Башмак прорабатывающий
REAMING SHOE

Изобретение относится к области строительства скважин и предназначено для оборудования низа обсадной колонны с целью направления ее по стволу скважины с возможностью проработки нестабильных участков ствола с зонами осыпаний и обвалов горных пород.
Известно устройство очистки и промывки скважины с механическим преобразованием поступательного перемещения во вращательное движение (патент RU № 2701401, МПК Е21В 37/00, опубл. 26.09.2019 г., бюл. № 27), содержащее переводник для соединения с колонной труб, выполненный с проходным отверстием, корпус, жестко связанный с переводником, мандрель с винтовыми пазами и продольным отверстием, транспортировочный винт, очищающий инструмент с продольным отверстием. В корпусе, выполненном с предохранительным кольцом, установлен полый поршень с отверстиями и размещена мандрель с винтовыми пазами, жестко соединенная с переводником. Полый поршень имеет возможность фиксирования в исходное положение от осевого перемещения транспортировочным винтом, полый поршень взаимодействует с мандрелью посредством шариков, имеющих возможность размещения внутри винтовых пазов мандрели и отверстий полого поршня и зафиксированных вставками со стороны полого поршня, причем каждый винтовой паз в поперечном сечении имеет радиусную форму и равен радиусу шарика, а каждое отверстие полого поршня равно диаметру шарика, кроме того, мандрель образует с полым поршнем внутреннюю полость, герметично защищенную уплотнениями, при этом очищающий инструмент жестко соединен с полым поршнем и имеет возможность преобразования возвратно-поступательного перемещения при спуске в скважину во вращательное движение, за счет движения шариков в винтовых пазах, и обеспечения многофункциональности, а промывочная жидкость имеет возможность как прямой, так и обратной подачи через проходное отверстие переводника и продольные отверстия мандрели и очищающего инструмента в совокупности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является башмак прорабатывающий (патент RU № 184027, МПК Е21В 37/00, опубл. 12.10.2018 г., бюл. № 29), содержащий переводник, соединенный с помощью муфты со спиральной мандрелью, имеющей, по меньшей мере, один винтовой паз, и оправку, с одной стороны которой расположен буровой башмак, а с другой - патрубок с, по меньшей мере, одним штифтом. Оправка установлена подвижно на спиральную мандрель внутри корпуса, жестко связанного с переводником, штифт располагается в пазу. Форма винтового паза в поперечном сечении имеет форму трапеции с расширением к продольной оси башмака, а штифт имеет ступенчатую цилиндрическую форму с коническим переходом. Дно паза имеет дугообразную форму.
Недостатками этих устройств являются:
- большой рабочий ход бурового башмака может привести к аварийной ситуации, связанной с потерей герметичности резьбовых соединений обсадных труб, нерассчитанных на многократные возвратно-поступательные движения с большим ходом;
- большая габаритная длина мандрели и других деталей, подлежащих разбуриванию, приводит к временным и материальным затратам при разбуривании;
- многоэлементная конструкция подвержена зашламовыванию при работе, так как отсутствует обратный клапан, кроме того, сложная в изготовлении.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются создание надежной и простой конструкции башмака прорабатывающего, обеспечивающего проработку зон осыпаний при спуске колонны с минимальными нагрузками на резьбовые соединения обсадных труб, а также сокращение времени разбуривания башмака за счет уменьшения его длины и сокращения количества деталей, кроме того, наличие обратного клапана исключает попадание внутрь колонны шлама при промывке и цемента при цементировании колонны.
Технические задачи решаются башмаком прорабатывающим, включающим разбуриваемую мандрель с проходным каналом и винтовыми пазами, штифты, установленные подвижно в пазы мандрели, корпус.
Новым является то, что штифты жестко установлены в нижней части корпуса, вооруженный башмак, снабженный лопастями и промывочными отверстиями, жестко соединён снизу с мандрелью, снабженной в верхней части гидравлической насадкой, корпус в средней части снабжен радиальными отверстиями, а в верхней части - клапаном в проходном канале и гидравлической насадкой с седлом, при этом вооруженный башмак, гидравлические насадки и клапан выполнены из легкоразбуриваемого материла, а площади сечений гидравлических насадок и радиальных отверстий корпуса подобраны таким образом, чтобы при создании определенного расхода жидкости и осевой нагрузки на вооруженный башмак он создавал поступательно-вращательное движение вниз.
На фиг. 1 показан башмак прорабатывающий, в верхнем положении башмака с частичным разрезом.
На фиг. 2 показан башмак прорабатывающий, в нижнем положении башмака с частичным разрезом.
Башмак прорабатывающий (фиг. 1), включает разбуриваемую мандрель 1 с проходным каналом 2 и винтовыми пазами 3. Штифты 4 установленные жестко в нижней части корпуса 5 и подвижно в пазы 3 мандрели 1. Вооруженный башмак 6, снабженный лопастями 7 и промывочными отверстиями 8, жестко соединён снизу с мандрелью 1. В верхней части мандрель 1 снабжена гидравлической насадкой 9. Корпус 5 в средней части снабжен радиальными отверстиями 10. В верхней части корпус 5 снабжен клапаном 11 в проходном канале 12 и гидравлической насадкой 13 с седлом 14. Вооруженный башмак 6, гидравлические насадки 9, 13 и клапан 11 выполнены из легкоразбуриваемого материала. Площади сечений гидравлических насадок 9, 13 и радиальных отверстий 10 корпуса 5 подобраны таким образом, чтобы при создании определенного расхода жидкости и осевой нагрузки на вооруженный башмак 6 он создавал поступательно – вращательное движение вниз прорабатывая места осыпаний и обвалов горных пород (на фиг. не показаны).
Башмак прорабатывающий работает следующим образом.
Башмак прорабатывающий соединяют с колонной обсадных труб (на фиг. не показана) по внутренней резьбе 15 на корпусе 5 и спускают в скважину (фиг. 2). По достижении осложненных осыпаниями мест, ограничивающих дальнейший спуск, создают осевую нагрузку, например, 1-5 т, на вооруженный башмак 6, снабженный лопастями 7 и промывочными отверстиями 8 и жестко соединённый снизу с мандрелью 1, при этом, вооруженный башмак 6 принимает верхнее положение (фиг. 1). После чего создают определенный расход жидкости через насадку 13 (например, диаметром 25-30 мм), проходной канал 12 (фиг. 2). При этом за счет сужения на насадке 9 (например, диаметром 15-20 мм) создается перепад давления, создающий осевую нагрузку на мандрель 1, снабженную винтовыми пазами 3, взаимодействующими с штифтами 4 корпуса 5, которая выдвигаясь вниз совершает поступательно-вращательное движение вооруженного башмака 6. При этом, вооруженный башмак 6, воздействуя лопастями 7 на шлам, разбуривает его и вымывает промывочной жидкостью, поступающей через отверстия 8. По достижении нижнего положения мандрели 1 с башмаком 6 происходит быстрое стравливание давления через отверстия 10 (например, диаметром 40 мм). При этом после разбуривания определенного количества шлама происходит подача колонны вниз до создания очередной осевой нагрузки, например, 1-5 т, и закрытия боковых отверстий 10. Насадка 13 ограничивает расход поступления жидкости, воздействующей на насадку 9 мандрели 1, благодаря чему для создания очередного перепада давления для воздействия на мандрель 1 требуется определенное время, что создает условия для цикличной работы устройства. Благодаря малому ходу устройства и созданию небольших осевых усилий резьбовые соединения обсадной колонны не испытывают больших нагрузок и остаются герметичными. Таким образом производят очистку мест сужений с одновременным спуском обсадной колонны. По достижении проектной глубины спуска производят промывку скважины, при этом мандрель 1 с вооруженным башмаком 6 находятся в нижнем положении и отверстия 10 открыты. После чего производят цементирование обсадной колонны закачкой цементного раствора через отверстия 10. После закачки необходимого объема цементного раствора оставляют скважину на ОЗЦ, при этом, благодаря клапану 11, прижатому к  седлу 14, цементный раствор не выдавливается в колонну обсадных труб. По окончании ОЗЦ производят разбуривание насадок 9, 13 клапана 11, мандрели 1 и вооруженного башмака 6, выполненных из легкоразбуриваемого материала, например, чугуна. Благодаря малой длине мандрели 1, вооруженного башмака 6 и большому проходному каналу 2 значительно сокращается время разбуривания.
Предлагаемый башмак прорабатывающий является надежной и простой конструкцией, обеспечивающей проработку зон осыпаний при спуске колонны с минимальными нагрузками на резьбовые соединения обсадных труб, происходит сокращение времени разбуривания башмака за счет уменьшения длины и сокращения количества деталей, кроме того наличие клапана исключает попадание внутрь колонны шлама при промывке и цемента при цементировании колонны.