БУРОВОЙ СНАРЯД ДЛЯ БУРЕНИЯ С ОДНОВРЕМЕННОЙ ОБСАДКОЙ

Полезная модель относится к горному делу и строительству и может применяться при бурении вертикальных, наклонных и вертикально-горизонтальных геолого-разведочных, водозаборных и гидродобычных скважин, а также для проходки буро-набивных свай в рыхлых, неустойчивых, склонных к обрушению, а также обводненных и плывучих горных породах с одновременным креплением их обсадными трубами.
Известно устройство (Патент РФ №1680924,от 30.09.91, Бюл. №36, Е21В 7/28, 7/20) для бурения скважин с одновременной обсадкой, включающее обсадную колонну, корпус, долото, прикрепленное к нижнему концу корпуса, породоразрушающий инструмент, прикрепленный к боковой поверхности корпуса, и наклонный направляющий элемент, расположенный над породоразрушающим инструментом и прикрепленный к корпусу.
Недостатком данного устройства является то, что его конструктивные особенности, а именно: наличие перекоса забойной компоновки, неравномерное разрушение горной породы на забое скважины, способствуют неуправляемому и интенсивному ее искривлению, что приводит к осложнениям при бурении.
Известна также «Раздвижная буровая коронка» (Патент РФ №86646, МПК Е21В 7/20), состоящая из цилиндрического хвостовика, головы, армированной твердосплавными вставками, которые установлены с возможностью перемещения в направляющих пазах, выполненных в голове, при этом стенки направляющих пазов не параллельны друг другу. В цилиндрическом хвостовике и голове выполнены каналы, а на наружной боковой поверхности головы - продольные открытые каналы. Недостатком предлагаемой модели является то, что в процессе пневмоударного бурения допускается прямой контакт выступов выдвижных вкладышей с башмаком («краем») обсадной колонны, именуемый «взаимодействие». Такое «взаимодействие» может привести к аварии. Кроме того, применение такой коронки для установки обсадной колонны весьма ограниченно - в основном в необводненных и очень крепких породах (условие эффективной работы пневмоударника).
Известно устройство (Патент РФ №2262578, 20.10.2005, Е21В 7/20) для бурения скважин в неустойчивых и разрушенных горных породах с одновременной обсадкой, состоящее из бурильной и обсадной колонн, башмака с центратором, породоразрушающего элемента, направляющего элемента и отклонителя с подводящими каналами. Направляющий элемент выполнен с эксцентричным поперечным пазом прямоугольной формы, нижняя часть которого на величину эксцентриситета выполнена с конусностью, равной конусности хвостовика отклонителя. Отклонитель размещен в эксцентричном поперечном пазу направляющего элемента с возможностью осевого и горизонтального смещения. При этом ось подводящего канала отклонителя для подачи очистного агента на забой скважины расположена под углом к его оси и оси скважины. При бурении долото расположено эксцентрично относительно оси скважины, поэтому, когда оно вращается вокруг своей оси и по кругу вокруг оси скважины, создается выработка, по диаметру большая, чем наружный диаметр обсадной колонны. Существенным недостатком данного устройства является то, что «эластичная втулка» не может обеспечить герметизацию соединения хвостовика и нижней части направляющего элемента, т.к.: если она изготовлена из металла (согласно эскизу), то она разрушится в месте изгиба из-за постоянных и интенсивных колебаний и вибрации хвостовика в нижней части направляющего элемента. В этом случае нарушение герметизации в нагнетательной магистрали, частью которой является упомянутое соединение, приведет к аварии с прихватом долота. Кроме этого, на представленном эскизе не изображен канал отвода промывочной жидкости от долота на дневную поверхность, т.е не указан зазор между обсадной колонной и стенкой скважины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является «Буровой снаряд» (Патент РФ №1362811, 30.12.87. Бюл. №48, МПК Е21В 7/2), содержащий бурильную колонну с вставным породоразрушающим наконечником, обсадную колонну с породоразрушающим башмаком, имеющим внутренние направляющие и упорные выступы для взаимодействия с вставным породоразрушающим наконечником, и соединение верхних концов бурильной и обсадной колонн. Недостатком прототипа является сложность замены раздвижных резцов, т.к они закреплены на двойной бурильной колонне, извлечение которой, по сравнению с одинарной колонной, сопряжено с технической сложностью процесса и большими затратами труда и времени. Кроме того, раздвижные резцы, закрепленные на наконечнике с помощью осей, не зафиксированы от выворота их из внутренних направляющих, а при бурении это не исключено, поэтому в местах кратковременного выхода резцов из внутренних направляющих сила сопротивления породы резанию действует на их излом, что в конечном счете может привести к их поломке.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание надежного и высокопроизводительного бурового снаряда для бурения с одновременной обсадкой вертикальных, наклонных и вертикально-горизонтальных скважин в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях.
Технический результат - повышение надежности и производительности буро-расширяющего узла (БРУ) бурового снаряда для бурения с одновременной обсадкой скважин различного назначения, его конструктивное упрощение.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном буровом снаряде для бурения с одновременной обсадкой, включающем бурильную колонну с буро-расширяющим узлом (БРУ) с раздвижными резцами, обсадную колонну с башмаком, соединительный узел верхних концов бурильной и обсадной колонн, особенность заключается в том, что БРУ содержит подпружиненный подвижный плунжер, выполненный с возможностью заглубления раздвижных резцов при их спуске и подъеме в прорези, проделанные в средней его части и сориентированные с ними с помощью шпонки и паза, фиксации раздвижных резцов в рабочем положении во время их выхода из башмака обсадной колонны за счет его цельной верхней части и сброса промывочной жидкости в межтрубное пространство, через сливные отверстия при совмещении их со сливными отверстиями в корпусе БРУ, а также долото для бурения опережающей пилот-скважины, при этом верхние концы бурильной и обсадной колонн соединяют на резьбах с вертлюгом-сальником.
Включение в конструкцию БРУ подпружиненного плунжера и долота позволяет снизить нагрузку на раздвижные резцы, увеличить срок их эксплуатации и устанавливать раздвижные резцы в необходимом положении, исходя из условий работы.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволит установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Определение из отобранных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна».
Заявляемый буровой снаряд поясняется чертежом, где на Фиг.№ 1 изображена нижняя часть бурового снаряда: бурильная колонна с БРУ, где раздвижные резцы в рабочем положении и обсадная колонна с башмаком.
Нижняя часть бурового снаряда состоит из: бурильной колонны (Поз. 1), корпуса БРУ (Поз. 2) с проточкой и отверстиями (Поз. 21), пазом (Поз. 24), подпружиненного подвижного плунжера (Поз. 3) с проточкой (Поз. 19), прорезями (Поз. 17), седлом (Поз. 18), сливными отверстиями (Поз. 20); пружины (Поз. 4) плунжера; раздвижных резцов в количестве 4 шт. (Поз. 5), осей резцов (Поз. 6), штифтов (Поз. 7) в количестве 2 шт., пружин (Поз. 8) штифтов, винтов (Поз. 9) штифтов; переводника (Поз. 10) долота, долота (Поз. 11); шарикового клапана (Поз. 12); центратора (Поз. 13) бурильной колонны; обсадной колонны (Поз. 14); муфты (Поз. 15), башмака (Поз. 16), упорного кольца (Поз. 22) и направляющей шпонки (Поз. 23).
Предлагаемый Буровой снаряд работает следующим образом. Над обсадной колонной (Поз. 14) с муфтой (Поз. 15), удерживаемой на роторе или трубодержателе (не показан на чертеже), подвешивают на лебедке буро-расширяющий узел (БРУ), надавливают патрубком на подпружиненный плунжер (Поз.3) и перемещают его вниз. Конструктивно прорези плунжера (Поз. 17) сориентированы с помощью шпонки (Поз. 23) и паза (Поз. 24) с раздвижными резцами (Поз. 5) таким образом, что при надавливании на плунжер прорези (Поз. 17) оказываются под основаниями раздвижных резцов (Поз. 5), чтобы они вошли в обсадную колонну (Поз. 14) вместе с БРУ, при этом раздвижные резцы скользят по внутренней стенке обсадной колонны до выхода из башмака, после чего пружину плунжера разжимают и его нижнюю цельную часть заводят под основания резцов, за счет чего они раскрываются и фиксируются в рабочем положении. Затем верхние концы бурильной (Поз. 1) и обсадной (Поз. 14) колонн - присоединяют на резьбах к вертлюгу-сальнику, что позволяет вращаться бурильной колонне относительно обсадной. Далее подают промывочную жидкость через бурильную колонну и межтрубное пространство, образованное обсадной и бурильной колоннами через штуцер, расположенный в корпусе вертлюга сальника. Расположенное на конце БРУ долото бурит опережающую пилот-скважину, а раздвижные резцы расширяют ее для прохождения обсадной колонны, при этом промывочная жидкость по межтрубному пространству предотвращает попадание разбуренных частиц породы в пространство между бурильной и обсадной колоннами. Обсадная колонна перемещается вслед за бурильной. После заглубления колонн в скважину производят их наращивание. Для этого их верхние концы отсоединяют от вертлюга сальника, соединяют с наращиваемыми колоннами и снова соединяют с вертлюгом-сальником.
Для замены долота и раздвижных резцов бурильную колонну с БРУ извлекают из оставшейся в скважине обсадной колонны. Для этого внутрь бурильной колонны бросают шарик (Поз. 12), который потоком промывочной жидкости доставляют до седла (Поз. 18) плунжера и перемещают его (плунжер) до того момента, пока штифты (Поз. 7) не зафиксируют его за проточку (Поз. 19), а его прорези (Поз. 17) не окажутся под основаниями раздвижных резцов (Поз. 5) для фиксации их в рабочем положении. В это время сливные отверстия (Поз. 20) плунжера устанавливаются напротив проточки с отверстиями (Поз. 21) корпуса БРУ и промывочная жидкость резко сбрасывается через них в межтрубное пространство, а ее давление в основной нагнетательной магистрали падает, что является сигналом для подъема бурильной колонны с БРУ и центратором на поверхность. Во время подъема бурильной колонны с БРУ раздвижные резцы упираются в башмак (Поз. 16) и, под его воздействием, заглубляются в прорези (Поз. 17) плунжера, а промывочная жидкость сливается из бурильной колонны через сливные отверстия (Поз. 20) плунжера и отверстия с проточкой (Поз. 21) корпуса БРУ. На поверхности отсоединяют БРУ от бурильной колонны, из седла плунжера извлекают шарик и разблокируют плунжер. После замены долота и раздвижных резцов для продолжения бурения БРУ вновь опускают в обсадную колонну (описано выше).