Устройство для бурения на обсадной колонне
CASING STRING DRILLING DEVICE

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для бурения на обсадной колонне.
Известен буровой снаряд для бурения с одновременной обсадкой (патент RU № 166522, МПК Е21В 7/20, опубл. 27.11.2016 г., бюл. № 33), включающий бурильную колонну, буро-расширяющий узел (БРУ) с раздвижными резцами, обсадную колонну с башмаком, соединительный узел верхних концов бурильной и обсадной колонн, при этом 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.
Недостатками данной конструкции являются:
- большое количество сопрягаемых деталей и сложный процесс работы, что уменьшает надежность в процессе эксплуатации;
- бурение только с применением ротора, не позволяющее использовать забойный двигатель, что тоже уменьшает надежность работы узлов в процессе бурения;
- сложный механизм складывания резцов расширителя, что может затруднить процесс работы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной (патент RU № 2663856, МПК Е21В 7/20, Е21В 7/28, опубл. 10.08.2018 г., бюл. № 22), включающий обсадную колонну с башмаком, вставленный в обсадную колонну переходник бурового инструмента, плунжер с верхней проточкой, вставленный в переходник с возможностью ограниченного упором перемещения вниз в транспортное положение с возможностью совмещения верхней проточки с подвижными шпонками. Плунжер относительно переходника и башмака зафиксирован в верхнем рабочем положении срезными элементами. Внутренний диаметр башмака изготовлен меньше внутреннего диаметра обсадной колонны, но больше наружного диаметра бурового инструмента. Башмак оснащен окнами, расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник - отверстиями, совмещенными в рабочем положении с окнами башмака. В отверстия и окна вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника благодаря ограничителям шпонки, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером. Переходник ниже упора оснащен проточками под ловильный инструмент, оснащенный расширением, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером и переводом его в транспортное положение. Шпонки сверху и снизу снабжены фасками под соответствующие наклонные поверхности окон башмака.
Недостатками устройства являются:
- высокая вероятность заклинивания устройства из-за шламования отверстий с окнами и подвижных шпонок, которые могут заклинить в рабочем состоянии, как следствие, создание аварийной ситуации;
- невозможность работы устройства в горизонтальных скважинах, так как подвижные шпонки, находящиеся в нижней части, не переместятся в транспортное положение, как следствие, произойдет заклинивание устройства и создание аварийной ситуации;
- соединение ловильного инструмента с устройством посредством фиксации стопорных колец не выдержит нагрузок, если при извлечении устройства произойдет небольшой прихват его в обсадной колонне.
Технической задачей предлагаемого устройства является создание устройства для бурения на обсадной колонне надежного в работе, позволяющего исключить попадание шлама внутрь устройства, заклинивание устройства в горизонтальной скважине за счет принудительного возврата подвижных шпонок в транспортное положение за счет натяжения ловильной колонны, а так же повысить надежность при извлечении устройства из скважины за счет применения стандартной замковой резьбы для соединения с ловильной колонной.
Техническая задача решается устройством для бурения на обсадной колонне, включающим обсадную колонну с башмаком, оснащённым окнами, расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, переходник бурового инструмента оснащенный отверстиями, совмещенными в рабочем положении с окнами башмака, при этом в отверстия и окна вставлены с возможностью перемещения внутрь подвижные шпонки, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером, плунжер вставлен в переходник с возможностью ограниченного перемещения в транспортное положение и зафиксирован относительно переходника в рабочем положении срезными элементами, внутренний диаметр башмака изготовлен меньше внутреннего диаметра обсадной колонны, но больше наружного диаметра бурового инструмента.
Новым является то, что башмак снабжен втулкой, выполненной в виде центратора и перекрывающей окна башмака и подвижные шпонки, выполненные с возможностью перемещения внутрь заподлицо наружной поверхности переходника и снабженные наклонными пазами типа «ласточкин хвост», взаимодействующими с ответными наклонными пазами плунжера, кроме того в нижней части переходник снабжен седлом под шар, а в верхней части - резьбовой втулкой, ограничивающей перемещение плунжера вверх, и гидрокамерой, сообщенной отверстием с центральным каналом плунжера, при этом плунжер в верхней части оснащен замковой резьбой для соединения с ловильной колонной с возможностью перевода плунжера в верхнее транспортное положение при натяжении ловильной колонны.
На фиг. 1 показано устройство с осевым продольным разрезом в рабочем положении.
На фиг. 2 - устройство с осевым продольным разрезом в транспортном положении.
Устройство для бурения на обсадной колонне включает обсадную колонну 1 с башмаком 2, оснащённым окнами 3, расположенными на одном уровне и равномерно по периметру. Переходник 4 бурового инструмента, оснащенный отверстиями 5, совмещенными в рабочем положении с окнами 3 башмака 2. В отверстия 5 и окна 3 вставлены с возможностью перемещения внутрь подвижные шпонки 6, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером 7. Плунжер 7 вставлен в переходник 4 с возможностью ограниченного перемещения в транспортное положение и относительно переходника 4 зафиксирован в рабочем положении срезными элементами 8. Внутренний диаметр башмака 2 изготовлен меньше внутреннего диаметра обсадной колонны 1, но больше наружного диаметра бурового инструмента 9. Башмак 2 снабжен втулкой 10, выполненной в виде центратора и перекрывающей окна 3 башмака и подвижные шпонки 6, защищая их от шлама. Подвижные шпонки 6 выполнены с возможностью перемещения внутрь заподлицо с наружной поверхностью переходника 4 и снабжены наклонными пазами 11 типа «ласточкин хвост», взаимодействующими с ответными наклонными пазами 12 плунжера 7. В нижней части переходник 4 снабжен седлом 13 под шар 14. В верхней части переходник 4 снабжен резьбовой втулкой 15, ограничивающей перемещение плунжера 7 вверх, и гидрокамерой 16, сообщенной отверстием 17 с центральным каналом 18 плунжера 7. Плунжер 7 в верхней части оснащен замковой резьбой 19 для соединения с ловильной колонной 20 с возможностью перевода плунжера 7 в верхнее транспортное положение при натяжении ловильной колонны 20.
Устройство работает следующим образом.
Собирают компоновку для бурения в следующей последовательности: буровой инструмент 9 (фиг. 1), включающий долото, расширитель, затем устройство в сборе, далее обсадная колонна 1. При необходимости между устройством и расширителем устанавливают забойный двигатель и телесистему (на фиг. не показаны), затем соединительный узел и далее обсадная колонна 1. Башмак 2, оснащённый окнами 3, и переходник 4 бурового инструмента оснащенный отверстиями 5, зафиксированы подвижными шпонками 6, подпираемыми в рабочем положении изнутри плунжером 7. В процессе бурения с вращением при прокачивании промывочной жидкости буровым насосом через колонну обсадных труб 1 начинает работать забойный двигатель, режущие элементы бурового инструмента 9 выходят в рабочее положение, и начинается процесс бурения с одновременным расширением. При необходимости, вместо забойного двигателя для вращения бурового инструмента 9 возможно применение устьевого ротора (на фиг. не показан). В рабочем положении подвижные шпонки 6 воспринимают передаваемую на буровой инструмент 9 осевую нагрузку и удерживают крутящий момент, передаваемый устьевым ротором или забойным двигателем бурового инструмента 9, который создается во время его работы. Благодаря тому, что башмак 2 снабжен втулкой 10, выполненной в виде центратора и перекрывающей окна 3 башмака и подвижные шпонки 6, шлам не затирается в окна 3 и отверстия 5. Таким образом производят бурение до заданного интервала с одновременным спуском и установкой обсадной колонны 1. По достижении проектного забоя в колонну обсадных труб спускают ловильную колонну 20, которая состоит их стандартных бурильных труб (фиг. 2). Вращением вправо ловильную колонну свинчивают с плунжером 7. Перед подъемом ловильной колонны с устройством бросают шар 14, который промывкой жидкости сажают в седло 13. Создают натяжение ловильной колонны с одновременным перепадом давления. При этом через отверстие 17 в гидрокамере 16 перепад жидкости, срезая элемент 8 ,двигает плунжер 7 с ловильной колонной 20 вверх, при этом шпонки 6 по пазам 11 типа «ласточкин хвост» принудительно принимают транспортное положение заподлицо с переходником 4, на устье происходит снижение натяжения ловильной колонны 20. Благодаря тому, что подвижные шпонки 6 снабжены наклонными пазами 11 типа «ласточкин хвост», взаимодействующими с ответными наклонными пазами 12 плунжера 7 при применении устройства в горизонтальных скважинах происходит гарантированное разъединение и извлечение переходника 4 со шпонками 6, плунжером 7, забойным двигателем, телесистемой (на фиг. не показаны) и буровым инструментом 9 от башмака 2 на ловильной колонне 20. Благодаря тому, что для соединения ловильной колонны 20 с устройством применена стандартная замковая резьба 19, если при извлечении устройства произойдет небольшой прихват его в обсадной колонне, ловильная колонна 20 с замковой резьбой 19 выдержит нагрузки, возникающие при извлечении устройства.
Устройство для бурения на обсадной колонне надежно в работе, позволяет исключить попадание шлама внутрь устройства и заклинивание устройства горизонтальной скважине за счет принудительного возврата подвижных шпонок в транспортное положение за счет натяжения ловильной колонны и применения гидрокамеры, а также повысить надежность при извлечении устройства из скважины за счет применения стандартной замковой резьбы для соединения с ловильной колонной.