 16;
по замкам - данным стандарта АНИ (см. (4), с.61 Таблица 18.
<mrow><mi>R</mi><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>а</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>Д</mi><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>б</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>−</mo><mi>Д</mi><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,1</mn><mo>−</mo><mn>0,04</mn><mi>Д</mi><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где
Rп.п.а - величина радиуса полукруглого профиля «активатора…», в мм;
Дн.б.з - диаметр наружный бурильного замка, по стандартам АНИ, в мм;
Дн.тр - диаметр наружный трубы, по стандартам АНИ, в мм;
0,1-0,04 Дн.тр - диапазон соотношения зоны опорного профиля «винтового опорного пояса» «активатора винтового движения потока промывочной жидкости в затрубном пространстве» - к диаметру наружному соответствующей трубы для осуществления «Способа…», в мм.
Направление образующих винтовую поверхность - «активаторов винтового движения потока промывочной жидкости…» - правое.
Д нар. трубы в мм
Тип замка
Д нар. Замка в мм
Rп.п.a. «активатора…» в мм
Вес 1 м трубы с муфтами, согласно стандарту в кг
Вес 1 м. трубы с муфтами, заявляемой конструкции: (г 5×20%) в кг
Удельное давление трубы заявляемой на стенку скважины в кг/см<sup>2</sup>
Отношение угловых секторов (фиг.8): поз.8.11. поз.8.12.
Диапазон зоны опорного профиля ~ от Д. нар. тр.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
60
3Н
80
16,0
9,9
12,0
0,54
0,30
0,10
73
3Н
95
17,5
15,5
18,6
0,47
0,39
0,09
89
3Н
108
16,5
19,8
23,7
0,60
0,42
0,08
114
3Н
140
20,0
24,7
29,6
0,58
0,35
0,07
114
3Ш
141
20,0
29,8
35,7
0,70
0,35
0,07
140
3Н
172
24,0
32,6
39,1
0,56
0,35
0,05
140
3Ш
175
24,5
36,7
44,0
0,63
0,35
0,05
168
3Н
197
23,0
37,5
45,0
0,53
0,43
0,04
Литература
1. Философская энциклопедия. Главный редактор Ф.В. Константинов. Том 4-й. «Наука логики - СИТЕТИ», издательство «Советская энциклопедия», 1967.
2. «Большой энциклопедический словарь» / Главный редактор A.M. Прохоров. - Советская Энциклопедия, 1991 г., том 1-й, 2-й.
3. Краткий политехнический словарь / Главный редактор Ю.А. Степанов. Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1955.
4. Буровая техника и технология за рубежом. Н.Н. Калмыков, Ю.А. Стефанов, А.И. Яковлев. Москва, Издательство «Недра», 1968.
5. Рекламные проспекты компании VAM DRILLING, под товарной маркой HYDROCLEANTM с.56-78.
6. Главная страница / технопарк предлагает / изобретения / виртуальная выставка вибрационные устройства для горизонтального бурения / «Способ очистки скважины при ее бурении ее горизонтальных участков». Руководитель проекта: Панфилов Г.А., д.т.н., профессор Тюменского государственного нефтегазового университета тел.: (3452) 25-97-70, e-mail panfilov@tsogu.ru 09.12.2008) стр.1-5 («прототип»).
7. А.С. Бронзов, Ю.С. Васильев, Г.А. Шетлер. Турбинное бурение наклонных скважин (второе дополненное и переработанное издание). Москва, издательство «Недра», 1965 г.
8. Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение, Москва, ОАО ИНИЦ «ПАТЕНТ» 2006 г.