Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины
DEVICE FOR SIMULTANEOUS DRILLING AND FIXING OF AREAS OF HEAVING AND COLLAPSES DURING DRILLING OF A WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин с одновременной изоляцией зон осыпаний и обвалов при бурении колонной обсадных труб.
Известен способ одновременного вскрытия и крепления неустойчивых пород при бурении скважин (патент RU № 2437997, МПК Е21В 7/20, опубл. 27.12.2011 г., Бюл. № 36), включающий бурение ствола скважины долотом, соединенным с колонной обсадных труб, которые устанавливают в скважине с последующим извлечением долота. Участок скважины с неустойчивыми и разрушенными горными породами из основного ствола бурят при определенном давлении расходуемой жидкости раздвижным долотом, соединенным с колонной обсадных труб в виде многолучевой расширяемой трубы, длиной превосходящей длину данного участка, спускаемой на колонне бурильных труб. Внутренний диаметр данного участка выполняют больше диаметра основного ствола как минимум на толщину стенок обсадной колонны, после бурения участка в обсадной колонне создают избыточное давление, превосходящее определенное давление и достаточное для полного выправления гофр обсадной колонны с фиксацией ее относительно стенок скважины и с последующим отсоединением и извлечением колонны бурильных труб на поверхность. Спускают калибрующий инструмент для окончательного выправления обсадной колонны до диаметра, равного диаметру основного ствола скважины. Калибрующий инструмент оборудуют ловильным устройством на нижнем конце для захвата, отсоединения и извлечения долота при взаимодействии с ним.
Недостатками устройства для одновременного вскрытия и крепления неустойчивых пород при бурении скважин являются:
- высокая вероятность возникновения аварийной ситуации из-за резкого повышения давления выше критического, что приведет к преждевременному расширению профильных труб и заклиниванию устройства;
- высокая вероятность шламования надпоршневой полости раздвижного долота, из-за этого невозможность возврата его в транспортное положение после отключения насоса, как следствие создание аварийной ситуации из-за невозможности извлечения раздвижного долота и вместе с ним всей компоновки;
- при одновременном бурении и расширении из-за пульсаций расхода промывочной жидкости насоса не гарантировано раздвижение долота в рабочее положение и, как следствие, невозможность расширения профильных труб в полной мере, как следствие, создание аварийной ситуации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для бурения скважин в неустойчивых и разрушенных горных породах с одновременной обсадкой (патент № 2262578, МПК Е21В 7/20, опубл. 20.10.2005 г., Бюл. № 29), состоящее из бурильной и обсадной колонн, башмака с центратором, породоразрушающего элемента, направляющего элемента и отклонителя с подводящими каналами, причем направляющий элемент выполнен с эксцентричным поперечным пазом прямоугольной формы, нижняя часть которого на величину эксцентриситета, определяемого разностью Rскв. – Rп.и., где Rскв. и Rп.и. - радиусы скважины и породоразрушающего инструмента, соответственно, выполнена с конусностью, равной конусности хвостовика отклонителя, который размещен в эксцентричном поперечном пазу направляющего элемента с возможностью осевого и горизонтального смещений, при этом ось подводящего канала отклонителя для подачи очистного агента на забой скважины расположена под углом к его оси и оси скважины, причем хвостовик отклонителя имеет продольное отверстие некруглой формы, большая часть которого параллельна его оси и оси скважины и расположена на расстоянии от оси отклонителя, равном не менее 1,5 величинам эксцентриситета со смещением в сторону эксцентриситета, в котором размещена горизонтальная ось, жестко соединенная с направляющим элементом, причем в подводящие каналы направляющего элемента и отклонителя вмонтирована эластичная втулка с возможностью осевого перемещения в канале направляющего элемента.
Недостатками этого устройства являются:
- невозможность осуществлять процесс бурения с промывкой скважины, так как для работы устройства необходима посадка обсадной колонны в скважину без зазора, необходимого для промывки скважины, как следствие, отсутствует вынос шлама, и охлаждение породоразрушающего элемента, что сильно сокращает ресурс устройства;
- сложность изготовления из-за большого количества сопрягаемых деталей, как следствие, зашламовывание центратора, направляющего элемента, отклонителя.
Технической задачей является создание устройства для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины надежного в работе, позволяющего исключить аварийные ситуации, связанные с изменением перепада давления, осуществлять бурение с оптимальным расходом промывочной жидкости и разбурить долото без подъема компоновки.
Техническая задача решается устройством для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины, включающим бурильную и обсадную колонны, породоразрушающий элемент.
Новым является то, что породоразрушающий элемент выполнен в виде разбуриваемого долота, завинченного к нижнему концу обсадной колонны на упорной конической резьбе и снабженного седлом под шар, а в верхней части обсадной колонны установлен герметично переводник со шпонками, вставленными в ответные пазы, выполненные на верхнем торце обсадной колонны, при этом переводник снабжен снизу долотом с отверстием для прохождения шара, а сверху проточкой, вставленной в сужение обсадной колонны, при этом угол конусности фаски проточки переводника выполнен обеспечивающим дополнительное расширение при выходе через сужение обсадной колонны, кроме того переводник сверху снабжен резьбой для соединения с бурильной колонной, а снаружи сужение обсадной колонны снабжено эластичным элементом с наружным диаметром, равным диаметру обсадной колонны, при этом диаметр обсадной колонны на 10-15% меньше диаметра разбуриваемого долота.
На фиг. показано устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины с осевым продольным разрезом.
Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины (на фиг. не показаны) включает бурильную 1 и обсадную колонны 2, породоразрушающий элемент 3. Породоразрушающий элемент 3 выполнен в виде разбуриваемого долота 4, завинченного к нижнему концу обсадной колонны 2 на упорной конической резьбе 5 и снабженного седлом 6 под шар 7. В верхней части в обсадной колонны 2 установлен герметично переводник 8 со шпонками 9, вставленными в ответные пазы 10, выполненные на верхнем торце 11 обсадной колонны 2. Переводник 8 снабжен снизу долотом 12 с отверстием 13 для прохождения шара 7, а сверху проточкой 14, вставленной в сужение 15 обсадной колонны 2. Угол конусности α фаски 16 проточки 14 переводника 8 выполнен таким, что при выходе через сужение 15                                              обсадной колонны 2 обеспечивается дополнительное расширение верхней части обсадной колонны 2. Переводник 8 сверху снабжен резьбой для соединения с бурильной колонной 1, а снаружи сужение 15 обсадной колонны 2 снабжено эластичным элементом 17 с наружным диаметром, равным диаметру обсадной колонны 2. Диаметр обсадной колонны 2 на 10-15% меньше диаметра разбуриваемого долота 4.
Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины работает следующим образом.
Бурение до кровли зоны осыпаний и обвалов ведут на колонне бурильных труб по классической технологии. Далее собирают на устье и спускают в скважину устройство в сборе на колонне бурильных труб 1. Бурение ведут с промывкой промывочной жидкостью. Переводник 8 со шпонками 9, вставленными в ответные пазы 10, выполненные на верхнем торце 11 обсадной колонны 2, передает вращение и необходимую осевую нагрузку через обсадную колонну 2 долоту 4. Благодаря тому, что долото 4 имеет диаметр на 10-15 % больше диаметра обсадной колонны 2 обеспечивается необходимый зазор для выноса шлама при промывке скважины. После вскрытия всей зоны осыпаний и обвалов бурение останавливают. С устья в бурильную колонну бросают шар 7, который с промывкой жидкостью проходит через бурильные трубы 1, переводник 8, долото 12, обсадные трубы 2 и перекрывает седло 6 долота 4. Далее создают перепад давления, при этом переводник 8 выходит через сужение 15 обсадной колонны 2, расширяя его. При этом, благодаря тому, что угол конусности α фаски 16 проточки 14 переводника 8 выполнен таким, что при выходе его через сужение 15 обсадной колонны 2 обеспечивается дополнительное расширение верхней части обсадной колонны 2, происходит прижатие эластичного элемента 18 к стенке скважины и таким образом устройство надежно фиксируется в скважине. После чего, переводник 8 с долотом 12 пропускают через обсадные трубы до посадки в долото 4. С промывкой, вращением и необходимой осевой нагрузкой разбуривают долото 4. Благодаря тому, что разбуриваемое долото 4 свинчено с обсадной колонной 2 конической упорной резьбой 5, то оно надежно зафиксировано в процессе его разбуривания. После чего, переводник 8 с долотом 12 извлекают. Далее бурят скважину до проектного забоя.
Устройство для одновременного бурения и крепления зон осыпаний и обвалов при бурении скважины надежное в работе, позволяет исключить аварийные ситуации, связанные с изменением перепада давления, осуществлять бурение с оптимальным расходом промывочной жидкости и разбурить долото без подъема компоновки.