УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННО-ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МНОГОСТВОЛЬНЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к устройствам бурения скважин и предназначено для бурения наклонно-горизонтальных многоствольных скважин на продуктивные горизонты многопластовых месторождений твердых полезных ископаемых с последующей добычей твердых полезных ископаемых из тонких некондиционных пластов методом скважинной технологии.
Известны конструкции устройств для бурения наклонно-горизонтальных скважин, решающие задачу создания универсальных устройств, способных работать как в грунтах с с обычными характеристиками, так и в грунтах с каменистыми, кусковыми включениями.
Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННО-ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН (№2298631 МПК E2IB 7/28, E21B 7/04, E02F 5/18), формирующее скважину с надежным закреплением ее стенок и обеспечивающее ускорение темпов проходки скважины и вывод из скважины грунта совместно с буровыми растворами или водой при отказе от использования буровых растворов. Данное устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин включает буровое долото, корпус которого снабжен высокопрочными резцами и узлом соединения с бурильными трубами. Корпус бурового долота выполнен пустотелым и снабжен отверстиями. С корпусом жестко соединена труба, торцы которой снабжены кольцеобразными перегородками, а внутри трубы размещены мелющие тела, выполненные в виде шаров или стержней. При этом корпус бурового долота может быть выполнен в виде усеченного конуса, полусферы, полуэллипсоида или эллиптического параболоида или из стержневых элементов, соединенных кольцеобразными ребрами жесткости.
Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННЫХ СТВОЛОВ СКВАЖИНЫ (№2372467 МПК E21B 7/04, E21B 17/10), предназначенное обеспечивать бурение наклонных скважин с большими углами искривления, преимущественно с малыми радиальными параметрами ствола скважины, что обеспечивается уменьшением крутящего момента на бурильных трубах в момент прохождения компоновки по искривленному участку скважины. Данное устройство включает корпус-опору, узел уплотнения, маслонаполненную полость, радиальные и осевые подшипники, соединительные элементы. При этом корпус-опора выполнен неподвижным, Т-образной формы, в корпусе-опоре имеется вал, соединенный с бурильными трубами или режущим инструментом через соединительные элементы замковой резьбой, между корпусом-опорой, по обе стороны от его вертикальной составляющей и соединительным элементом имеется корпус размещения набора уплотнителей, корпус-опора и корпус размещения уплотнителей жестко соединены, набор уплотнителей выполнен из терморасширенного графита в виде колец, он размещен параллельно оси вала в корпусе размещения уплотнителей с переменной плотностью, уменьшающейся к средней части набора, набор с корпусом жестко закреплен резьбовой втулкой, внешние поверхности корпуса-опоры и корпуса размещения набора уплотнителей образуют рабочую поверхность устройства, на внешней поверхности горизонтальной составляющей корпуса-опоры размещен элемент в виде кольца или колец с пальцеобразными радиальными поверхностями или сквозными вырезами соответственно, направленными в шахматном порядке навстречу друг другу, кольцо или кольца закреплены на корпусе-опоре в двухступенчатой кольцевой проточке по типу ласточкина хвоста, между поверхностью корпуса-опоры и элементом в виде кольца или колец имеется полость, в маслонаполненных полостях размещены попарно и симметрично относительно друг друга осевые упорные роликовые и радиальные игольчатые подшипники качения, закрепленные фиксатором в виде гайки с одной и опорным буртиком на валу с другой стороны, на внешних торцевых поверхностях соединительного элемента и корпуса размещения набора уплотнителей имеется кольцевой паз, в котором установлена плавающая втулка в виде кольца с цанговыми пружинящими выступами и с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является Устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин (№2244795, МПК7 E21B 7/08), включающее два корпуса, расположенные между бурильными трубами и породоразрушающим элементом, узел изменения угла бурения, установленный между корпусами, отличающееся тем, что корпуса расположены с зазором друг относительно друга и соединены между собой подвижно посредством узла изменения угла бурения, который выполнен в виде втулки, внутри которой размещена резиновая втулка, проходящая через внутренние полости корпусов, при этом резиновая втулка снабжена уплотнительным элементом и элементами для исключения ее деформации, а величина зазора выбрана из условия обеспечения бурения по расчетной траектории, обеспечивающей выход из наклонного участка в горизонтальный.
Недостатком данного устройства является ограничение эксплуатационных возможностей, так как, во-первых, оно не позволяет осуществлять устойчивое выполаживание наклонного участка скважины по короткой дуге в горизонтальный участок при прохождении горных пород с различной категорией прочности. Во-вторых, одновременное прижатое расположение корпуса устройства и долота к нижней части наклонного участка скважины создает предпосылки выбуривания долотом каверны в нижней части скважины, что отрицательно сказывается на выполнении задачи выполаживания наклонного участка в горизонтальный участок скважины.
Задачей предлагаемого устройства является устранение указанных недостатков при осуществлении бурения по короткой дуге из наклонного участка скважины в горизонтальный участок продуктивного пласта.
Технический результат заключается в повышении прочностных характеристик узлов устройства, и в достижении расчетной траектории дугообразного участка скважины.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для бурения наклонно-горизонтальной многоствольной скважины, включающем - нижний и верхний корпусы, расположенные между бурильными трубами и породоразрушающим элементом; - узел изменения угла бурения, установленный между корпусами и выполненный в виде втулки со стопором; - при этом корпусы соединены между собой подвижно посредством узла изменения угла бурения, согласно заявляемому решению, - дополнительно содержит средний корпус; - корпусы расположены с зазором друг относительно друга; - величина зазора между корпусами выбрана из условия обеспечения бурения по расчетной траектории, обеспечивающей выход из наклонного участка в горизонтальный, - нижний и верхний корпусы оборудованы центраторами, размещенными в их нижней части; - центраторы выполнены с возможностью фиксации нижнего и верхнего корпусов в верхнем направлении под углом к нижней части наклонного участка скважины, а среднего корпуса - в направлении вниз; - средний корпус расположен по отношению к нижнему корпусу с возможностью прижатия верхней части нижнего корпуса к нижней части наклонного участка скважины. При этом для подачи промывочной жидкости из бурильных труб к породоразрушающему элементу внутри втулки размещен резиновый шланг высокого давления, проходящий через внутренние полости корпусов. Породоразрушающий элемент выполнен в виде долота шаровидной формы.
Полезная модель поясняется чертежом, где позициями обозначены:
1 - верхний корпус,
2 - средний корпус,
3 - нижний корпус,
4 - стопор,
5 - втулка,
6 - резиновый шланг высокого давления,
7 - долото,
8 - ствол наклонного участка скважины,
9 - забой наклонного участка скважины,
10 - трубы бурильные,
11 - центратор,
12 - профиль короткой дуги ствола скважины,
13 - упоры торцевые.
Устройство включает в себя три корпуса, расположенные между бурильными трубами и породоразрушающим элементом, выполненным в виде шаровидного долота. При этом верхний 1 и нижний 3 корпусы оборудованы центраторами 11. Центраторы выполнены сферообразной формы в количестве пяти или шести (в зависимости от диаметра корпуса) элементов и приварены в нижней части верхнего и нижнего корпусов по внешнему периметру на расстоянии от нижнего торца корпуса, составляющем 1/10 часть всей длины корпуса 1 и 3. Между корпусами установлены узлы изменения угла бурения, выполненные в виде подвижных втулок 5 и стопоров 4. Внутри втулок 5 размещен резиновый шланг 6 высокого давления для подачи промывочной буровой жидкости от бурильных труб 10 к шаровидному долоту 7. Корпусы соединены между собой подвижно посредством узлов изменения угла бурения и расположены с зазором относительно друг друга, при этом величина зазора между корпусами выбрана из условия обеспечения бурения по расчетной траектории.
Преимущество и оригинальность заявляемого технического решения заключается в том, что устройство включает в себя три корпуса, из которых верхний и нижний оборудованы центраторами, которые, за счет упора в стенку нижней части скважины, при вращении бурильных труб и долота постоянно удерживают эти корпусы под углом к нижней плоскости наклонного участка скважины и направляют вверх шаровое долото, исключая какие-либо провалы вниз. За счет этого обеспечивается выход из наклонного участка в горизонтальный участок скважины.
Устройство для бурения наклонно-горизонтальных многоствольных скважин состоит из трех разъемных подвижных корпусов - верхнего 1, среднего 2 и нижнего 3. Верхний 1 корпус соединен с бурильными трубами 10. Средний 2 корпус соединен с верхним 1 и нижним 3 корпусами посредством подвижных втулок 5 и восьми стопоров 4. Каждые два стопора 4 соосно расположены в верхнем 1, среднем 2 и нижнем 3 корпусах. Плоскости этих пар стопоров расположены по отношению друг к другу под углом 90°. В теле корпусов 1, 2, 3 стопоры 4 закреплены неподвижно. Втулки 5 выполнены подвижными с возможностью совершать колебательные движения вокруг стопоров 4.
Корпус 1, корпус 2 и корпус 3 расположены с зазорами относительно друг друга, которые позволяют создавать соответствующий угол наклона для бурения по расчетной траектории выравниваемого наклонного участка в горизонтальный участок скважины в конкретном геологическом разрезе в породах с различными прочностными характеристиками - в мягких, средних и твердых.
Для расчета величины зазора между всеми тремя корпусами может быть использовано следующее соотношение:
С=2D Sinα/2,
где: D - диаметр корпуса, α - максимальный угол между корпусами в момент соприкосновения торцевых частей корпусов, который равен центральному углу правильного многоугольника, описанного радиусом R окружности, по траектории которой происходит выполаживание наклонного участка в горизонтальный участок скважины.
При этом α=360°:n, где n - количество сторон описанного радиусом окружности правильного многоугольника и равно сумме длин нижнего корпуса и долота 7. Выбранная расчетная величина угла обеспечивается упором 13 торцов каждого корпуса друг в друга.
Устройство для бурения наклонно-горизонтальных многоствольных скважин работает следующим образом.
Вращение бурильных труб осуществляется за счет верхнего привода вертлюга вращателя. Через бурильные трубы энергия вращения передается на стопоры 4 и втулки 5.
Подвижные втулки 5 совершают свободные колебательные движения вокруг стопоров 4 в границах внутренней полости верхнего 1 корпуса, среднего 2 корпуса и нижнего 3 корпуса. Через стопоры 4 и втулки 5 передается вращение от верхнего привода через бурильные трубы 10 к шарообразному долоту 7 под расчетным углом а.
Для осуществления подачи промывной жидкости через бурильные трубы 10 к шарообразному долоту 7 и далее для очистки забоя внутри корпусов 1, 2 и 3 и втулок 5 вставляется резиновый шланг 6 высокого давления. Фиксация расчетной величины угла α отклонения происходит за счет упоров 13 торцов каждого корпуса.
В процессе спуска устройства на бурильных трубах 10 по стенке ствола 8 наклонного участка скважины устройство подводят к забою 9 наклонного участка скважины под углом, равным углу подъема вверх двух корпусов - верхнего 1 и нижнего 3 - и углу наклона вниз среднего корпуса 2. Такое расположение корпусов устройств позволяет постоянно прижимать верхнюю часть нижнего 3 корпуса к нижней части стенки скважины, одновременно задирая вверх нижнюю часть нижнего 3 корпуса вместе с шаровым долотом 7. Это позволяет в процессе бурения по короткой дуге осуществлять выход из наклонного участка в продуктивный горизонт независимо от чередования горных пород с различными прочностными характеристиками. Происходит выполаживание наклонного участка в сторону горизонта на соответствующую расчетную величину угла α, исключающее размыв каверны в нижней части наклонного участка скважины.
Таким образом, азимут задан наклонным участком и сохраняется при входе в горизонт продуктивного пласта.