УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОХОДКИ

1. Управляемая забойная система бурения, содержащая импульсное бурильное устройство, размещенное в бурильной колонне в стволе скважины в текучей среде, содержащее клапан управления и быстродействующий клапан и способное подавать первый сигнал закрытия клапана управления в текучей среде, при этом ограничивая часть потока текучей среды в бурильной колонне, для обеспечения мгновенного увеличения давления текучей среды на одной поверхности быстродействующего клапана в бурильной колонне, создающего первый осевой однонаправленный импульс и связанную с ним силу посредством импульсного бурильного устройства в бурильной колонне, приложенную непосредственно над компоновкой низа бурильной колонны, при этом указанный импульс вдавливает буровое долото в пласт, и клапан управления принимает второй сигнал открытия быстродействующего клапана, создавая второй однонаправленный импульс, направленный противоположно первому осевому однонаправленному импульсу, при этом сбрасывая увеличение давления в текучей среде, окружающей буровое долото, обеспечивая промывку бурового долота от частиц выбуренной породы пласта.
2. Система по п.1, в которой импульсное бурильное устройство является регулируемым с использованием независимо управляемого гидравлического, электрического, механического устройства или комбинации гидравлического, электрического и/или механического устройств.
2
2
3. Система по п.1, в которой увеличение давления находится в диапазоне 500-2000 фунт/дюйм(35-140 кг/см) на первой поверхности быстродействующего клапана.
4. Система по п.1, в которой быстродействующий клапан способен приводиться в действие через 0,10 с или менее, создавая первый осевой однонаправленный импульс достаточной амплитуды и продолжительности непосредственно над буровым долотом для создания демпфирующего действия во время работы системы с использованием бурильной колонны.
5. Система по п.1, в которой увеличение давления на первой поверхности быстродействующего клапана действует по всей площади сечения быстродействующего клапана, обеспечивая в результате однонаправленный осевой импульс с силой, превышающей силу воздействия бурильной колонны и давления, создаваемого насосом в текучей среде, при этом сила воздействия бурильной колонны и давление, создаваемое насосом, приложены непосредственно к буровому долоту.
6. Система по п.1, в которой закрытие быстродействующего клапана прикладывает силу увеличения давления непосредственно сзади бурового долота, вдавливая буровое долото в пласт и немедленно заклинивая буровое долото, при этом передавая крутящий момент на бурильную колонну, так что, при открытии быстродействующего клапана, увеличение давления последовательно уменьшается с обеспечением накопления крутящего момента в бурильной колонне, прикладываемого к буровому долоту, дополнительно увеличивая скорость проходки и обеспечивая бурение более глубоких скважин.
7. Система по п.1, в которой закрытие быстродействующего клапана приводит к осевому натяжению бурильной колонны с выпрямлением бурильной колонны и улучшением прямолинейности ствола скважины.
8. Система по п.7, в которой объединение осевого натяжения бурильной колонны и усилия на буровом долоте обеспечивает более глубокое бурение в горизонтальном направлении или множестве направлений, и при этом объединенное осевое натяжение бурильной колонны и усилие на буровом долоте прилагаются непосредственно сзади бурового долота.
9. Система по п.1, в которой открытие быстродействующего клапана создает быстрый сброс увеличения давления в бурильной колонне на первой поверхности быстродействующего клапана, создавая под быстродействующим клапаном мгновенный поток текучей среды, уменьшающий усилие на буровом долоте, обеспечивая автоматическую промывку бурового долота и удаление отходов породы пласта, при этом дополнительно увеличивая скорость проходки.
10. Система по п.1, в которой приведение в действие быстродействующего клапана создает гладкий переход во время мгновенного увеличения давления, при этом исключая ударную нагрузку на буровое долото так, что буровое долото постоянно контактирует с пластом и защищает буровое долото от чрезмерного износа или повреждения.
11. Система по п.10, в которой износ бурового долота уменьшается вследствие самопромывки бурового долота так, что текучая среда смывает выбуренную породу, исключая необходимость повторного разрушения выбуренной породы во время бурения.
12. Система по п.1, которая используется с роторным бурением и/или объединяется с компоновками низа бурильной колонны с использованием забойных двигателей, турбобуров, управляемых роторных инструментов или других обычных бурильных инструментов.
13. Система по п.1, которая настроена для работы с любым рабочим циклом, частотой, продолжительностью импульса, временем нарастания импульса, длительностью среза импульса и/или амплитудой импульса.
14. Система по п.1, в которой использованы датчики в любом месте с возможностью навигации для обнаружения необходимости управления любым рабочим циклом, частотой, продолжительностью импульса, временем нарастания импульса, длительностью среза импульса и/или амплитудой импульса.
15. Система по п.14, в которой датчики являются устройствами измерения во время бурения.
16. Система по п.1, в которой оптимизирована скорость проходки на забое с использованием импульсного бурильного устройства и обеспечена возможность оператору принимать грамотные решения на поверхности с использованием оборудования на устье скважины, такого как ручные инструменты, компьютеры и компьютерное программное обеспечение для создания надлежащих и оптимальных настроек для осевой нагрузки на долото, частоты оборотов долота, расходов текучей среды и любых других регулируемых параметров.
17. Система по п.1, в которой скорость проходки на забое оптимизирована с использованием импульсного бурильного устройства и обеспечена возможность оператору принимать грамотные решения с использованием данных, переданных забойными датчиками, для создания надлежащих и оптимальных настроек для осевой нагрузки на долото, частоты оборотов долота, расходов текучей среды и любых других регулируемых параметров.
18. Управляемое импульсное бурильное устройство, содержащее клапан управления, сильфон клапана управления, скользящую камеру давления, быстродействующий клапан и направляющую, при этом быстродействующий клапан имеет верхний и нижний внутренние соединяющие поток каналы, обеспечивающие осевое перемещение быстродействующего клапана в текучей среде, и поток текучей среды ограничен клапаном управления с перенаправлением текучей среды в скользящую камеру давления для перемещения быстродействующего клапана на направляющей и ограничения потока текучей среды в бурильной колонне, результатом чего является мгновенное увеличение давления текучей среды на одной поверхности быстродействующего клапана в бурильной колонне, создающее первое однонаправленное осевое усилие, создающее импульс через импульсное бурильное устройство в бурильной колонне, приложенный непосредственно над компоновкой низа бурильной колонны.
19. Устройство по п.18, в котором указанный импульс вдавливает буровое долото в пласт, и клапан управления принимает второй сигнал для открытия быстродействующего клапана, при этом создавая второе однонаправленное осевое усилие с созданием импульса в направлении, противоположном направлению первого однонаправленного импульса при сбросе увеличенного давления, направляя текучую среду через буровое долото и обеспечивая промывку бурового долота от частиц выбуренной породы пласта.
20. Устройство по п.18, в котором номинальное давление текучей среды на клапане управления является единственной силой на единицу площади, которую необходимо преодолеть для перевода клапана управления из закрытого положения в открытое положение и создания импульса так, что давление, приложенное к клапану управления, быстро перемещает быстродействующий клапан, создавая при этом импульс в бурильной колонне.