Телескопическая бурильная труба

Полезная модель относится к конструкции буровой техники, а именно к бурильным трубам, предназначенной для вращательного бурения геологоразведочных и технических скважин.
Бурильные трубы (штанги) применяются для спуска в буровую скважину и подъема породоразрушающего инструмента, передачи вращения, создания осевой нагрузки на инструмент, подвода промывочной жидкости или сжатого воздуха к забою.
При бурении различных скважин широко применяются вращательный и ударно-вращательный (комбинированный) способы бурения. Наиболее эффективным из них, особенно в осложненных условиях криолитозоны, является комбинированный, ударно-вращательный способ бурения скважин.
Известны следующие виды бурильных труб для вращательного бурения – буровые штанги и келли-штанги (телескопические буровые трубы). При этом разница между ними заключается в следующем: буровые штанги составлены из отдельных бурильных труб одинакового диаметра. В процессе работы, по мере углубления скважины, бурильные трубы свинчивают в свечи по 2-3 трубы, которые соединяются между собой при помощи бурильных замков со специальной замковой резьбой. Телескопические буровые трубы используются при производстве работ так называемой келли-технологией, которая является одной из наиболее перспективных и высокоэффективных способов при бурении различных скважин по разным горно-геологическим условиям. Келли-технология проводится двумя или тремя многозвенными келли-штангами, состоящими из одной внешней штанги. В процессе работы вращающий момент и усилие подачи передаются от внешней штанги на внутренние штанги. При этом диаметр и глубина бурения скважины зависят от развиваемого вращателем крутящего момента, длины используемой келли-трубы и высоты мачты буровой установки.
Существуют две разновидности келли-штанг: фрикционного и блокирующегося типа. Фрикционного типа применяются при бурении в мягких и средних породах. Сила нажима на буровой инструмент передается в этом случае за счет силы трения между направляющими келли-штанги. Блокирующегося типа применяются при бурении в любых породах. При этом сила давления на буровой инструмент передается через специальные замки со вставками из твердого металла.
Известны буровые штанги для бурильных машин ударно-вращательного действия (см. RU № 2375142, кл. B21K 21/00, E21B 17/00, опубл. 10.12.2009; RU №2312967, кл. E21B17/00, опубл. 20.12.2007), включающие толстостенные трубы заданных длин, имеющие внутренний канал для потока очистного агента, и компоненты с наружной и внутренней резьбой, для соединения между собой. Недостатками подобных штанг являются быстрое изнашивание и снижение надежности устройств в местах резьбового соединения в результате постоянного воздействия ударной мощности в процессе бурения. Кроме того, буровые работы с применением штанг известной конструкции характерны трудоемкостью процесса спускоподъемных операций (СПО), т.к. при этом необходимо каждый раз соединять или разъединять буровые штанги, зачастую в ручном режиме.
Известны устройства телескопических бурильных труб (см. SU №1587167, кл. Е21В17/07, опубл. 23.08.1990; RU №149819, кл. Е21В17/07, опубл. 20.01.2015; RU №2260666, кл. Е21В17/07, опубл. 20.09.2005), включающие наружную, промежуточные и внутреннюю секции труб, выполненные с возможностью смещения относительно друг друга, и узлы фиксации секций относительно одна другой, отличающиеся, главным образом, замками соединения секций труб и способами выполнения спускоподъемных операций.
Однако, известные телескопические бурильные трубы не могут быть использованы для бурения геологоразведочных скважин с применением пневмоударных механизмов, т.к. не приспособлены для подвода рабочего агента (сжатого воздуха или инертного газа) к пневмоударному устройству.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности буровых работ при использовании телескопических бурильных труб.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в устройстве телескопической трубы, позволяющей использовать пневмоударные механизмы, чем достигается повышение производительности, снижение энергоемкости работ, увеличение скорости проходки при бурении скважин.
Для решения поставленной задачи телескопическая бурильная труба с пневмоударником, представленная, по меньшей мере, двумя ведущими штангами, выполненными с возможностью смещения относительно друг друга и снабженными средствами для передачи крутящего момента на смежную ведущую штангу, отличается тем, что для сжатия и подачи рабочего агента (сжатого воздуха или инертного газа) к пневмоударному устройству на забое скважины содержит внутреннюю гибкую трубу высокого давления, выполненную по типу, например, колтюбинговой установки с катушкой и компрессорным оборудованием для сжатия и перемещения рабочего агента (например, компрессор, генератор и др.), соединяемой с хвостовиком бурильной трубы посредством герметичного поворотного соединения, например, типа вертлюги.
Технический результат, получаемый при использовании телескопической бурильной трубы выражается в повышении эффективности бурения скважины по крепким, валунистым породам, в том числе, в условиях криолитозоны, с использованием пневмоударника. Кроме того, при использовании келли-технологии, благодаря плавным переходам внутренних штанг к внешним при бурении геологоразведочных скважин минимизируются возможные потери выбуренной породы с бурового снаряда при подъемных операциях, что позволяет сохранить представительность отбираемой пробы.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков заявляемой полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, обеспечивает доставку рабочего агента через внутреннюю гибкую трубу к пневмоударному устройству, в результате чего достигается эффективность разрушения породы на забое скважины.
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, ускорение проходки скважин при использовании телескопических буровых труб с сохранением представительности отбираемой пробы продуктивного пласта.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где на фигуре схематически показана общая схема телескопической бурильной трубы с внутренней трубой заявляемой конструкции.
Принцип действия данной телескопической бурильной трубы основано на традиционной технологии келли-штанги блокирующего типа.
Процесс работы заключается в следующем: вращающий момент и усилие подачи передаются от внешней штанги 5 на внутренние штанги 3,4, при котором сила давления на буровой инструмент передается через специальные замковые соединения буровых штанг со вставками из твердого металла. При этом диаметр и глубина бурения скважины зависят от развиваемого вращателем 8 крутящего момента, длины используемой келли-трубы и высоты мачты буровой установки.
o
Пневмоударный буровой снаряд с породоразрушающим инструментом соединяется с хвостовиком 1 с амортизатором 2, в качестве которого для уменьшения вибрации и ударных нагрузок на келли-трубы может быть использовано, например, резиновое уплотнение или пружинный механизм. Осевое давление Р на всю колонну труб подается через каретки 7 буровой установки.
В процессе бурения, когда начинается углубка скважины, в определенный момент, верхний упор замкового соединения внутренней штанги 4 входит в контакт с ведущим захватом внешней трубы 5 и накладывается на него сверху. При дальнейшем углублении, выдвигаются только внутренние штанги до тех пор, пока предпоследняя внутренняя штанга 4 не упрется замком на нижнем конце самой наружной штанги 5. Так продолжается до полного телескопического выдвижения буровой колонны.
По мере углубления скважины при встрече породоразрушающего инструмента с крупными валунами, когда появляется необходимость бурения ударно-вращательным способом, подключается пневмоударное устройство посредством включения компрессора для нагнетания и подачи рабочего агента по внутренней гибкой трубе высокого давления 6, которая разматывается из катушки 9 буровой установки. Гибкая труба 6 соединена с хвостовиком бурильной трубы посредством герметичного поворотного соединения 10. При подъеме телескопической бурильной трубы внутренняя гибкая труба 6 обратно наматывается на катушку 9.
После того, как породоразрушающий инструмент преодолеет крупные валуны, компрессор выключается и процесс бурения продолжается традиционным вращательным способом.
Преимущества использования в производстве заявляемого устройства:
- пневмоударный буровой снаряд с породоразрушающим инструментом намного повышает эффективность проходки по мерзлым валунно-галечниковым отложениям, что характерно в условиях криолитозоны;
- за счет использования сжатого воздуха, достигается снижение себестоимости 1 м проходки скважины и расширяются возможности использования устройства в труднодоступных районах;
- повышается качество отбираемой пробы;
- устройство может заменить существующую технологию разведки россыпных месторождений полезных ископаемых, при этом достигается повышение производительности труда.