ЗАБОЙНАЯ СЕКЦИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ БУРЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к буровой технике, а именно к устройствам для бурения наклонных и горизонтальных скважин.
Известна забойная компоновка для искривления ствола скважины [АС СССР 1709053, опубл. 30.01.92 ]. Забойная компоновка имеет две секции, связанные между собой шарниром или гибким элементом. Забойный двигатель с долотом размещены в нижней секции компоновки, состоящей из двух частей, расположенных под острым углом друг к другу. Верхняя секция выполнена из двух частей, между которыми расположены цилиндр со штоком и упругий децентратор, который связан с верхней секцией посредством винтового несамотормозящего соединения.
В качестве прототипа выбрана забойная компоновка фирмы Геобур [Патент РФ №2151258, опубл. 20.06.2000 г.] 3абойная компоновка включает забойный двигатель, содержащий шпиндель с осевой опорой, регулировочной втулкой и ниппелем. На валу шпинделя закреплено долото и вблизи последнего радиально-упорный подшипник. В осевой опоре шпинделя расположен предварительно напряженный усилием F упругий элемент. С ниппелем и невращающейся частью радиально-упорного подшипника своими концами связан децентратор, имеющий, по крайней мере, одну упругую планку, с радиальным размером, равным половине диаметра долота. В процессе бурения интенсивность искривления обеспечивается за счет создания осевой нагрузки на долото. При осевой нагрузке, превышающей усилие напряжения упругого элемента, ниппель сближается с радиально-упорным подшипником, деформируя упругую планку децентратора, которая, упираясь в стенку скважины, создает отклоняющее усилие на долото.
Прототип, как и другие конструкции для наклонных скважин, содержащих децентратор в качестве элемента, позволяющего изменить пространственную ориентацию породоразрушающего инструмента (долота) имеет сложную конструкцию с большим количеством деталей и переходников и шарнирных
соединений. Кроме того, такие конструкции позволяют изменить пространственную ориентацию долота на сравнительно небольшой угол (7-14°), при этом радиус искривления больше 10 м.
В основу полезной модели поставлена задача упрощения конструкции и создание забойной секции без шарнирных соединений. Кроме того, забойная секция должна позволять изменять угол наклона до 90° и иметь радиус искривления, сопоставимый с диаметром ствола скважины.
Поставленная задача решается двумя вариантами полезной модели.
В первом варианте забойная секция устройства для бурения имеет в своем составе трубчатый корпус и породоразрушающий инструмент. Новым в конструкции является то, что нижний конец трубчатого корпуса загнут, в корпусе дополнительно установлен трос, на нижнем конце которого закреплен породоразрушающий инструмент. Верхний конец троса закреплен на стержне, дополнительно установленном в корпусе и предназначенном для передачи тросу поступательного и вращательного движения во время бурения.
Во втором варианте забойная секция также имеет в своем составе трубчатый корпус и породоразрушающий инструмент. Новым в конструкции является то, что трубчатый корпус выполнен из материала, способного к упругому изгибу. В корпусе дополнительно установлен трос, на нижнем конце которого закреплен породоразрушающий инструмент. Верхний конец троса закреплен на средстве, обеспечивающем его вращательное движение. Трубчатый корпус выполнен с обеспечением возможности осуществления его поступательного перемещения в процессе бурения.
Оба варианта связаны единым замыслом, поскольку в качестве элемента привода породоразрушающего элемента используется гибкий и упругий трос.
Более подробно сущность полезной модели поясняется приведенными ниже примерами реализации и иллюстрируется чертежами, на которых схематично представлено: Фиг.1 - забойная секция по первому варианту. Фиг.2 - забойная секция по второму варианту. Фиг.3 - то же в динамике.
В первом варианте забойная секция имеет в своем составе трубчатый корпус 1, нижний конец которого загнут. Угол загиба определяется углом бурения и может составлять до 90°. Внутри трубчатого корпуса 1 имеется стержень 2 (шток),
верхним концом присоединенный к традиционным элементам привода (например, приводная штанга) устройства для бурения, обеспечивающим поступательное и вращательное движение стержня 2. На нижнем конце стержня 2 закреплен упругий трос 3, выполненный из стали, полимерного или композитного материала. На нижнем конце троса закреплен породоразрушающий инструмент 4, например долото. В процессе бурения трубчатый корпус, предварительно установленный в заданное положение, остается неподвижным, а поступательное и вращательное движение через стержень 2 и трос 3 передается долоту, которое, разрушая породу, выдвигается на заданное расстояние А.
Во втором варианте забойная секция имеет в своем составе трубчатый корпус 5, выполненный из материала, способного к упругому изгибу, например, из упругой стали, полимерного или композитного материала. В контексте данной полезной модели техническим эквивалентом является решение, в котором упругая гибкость трубчатого корпуса может достигаться не только свойствами материала, но и конструкцией трубчатого корпуса, например выполнением поперечных кольцевых гофров, и другими известными приемами.
Внутри корпуса 5 размещен трос 6, аналогичный описанному выше. На нижнем конце троса 6 закреплен породоразрушающий инструмент 7 (долото). Верхний конец троса 6 закреплен на средстве, обеспечивающем его вращательное движение, например, на концевике 8 приводной трубы 9.
На верхнем конце трубчатого корпуса 5 имеются упорные бурты 10, которыми через подшипники 11 корпус опирается на концевик 8. В процессе бурения вращательное движение долоту 7 передается через концевик и трос. При этом поступательное движение передается через упорные бурты 10 трубчатому корпусу, а следовательно, долоту. Таким образом, долото и трубчатый корпус осуществляют совместное поступательное движение. Поскольку и корпус и трос обладают упругостью и гибкостью, забойная секция может изменять направление бурения на необходимый угол, вплоть до 90°.
При перемещении вниз приводной трубы на расстояние А долото переместиться на такое же расстояние в наклонном или горизонтальном направлении. Угол наклона задается направляющими, установленными, например, на обсадной колонне.
Трубчатый корпус может быть снабжен любыми другими конструкционными средствами, которые позволяют осуществлять его поступательное перемещение в процессе бурения.
В обоих вариантах полезной модели трос выполняет функцию гибкого вала.
Бурение может осуществляться в наклонной или горизонтальной плоскости. При этом радиус искривления, сопоставим с диаметром ствола скважины.