УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА БУРОВОЙ МЕЛОЧИ
DEVICE FOR REMOVING DRILL FINES

Изобретение относится к устройству для отвода отделенной буровым инструментом при изготовлении скважины для прокладки трубопровода буровой мелочи, имеющему по меньшей мере один насос для откачки смешанной с буровой мелочью промывочной жидкости и по меньшей мере один приемный корпус по меньшей мере с одной приемной камерой, которая через отверстия соединена с областью нахождения буровой мелочи за буровым инструментом.
Такое устройство известно из US 5,269,384. Этот документ раскрывает способ устройства для расширения и очистки буровой скважины. При этом посредством горизонтального направленного бурения изготавливается пилотная скважина. Затем на пилотной бурильной колонне устанавливается сбрасыватель. За сбрасывателем предусмотрен трубопровод, который соответствует по существу диаметру пилотной бурильной колонны. Для отвода отделенного сбрасывателем грунта предусматривается гидроструйный вакуумный насос, который приводится в действие текущей в бурильной колонне буровой суспензией. За счет возникающего на стороне всасывания насоса разрежения буровая мелочь всасывается за сбрасывателем и отводится по трубопроводу.
При этом устройство содержит выполненный по существу цилиндрическим приемный корпус с приемной камерой. Приемный корпус на своей внешней стороне содержит отверстия, которые делают возможным прохождение буровой суспензии с буровой мелочью. Прохождение происходит посредством всасывания жидкости с буровой мелочью за счет существующего в гидроструйном вакуумном насосе разрежения.
Проблематичным в этой конструкции является то, что отверстия закрываются буровой мелочью, которая больше, чем площадь отверстия. Кроме того, возникает такая проблема, что в зависимости от грунта и состава буровой суспензии отверстия также закрываются отложениями. Для устранения этой проблемы внутри приемной камеры расположен снабженный выступами валик, который вращается по внутренней стороне внешней стенки приемной камеры, причем выступы входят в отверстия и снова освобождают их. Это решение имеет тот недостаток, что не может быть обеспечено с достаточной точностью, чтобы отверстия действительно снова освобождались
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы создать устройство для отвода буровой мелочи, с помощью которого является возможным надежно отводить буровую мелочь через гидравлическую транспортировку.
Решение изобретения для этого предусматривает, что в приемном корпусе предусмотрен приемный элемент для механического приема буровой мелочи, на котором расположена, по меньшей мере, часть отверстий, через которые буровая мелочь попадает в приемную камеру.
При этом является благоприятным то, что буровая мелочь не всасывается, а посредством механического приема попадает в приемную камеру, из которой она затем может быть отведена гидравлически. Кроме того, при этом является благоприятным то, что размер отверстий соответствует максимальному размеру зерен, который является транспортируемым насосом. За счет этого простым образом обеспечивается классификация буровой мелочи.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что площадь отверстий выполнена так, что боровая мелочь, предпочтительно без всасывания или же с малой скоростью потока, может проходить через отверстие. За счет этого предотвращаются соответствующие налипания на стенках отверстий и присасывание слишком крупной буровой мелочи.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что в приемной камере предусмотрено всасывающее отверстие для гидравлического всасывания буровой мелочи в насос. За счет этого является простым образом возможным обеспечивать отвод из самой приемной камеры.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что предусмотрены по меньшей мере два приемных элемента и/или по меньшей мере две приемные камеры. За счет увеличения числа приемных элементов и приемных камер улучшается эффективность отвода устройства.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что приемный корпус является создающим подъемную силу корпусом по меньшей мере с одним наполненным воздухом участком. За счет этого на бурильную колонну действует меньше балласта, так что уменьшается осаждение. Кроме того, на грунт действует меньше давления, и уменьшается возникающий за счет устройства согласно изобретению вращательный момент.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что диаметр приемного корпуса соответствует по существу диаметру соответственно подлежащей бурению скважины. За счет этого буровой инструмент испытывает лучшее центрирование в скважине.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что приемный корпус имеет по меньшей мере один байпас для обхода приемного корпуса. При этом является особо предпочтительным, чтобы байпас имел выполненный в форме спирали и/или прямым участок, и/или чтобы байпас был расположен на задней стороне приемного элемента, и/или чтобы байпас был расположен на внешней стороне приемного корпуса. Благодаря байпасным каналам становятся возможными различные режимы применения устройства согласно изобретению. Так, за счет этого является возможным путем одностороннего закрытия транспортировочной ветви добиться обратной промывки через отверстия. Выходящая тогда через отверстия в область скважины промывочная жидкость может уходить в скважину по байпасу. Расположение байпаса на задней стороне приемного элемента затрудняет нежелательное прохождение буровой мелочи через байпас в расположенную за ним скважину. Кроме того, выполнение байпаса делает возможным то, что буровая мелочь, которая не может проходить через отверстия, по байпасу может входить в находящуюся за ним скважину.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что байпас на задней стороне приемного корпуса имеет приемный инструмент, и/или что байпас имеет форму, которая минимизирует проход буровой мелочи в режиме бурения и способствует проходу буровой мелочи в режиме подъема бурового устройства. Предпочтительно, речь идет при этом о спиралевидном байпасе, изгиб которого имеет противоположное направлению вращения буровой установки направление. За счет этого из приемной области также может быть удалена буровая мелочь, которая не может быть принята приемными элементами.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что в случае с насосом речь идет о гидроструйном вакуумном насосе. При этом является особо предпочтительным, чтобы гидроструйный вакуумный насос имел сопло, диффузор и смесительную камеру, причем для закрывания смесительной камеры сопло выполнено с возможностью перемещения относительно диффузора. За счет этого становится возможным промывать запоры внутри скважины, по которой отгружается смешанная с буровой мелочью суспензия.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что приемный элемент имеет приемный инструмент, который, предпочтительно, выполнен съемным. Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что приемный корпус расположен на насосе съемно, так что приемный корпус в зависимости от получаемого диаметра скважины является заменяемым. Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что приемный элемент расположен на приемном корпусе съемно, так что приемный элемент в зависимости от грунта, в котором должна быть пробурена скважина, является заменяемым, и/или что расположенный на приемном элементе приемный инструмент установлен съемно. За счет возможностей съема устройство согласно изобретению может быть просто адаптировано к соответствующим размерам скважины или же качествам грунта.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает, что буровой инструмент расположен на буровом устройстве и/или на приемном корпусе, предпочтительно на приемном элементе.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает буровое устройство с устройством описанного выше вида.
Еще одно техническое решение изобретения предусматривает применение описанного выше устройства с расположенными на нем буровыми инструментами в качестве бурового устройства.
Далее изобретение поясняется более детально на чертеже. При этом показано на:
Фиг. 1: пространственное представление устройства согласно изобретению,
Фиг. 2: фронтальный вид к фиг. 1,
Фиг. 3: пространственное представление гидроструйного вакуумного насоса,
Фиг. 4: пространственное представление первой конструктивной формы приемного корпуса согласно изобретению,
Фиг. 5: пространственное представление второй конструктивной формы к фиг. 1,
Фиг. 6: вид в разрезе к фиг. 1,
Фиг. 7: второй вид в разрезе к фиг. 1,
Фиг. 8 - фиг. 13: различные рабочие и эксплуатационные состояния к фиг.1,
Фиг. 14: принципиальный эскиз соответствующего изобретению использования устройства согласно изобретению,
Фиг. 15: дополнение к фиг. 14.
Фиг. 14 показывает применение устройства 10 согласно изобретению. При этом в грунте 100 (в дальнейшем под грунтом подразумевается, как твердая каменная порода, так и рыхлая горная порода) под препятствием 105 пробуривается скважина 101, 102 от начальной точки 103 до целевой точки 104. В скважину 101, 102 после завершения процесса бурения вводится трубопровод (не показан). Для получения скважины 101, 102 предусмотрена буровая установка 110. Буровой установкой 110 вдоль линии 106 бурения скважины 101, 102 с бурильной колонной 111 продвигается бурильная головка (не показана) от начальной точки 103 к целевой точке путем перемещения бурильной головки (не показана) вперед за счет последовательного выполнения новых участков скважины. После достижения целевой точки 104 бурильная головка (не показана) отделяется от бурильной колонны 111. Затем на бурильную колонну 111 устанавливается буровое устройство 112. Буровое устройство 112 состоит из бурильной головки 113 и устройства 10 согласно изобретению. На буровое устройство 112 устанавливается следующая бурильная колонна 114. Посредством протяжки первой бурильной колонны 111 через буровую установку 110 в начальной точке 103 буровое устройство 112 отводится назад вдоль линии 106 бурения, например от целевой точки 104 к начальной точке 103. При этом последовательно демонтируется первая бурильная колонна 111, и соответственно встраивается вторая бурильная колонна 114. При этом буровое устройство 112 в зависимости от вида грунта оснащается бурильной головкой 113, диаметр которой, либо соответствует конечному диаметру скважины 101, 102, либо друг за другом используются буровые устройства разных размеров с разными диаметрами, чтобы за несколько проходов расширить скважину 101, 102 до желательного диаметра. После завершения расширения в скважину вводится подлежащий прокладке трубопровод (не показан). При этом скважина 101, 102 наполнена буровой суспензией 115. Задача буровой суспензии 115 заключается в том, чтобы держать скважину открытой и одновременно выводить из скважины отделенную буровым устройством 112 буровую мелочь. Описанный здесь способ называется Горизонтальным Направленным Бурением (ГНБ).
На фиг. 1 показано устройство 10 согласно изобретению. Устройство 10 содержит приемный корпус 11 и насос 12. На приемном корпусе 11 предусмотрены приемные элементы 13, которые снабжены отверстиями 14. При этом отверстия 14 находятся на изогнутой радиально наружу приемной поверхности 15. На приемной поверхности 15 предусмотрены направляющие элементы 16, посредством которых достигается лучший подвод буровой мелочи к отверстиям. В показанной конструктивной форме направляющие элементы 15 выполнены в виде щитков. Они могут быть адаптированы в зависимости от подлежащего отделению грунта/породы. Внутри приемного элемента 13 находится приемная камера 17 (см. фиг. 7), которая впускным патрубком 18 соединена с внутренним пространством приемного корпуса 11. Приемная камера 17 образуется задней стенкой 22 камеры, торцевой стенкой 21 приемного корпуса 21, цилиндрической стенкой 22 приемного корпуса 11 и боковой стенкой 20 камеры, которая образует фронтальную поверхность, а также приемную поверхность 15. Впускной патрубок 18 простирается сквозь торцевую стенку 21. Сам приемный корпус 11 образуется торцевой стенкой 21, на которой находятся приемные элементы 13, и цилиндрической стенкой 22, а также соответствующей задней стенкой 23. В торцевой стенке 21 посередине в точке вращения предусмотрено отверстие 24 (см. фиг. 4). Радиально вокруг отверстия 24 предусмотрены просверленные отверстия 25.
На внешней стороне приемной поверхности 15 предусмотрены приемные инструменты 40, которые либо интегрированы в цилиндрическую поверхность 22, причем участок 41 перед приемной поверхностью 15 выполнен скошенным, либо выполнены как отдельный элемент 42 приемного инструмента, так же со скошенным участком 41, перед приемной поверхностью 15, расположенным интегрированно в выемку 43 в цилиндрической поверхности 22. Посредством этих приемных инструментов 40 является возможным использование в качестве расчищающего инструмента без сочетания с буровой головкой 113, чтобы удалять отложенную буровую мелочь из скважины 101, 102 на специальном шаге расчистки. Оба варианта показаны на фиг. 1. Дополнительно, приемные инструменты 40 также могут быть выполнены в виде буровых инструментов (не показаны). Это на чертежах не показано. В качестве альтернативы, также является возможным предусмотреть на приемном корпусе 11 или на приемном элементе 13 буровые инструменты, так что тогда устройство 10 также будет используемым в качестве бурового инструмента. Для этого должен быть предусмотрен отвод для буровой суспензии (не показано) на бурильной колонне 111 или на стыке 28 бурильной колонны, чтобы подводить буровую суспензию в область бурения.
В цилиндрической стенке 22 приемного корпуса 11 находятся байпасы 26, которые выполнены либо прямыми, либо изогнутыми (см. фиг. 5). Байпас 26 простирается по всей длине цилиндрической стенки 22. Байпас 26 расположен за задней стенкой 19 камеры, чтобы предотвратить вход буровой мелочи в байпас 26 в нормальном режиме работы устройства 10. На выходе 45 байпаса 26 тоже могут быть предусмотрены приемные инструменты (не показаны) для приема грунта или же буровой мелочи, с помощью которых он/она при подъеме устройства 10 принимается в скважину 102 и передается в байпас, а затем транспортируется мимо приемного корпуса 11 через байпас 26 в область буровой мелочи 117. При этом является позитивным, если байпас 26 выполнен спиральным или же изогнутым, чтобы способствовать транспортировке грунта/буровой мелочи из скважины 102 в область 117 буровой мелочи.
Кроме того, устройство 10 содержит насос 12, который в настоящем примере осуществления выполнен в виде так называемого гидроструйного вакуумного насоса 27. Насос 12, 27 в каждом случае содержит присоединительный элемент 28, 29 для бурильной колонны 111, 114. В средней части 30 насоса 27 находится сопло 32 и впускные патрубки 33 для подсоединения к впускному патрубку 18 приемной камеры 17. Следом за смесительной камерой 31 расположена смесительная труба 34. Здесь за смесительной трубой 34 следует диффузор 35. Присоединительные элементы 28, 29 бурильной колонны соединены со средней частью 30 фланцами 36, 37. Впускные патрубки 33 тоже снабжены фланцем 38, который служит для соединения с впускным патрубком 18 приемной камеры 17.
Средняя часть 30 насоса 12, 27 вставляется в отверстие 34. Через фланцы 36, 37 присоединительные элементы 28, 29 бурильной колонны соединены со средней частью 30 насоса посредством болтов 39.
На фиг. 6 показано сопло 32 в нормальном рабочем положении, так что смесительная камера 31 находится в гидравлической связи со смесительной трубой 34 и впускными патрубками 33. На фиг. 7 сопло 32 перемещено в смесительную камеру 31, так что оно находится в соединении со смесительной трубой 34, так что между смесительной трубой 34 и смесительной камерой 31 и соответствующими впускными патрубками 33 существует гидравлическое разъединение. При этом сопло нагружено пружиной (не показана) и зафиксировано болтом (не показан). Если превышается действующее через промывочную жидкость на сопло предельное давление, болт освобождается, и сопло 32 продвигается вперед против пружины. Если давление в жидкости снова падает, пружина возвращает сопло 32 в исходное положение. Внутри приемного корпуса 11 предусмотрено создающее подъемную силу пространство 44.
На фиг. 8-13 показаны разные рабочие состояния в связи с устройством 10 согласно изобретению.
В нормальном рабочем состоянии (фиг. 8) сопло 32 находится в открытом положении. Буровая суспензия 115 течет через внутреннее пространство 116 бурильной колонны 111 к буровому устройству 112 и выходит на бурильной головке 113 через сопла (не показаны). С помощью буровой суспензии 115 буровая мелочь в точке врезания бурильной головки в грунт 100 смывается и попадает в область 117 буровой мелочи за бурильной головкой 113. За бурильной головкой 113 расположено устройство 10, состоящее из насоса 12 и приемного корпуса 11. С помощью приемных элементов 13 буровая мелочь механически, например с помощью приемных инструментов 40, принимается и проходит через отверстия 14 на приемных поверхностях 15 и попадает в приемную камеру 17. Часть буровой суспензии 115 проводится через бурильную головку 113 и через патрубок 28 бурильной колонны попадает в насос 12, 27. С помощью сопла 32 она через смесительную камеру 31 ускоряется в смесительную трубу 34, в результате чего в смесительной камере 31 возникает разрежение, так что находящаяся в приемной камере 17 буровая мелочь вместе с находящейся там буровой суспензией 115 через впускной патрубок 18 и впускной патрубок 33 всасывается в смесительную камеру 31, и там ускоренная соплом 32 буровая суспензия уносится в смесительную трубу 34. Затем она через внутреннее пространство 118 бурильной колонны 114 после прохождения через диффузор 35 транспортируется из скважины 101, 102.
На фиг. 9 показано рабочее состояние уровня техники, в котором происходит эксплуатация бурильной головки без устройства 10. При этом буровая суспензия подается на бурильную головку 113, а оттуда вместе с буровой мелочью вводится в скважину 102, откуда буровая суспензия 115 вместе с буровой мелочью выходит из скважины с меньшей скоростью. При этом речь идет об обычном процессе горизонтального направленного бурения.
На фиг. 10 показано использование устройства 10 без бурильной головки 113 в качестве очистного агрегата. Это использование происходит для очистки скважины как таковой. При этом буровая суспензия выходит из бурильной колонны 111 и попадает, как описано для фиг. 8, через приемные элементы 13 сквозь отверстия 14 в приемные камеры 17, а оттуда насосом 12, 27 всасывается в смесительную камеру 31 и дальше в смесительную трубу 34, откуда она затем подается во внутреннее пространство 116 бурильной колонны 114 и отводится из скважины 101, 102.
На фиг. 11 показан особый случай, в котором во внутреннем пространстве 118 бурильной колонны 114 существует затор 119. При этом сопло 32, как показано на фиг. 7, за счет повышения давления во внутреннем пространстве 116, 118 перемещается к смесительной трубе 34 и смесительной камере 31 и тем самым закрывается. Находящаяся во внутреннем пространстве 115 бурильной колонны 111 буровая суспензия 115 полностью закачивается в насос 12 и там соответственно ускоряется, так что, при необходимости, при одновременном повышении напора в насосе (не показан) в буровой установке 110 затор 119 растворяется и отводится из внутреннего пространства 118 бурильной колонны 114.
На фиг. 12 показан еще один особый случай, в котором должны быть очищены отверстия 14 приемных элементов 13. На конце бурильной колонны 114 находится клапан (не показан), который закрывается. В результате этого буровая суспензия 115 больше не может перемещаться через внутреннее пространство 118 бурильной колонны 114. В результате этого в смесительной камере происходит реверсирование потока, так что буровая суспензия через впускной патрубок 33 попадает во впускной патрубок 18, а отсюда в приемную камеру 17. Отсюда буровая суспензия 115 через отверстия 14 выходит в область 117 буровой мелочи. В ней происходит повышение давления внутри буровой суспензии 115, и тогда она течет через байпас 26 мимо приемного корпуса 11 в скважину 102. За счет этого является возможным путем соответствующей адаптации давления и обратной промывки освобождать отверстия 14 от закупорок и от загрязнений.
На фиг. 13 показан случай, в котором устройство 10 используется как буровое устройство. Этот случай соответствует случаю, показанному на фиг. 8, с тем отличием, что грунт отделяется буровыми инструментами (не показаны) и отводится прямо через приемные элементы 13.
Далее, на фиг. 15 показано устройство строительной площадки на стороне, с которой в конце бурения вводится трубопровод (не показан). Здесь из бурильной колонны 114 извлекается промывочная жидкость 115. Для этого на лафете 121 устанавливается тележка 120. Тележка 120 имеет встроенный поворотный шарнир (не показан) и устроена так, что она улавливает вращательное движение (крутящие силы) бурильной колонны 114. Промывочная жидкость 115 проводится по рукаву 122 и направляющей 123 для рукава от лафета 121. Когда должен быть установлен новый отрезок 126 трубы, тележка 120 с помощью канатной лебедки 124 в связи с приводом 127 оттягивается вверх, и может быть установлен новый отрезок 126 трубы. Зажимное устройство 125 обеспечивает, чтобы подлежащий установке отрезок трубы фиксировался, и через буровую установку 110 мог быть создан необходимый вращательный момент для закрывания резьбы 128. Лафет 121 посредством регулируемой нижней конструкции может быть адаптирован к уклону бурильной колонны 114. Кроме того, лафет 121 содержит необходимые измерительные устройства (не показаны), такие как расходомер, датчик давления, которые необходимы для управления системой.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10
Устройство
11
Приемный корпус
12
Насос
13
Приемный элемент
14
Отверстие
15
Приемная поверхность
16
Направляющий элемент
17
Приемная камера
18
Впускной патрубок
19
Задняя стенка камеры
20
Боковая стенка камеры
21
Торцевая стенка
22
Цилиндрическая стенка
23
Задняя стенка
24
Отверстие
25
Сверленое отверстие
26
Байпас
27
Гидроструйный вакуумный насос
28
Патрубок бурильной колонны
29
Патрубок бурильной колонны
30
Средняя часть
31
Смесительная камера
32
Сопло
33
Впускной патрубок
34
Смесительная труба
35
Диффузор
36
Фланец
37
Фланец
38
Фланец
39
Болт
40
Приемный инструмент
41
Скошенный участок
42
Элемент приемного инструмента
43
Выемка
44
Создающее подъемную силу пространство
45
Выход
100
Грунт
101
Скважина
102
Скважина
103
Начальная точка
104
Целевая точка
105
Препятствие
106
Линия бурения
ПО
Буровая установка
111
Бурильная колонна
112
Буровое устройство
113
Бурильная головка
114
Бурильная колонна
115
Буровая суспензия
116
Внутреннее пространство
117
Область буровой мелочи
118
Внутреннее пространство
119
Затор
120
Тележка
121
Лафет
122
Рукав
123
Направляющая для рукава
124
Канатная лебедка
125
Зажимное устройство
126
Отрезок трубы
127
Привод