RU2030555C1

RU2030555C1 - Method for drilling and lining the wellbore and device for its realization

Info

Publication number: RU2030555C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Коваленко
Original assignee: Владимир Иванович Коваленко
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: well drilling and lining. SUBSTANCE: method includes lowering of drilling tool down to bottom hole, well drilling, supply of grouting material through drill pipe string and formation of lining. Lining is alternated with drilling. Drilling is effected by means of folding rock cutting tool. After drilling, tool is lifted to wellhead through drill pipe string. Drill pipe string is preliminarily filled with fluid. Then, drilling mud is supplied to drill pipe string-wellbore annulus. Density of mud exceeds that of fluid. Grouting material is used in form of thermoplastic material which is melted on bottom hole. Well lining is formed with similar flow area through well depth. Device for realization of method includes drill string, retrievable lining unit and rock cutting tool. It is made in form of cylinder with recesses on inner side surface and axial channel which is closed with spring-loaded valve. Device has bit-reamer made in form of at least three folding roller bits, one of which is rigidly connected with rod located under ball valve. Two other roller bits are installed for motion along axis of cylinder over its recesses. Attachment unit has heating chamber with electric heating elements. Attachment unit also has limiter of upward motion and is made in form of rod with electromagnetic drive. Cables are found on outer surface of drill string. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к горной технике в частности к способам бурения и крепления ствола скважины. The invention relates to mining equipment, in particular to methods of drilling and fastening a wellbore.

Известно вставное долото для бурения ствола скважины [1]. Known insert bit for drilling a wellbore [1].

Недостаток его в высокой себестоимости работ. Its disadvantage is the high cost of work.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ бурения и крепления ствола скважины, включающий доставку бурильного инструмента на забой, бурение скважины, крепление скважины подачей тампонажного материала по колонне бурильных труб, формирование крепи скважины [2] . Недостатком способа является высокая себестоимость работ. Необходимый технический результат достигается тем, что по способу бурения и крепления ствола скважины, включающем доставку бурильного инструмента на забой, бурение скважины, крепление скважины подачей тампонажного материала по колонне бурильных труб, формирование крепи скважины, что крепление скважины чередуют с ее бурением, которое осуществляют с применением складывающегося породоразрушающего инструмента и расширением ствола скважины до конечной ее глубины, а после бурения инструмент транспортируют на устье по колонне бурильных труб, предварительно заполняя ее флюидом с последующей подачей бурового раствора в заколонное пространство, причем плотность раствора превышает плотность флюида, а в качестве тампонажного материала применяют термопластичный материал, который расплавляют на забое, причем крепь скважины формируют с одинаковым проходным сечением по всей глубине скважины. The closest in technical essence to the proposed one is a method of drilling and securing a wellbore, including delivering a drilling tool to the bottom, drilling a well, securing a well by supplying grouting material through a drill pipe string, forming a well support [2]. The disadvantage of this method is the high cost of work. The required technical result is achieved by the fact that according to the method of drilling and securing the wellbore, including delivering the drilling tool to the bottom, drilling the well, securing the well by supplying grouting material along the drill pipe string, forming the well support that alternate the well fixing with its drilling, which is carried out with the use of a folding rock cutting tool and the expansion of the wellbore to its final depth, and after drilling, the tool is transported to the mouth along the drill string K, previously filling it with fluid and then supplying the drilling fluid in the annulus, wherein the solution density exceeds the density of the fluid, and as the plugging material used is a thermoplastic material which is molten at the bottom, the borehole lining is formed with the same flow area over the entire depth of the well.

Наиболее близким решением по устройству является устройство для бурения и крепления ствола скважины, включающее бурильную колонну, породоразрушающий инструмент, извлекаемый узел крепления ствола скважины. Недостатком устройства является невысокая надежность его работы. The closest solution to the device is a device for drilling and securing a wellbore, including a drill string, rock cutting tool, a retrievable site for attaching a wellbore. The disadvantage of this device is the low reliability of its operation.

Необходимый технический результат по устройству достигается тем, что в устройстве на бурение и крепление ствола скважины, включающем бурильную колонну, породоразрушающий инструмент, извлекаемый узел крепления ствола скважины, породоразрушающий инструмент выполнен в виде цилиндра с пазами на внутренней боковой поверхности, фиксатором в верхней части, осевым каналом, перекрытым подпружиненным шаровым клапаном, подпружиненным штоком, помещенным под шаровым клапаном и долотом-расширителем в виде не менее трех складывающихся шарошек, одна из которых жестко связана со штоком, а две других установлены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра по его пазам, при этом узел крепления выполнен с камерой нагрева и помещенных в ней электронагревательных элементов, ограничителя верхнего перемещения в виде штока с электромагнитным приводом и канала передачи энергии в виде кабелей, помещенных на наружной поверхности бурильных труб. The required technical result for the device is achieved by the fact that in the device for drilling and fastening a wellbore, including a drill string, a rock cutting tool, a removable mounting unit for the wellbore, the rock cutting tool is made in the form of a cylinder with grooves on the inner side surface, a retainer in the upper part, axial a channel blocked by a spring-loaded ball valve, a spring-loaded rod placed under the ball valve and a reamer bit in the form of at least three folding cones, one and of which it is rigidly connected with the rod, and the other two are installed with the possibility of moving along the axis of the cylinder along its grooves, while the mount is made with a heating chamber and electric heating elements placed in it, an upper limiter in the form of a rod with an electromagnetic drive and an energy transfer channel in the form of cables placed on the outer surface of the drill pipe.

На фиг. 1 показано устройство для бурения в транспортном положении; на фиг. 2 - устройство для бурения в узле крепления; на фиг.3 - устройство для бурения, закрепленное в рабочем положении; на фиг.4 - узел I переключения в первом положении на фиг.1; на фиг.5 - сечение по А-А устройства для бурения на фиг. 3; на фиг.6 - сечение по Б-Б устройства для бурения на фиг.3; на фиг.7 - устройство для крепления ствола скважины в момент подачи раствора в заколонное пространство и подъема поршня; на фиг.8 - гидромеханический замок крышки устройства для крепления ствола скважин, узел III на фиг.7; на фиг. 9 - сечение по Д-Д устройства для крепления ствола скважины на фиг.7; на фиг. 10 - сечение по Г-Г устройства крепления ствола скважины на фиг.7; на фиг.11 - разрез по В-В на фиг.4; на фиг.12 - узел IV на фиг.7; на фиг.13 - узел II на фиг.1; на фиг.14 - узел V на фиг.7. In FIG. 1 shows a device for drilling in a transport position; in FIG. 2 - a device for drilling in the mount; figure 3 - device for drilling, mounted in a working position; figure 4 - node I switch in the first position in figure 1; in Fig.5 is a section along aa of the device for drilling in Figs. 3; figure 6 is a section along BB of the device for drilling in figure 3; Fig.7 - a device for mounting a wellbore at the time of filing the solution in the annulus and lifting the piston; on Fig - hydromechanical lock of the cover of the device for mounting the wellbore, node III in Fig.7; in FIG. 9 is a section along the DD of the device for attaching the wellbore in Fig.7; in FIG. 10 is a cross-section along G-G of the device for attaching the wellbore in Fig.7; figure 11 is a section along bb in figure 4; in Fig.12 - node IV in Fig.7; in Fig.13 - node II in Fig.1; in Fig.14 - node V in Fig.7.

Устройство для осуществления способа включает в себя узел крепления, состоящий из корпуса 1, навинченного на нижнюю секцию колонны бурильных труб, на внутренней поверхности которого выполнен паз 2, представляющий собой канавку прямоугольного профиля, в верхней части корпуса 1, выполненную в виде спирали для гарантированного попадания пальца 3, подпружиненного пружиной 4 в паз 2. Верхний торец ее выполнен с конусным выходом для выхода пальца 3 из паза 2, в корпусе имеется паз 5 вышеуказанного профиля, служащий для выхода пальца 3 из паза 2 при подъеме устройства для бурения, паз 6 служит для поворота устройства для бурения при установке его в рабочее положение, в пазах 5 и 6 имеются подпружиненные пластины 7, пропускающие палец 3 только вверх и служащие для управления движением пальца 3. Пазы 5 и 6 в нижней части переходят в узел переключения (фиг.4), включающий в себя укрепленный на оси с возможностью поворота рычаг 8, состоящий из трех пластин и пружины 9, фиксирующий рычаг в двух положениях, а также канавки 10 (фиг. 4, фиг.11), выполненные в виде уступов с одной стороны с плавным выходом с другой для предотвращения движения подпружиненного пальца 3 в обратном направлении. Корпус 1 имеет в нижней части прорези для выхода лап 17 шарошек 11, 12, 13, устройство для ограничения движения устройств вверх, включающие в себя электромагнит 14, шток 15 с пружиной 16 (фиг.14); на уступе для ограничения движения устройств вниз - шлицевые канавки для захода шлицов устройства для крепления ствола скважины. A device for implementing the method includes a mounting unit, consisting of a housing 1 screwed onto the lower section of the drill pipe string, on the inner surface of which a groove 2 is made, which is a groove of a rectangular profile, in the upper part of the housing 1, made in the form of a spiral for a guaranteed hit finger 3, spring-loaded spring 4 into the groove 2. Its upper end is made with a conical exit to exit the finger 3 from the groove 2, in the housing there is a groove 5 of the above profile, which serves to exit the finger 3 from the groove 2 when when the drilling device is removed, groove 6 serves to rotate the drilling device when it is installed in the working position, in the grooves 5 and 6 there are spring-loaded plates 7 that let finger 3 only go up and serve to control the movement of finger 3. Grooves 5 and 6 at the bottom pass into the switching unit (Fig. 4), including a lever 8 mounted on a pivotable axis, consisting of three plates and a spring 9, fixing the lever in two positions, as well as grooves 10 (Fig. 4, 11), made in the form of ledges on the one hand with a smooth exit on the other to prevent the movement of the spring finger 3 in the opposite direction. The housing 1 has in the lower part of the slot for the exit of the paws 17 of the cones 11, 12, 13, a device for restricting the movement of devices up, including an electromagnet 14, a rod 15 with a spring 16 (Fig.14); on the ledge to limit the movement of the devices down - spline grooves for the entry of the slots of the device for mounting the wellbore.

Узел крепления лап 17 шарошек (фиг.6) расположен в нижней части корпуса 1 и включает в себя шток 18, соединенный с пружинной диафрагмой 19, без возможности взаимного движения, полости 20, заполненные маслом, соединенные между собой каналами. Устройство для бурения (фиг.1,2,3) включает в себя поршень 21, в котором находится палец 3 с пружиной 4, клапан, состоящий из шарика 22 и пружины 23, которая установлена на оси 24, закрепленной на поршне 21 без возможности взаимного перемещения, три шарошки 11, 12, 13, закрепленные на лапах 17, которые крепятся с возможностью вращения на осях 25, при этом ось шарошки 11 установлена в поршне 21 без возможности перемещения вдоль оси поршня 21, а оси 25 шарошек 12 и 13 установлены в пазах с возможностью перемещения вдоль оси поршня 21, но без возможности вращения, ось шарошки 13 подпружинена пружинами 26, а ось шарошки 12 - пружинами 27, лапы шарошек и оси 25 соединяется пружинами 28 (фиг.13), которые разворачивают шарошки в рабочее положение при выходе шарошек из узла крепления устройства. The mounting unit of the legs 17 of the cones (Fig.6) is located in the lower part of the housing 1 and includes a rod 18 connected to the spring diaphragm 19, without the possibility of mutual movement, cavities 20 filled with oil, interconnected by channels. The drilling device (FIGS. 1,2,3) includes a piston 21, in which there is a finger 3 with a spring 4, a valve consisting of a ball 22 and a spring 23, which is mounted on an axis 24 mounted on the piston 21 without the possibility of mutual movement, three cones 11, 12, 13, mounted on the legs 17, which are mounted for rotation on the axes 25, while the axis of the cone 11 is installed in the piston 21 without the possibility of movement along the axis of the piston 21, and the axis 25 of the cones 12 and 13 are installed in grooves with the ability to move along the axis of the piston 21, but without the possibility of rotation, the axis of the ball shki 13 biased by springs 26, and the cone axis 12 - spring 27, the legs cones 25 axis and is connected by springs 28 (Figure 13) that deflect the cutter in operative position at the outlet of the cutters assembly mounting apparatus.

Устройство для крепления ствола скважины включает в себя корпус 29, поршень 30, с подпружиненной крышкой 31, электронагревательные элементы 32, энергия к которым подводится по кабелям 33, в нижней части корпуса 29 перед затирочным узлом 35, установлены датчики давления 36 и температуры 37. Затирочный узел 34 включает в себя лопатки 38, установленные под углом к оси устройства на поршнях 39, подпружиненных пружиной 40, толкатель 41, рычаги 42, установленные с возможностью вращения на оси 43, гидромеханический замок, установленный в поршне 30 и включающий в себя шток 44, подпружиненный пружиной 45, рычаг 47, подпружиненный пружиной 48, фиксатор 49, подпружиненный пружиной 50, шток 51, подпружиненный пружиной 52, в поршне 30 выполнены каналы 46 и 53. The device for mounting the wellbore includes a housing 29, a piston 30, with a spring-loaded cover 31, electric heating elements 32, the energy of which is supplied via cables 33, in the lower part of the housing 29 in front of the trowel assembly 35, pressure sensors 36 and temperature 37 are installed. Trowel the assembly 34 includes vanes 38 mounted at an angle to the axis of the device on pistons 39 spring-loaded with a spring 40, a pusher 41, levers 42 mounted for rotation on the axis 43, a hydromechanical lock mounted in the piston 30 and including I have a rod 44, spring-loaded with a spring 45, a lever 47, spring-loaded with a spring 48, a latch 49, spring-loaded with a spring 50, a rod 51, spring-loaded with a spring 52, channels 46 and 53 are made in the piston 30.

Устройство для бурения и крепления ствола скважины работает следующим образом. Устройство для бурения опускается в колонну бурильных труб, заполненную буровым раствором, при достижении им спирального паза 2 в корпусе 1 палец 3 под действием пружины 4 перемещается, заходит в паз 2, достигает узла переключения, производит давление на правую пластину рычага 8, переводит его во второе положение, фиксируемое пружиной 9 и попадает в канавку 10, фиксируется в ней, при этом шарошки 11, 12, 13 под действием пружин 28 поворачиваются, занимая положение, показанное на фиг.2, буровой раствор подается в заколонное пространство, устройство для бурения, приподнимается вверх, палец 3 движется в пазу 6, достигает пластины 7, проходит ее, поднимая, пластина 7 под действием пружины возвращается в исходное положение, лапы 17 шарошек заходят в пазы, расположенные в нижней части корпуса 1, устройство для бурения опускается до забоя, шарошки 11, 12, 13 принимают положение, изображенное на фиг.3, буровой раствор подается в колонну труб, проходит через клапан, отжимая подпружиненный пружиной 23, шарик 22. Лапы 17 шарошек 11, 12, 13 производят давление на штоки 18, соединенные с пружинными диафрагмами 19, при этом жидкость, заполняющая полости 20, например масло, передает давление на боковые диафрагмы, соединенные с зажимами, которые зажимают лапы 17 шарошек 11, 12, 13, после окончания процесса бурения, колонна труб приподнимается над забоем, подача бурового раствора прекращается, устройство для бурения опускается вниз под действием пружин 26, 27, устройство принимает положение, изображенное на фиг.2, при этом палец 3 опускается вниз, заходя в паз 2, поворачивая при этом устройство для бурения, заходит в узел переключения (рычаг 8 находится во втором положении), проходит его, переводит рычаг 8 в первое положение, заходит в канавку 10 паза 5, колонну бурильных труб заполняют веществом, удельный вес которого меньше удельного веса бурового раствора н.п. водой, буровой раствор подается в заколонное пространство, устройство для бурения поднимается вверх, при этом лапы крепления шарошек поворачиваются, упираясь в нижней торец корпуса 1 и принимают положение изображенное на фиг.1. После извлечения устройства для бурения в колонну бурильных труб опускается устройство для крепления ствола скважины, ориентация которого производится аналогично, палец 3 заходит в пазы 2, шлицы корпуса 29 заходят в шлицевые пазы корпуса 1, палец 15, под действием электромагнита 14, управление которым производится с поверхности, перемещается влево, фиксируя положение устройства для крепления ствола скважины, буровой раствор подается в заколонное пространство, поршень 30, находящийся внизу, поднимается, при достижении верхнего положения, подпружиненный палец 44 перемещается вправо, заходя в отверстие в корпусе 29, фиксируя положение поршня 30; при этом раствор, заходя в канал 53, производит давление на шток 51, подпружиненный пружиной 52, перемещает его вправо, предоставляя возможность движения вниз рычагу 47, подпружиненного пружиной 48, который при этом открывает крышку 31, после чего производится доставка материала для крепления, например: композитные материалы, сплавы черных или цветных металлов, через колонну бурильных труб, вместе с буровым раствором в камеру нагрева, снабженную электронагревательными элементами 32, энергия к которым подается по кабелям 33, после доставки необходимого количества материала, подача бурового раствора прекращается, крышка 31 под действием пружины, закрывается, рычаг 47 поднимается, открывая канал 46, начинается нагрев материала крепления, после полного расплавления его, буровой раствор подается в колонну труб, который через канал 46 производит давление на подпружиненный пружиной 45 шток 44, который, смещаясь влево, выходит из отверстия корпуса 29, освобождая путь поршню 30 вниз, расплавленный материал для крепления под воздействием поршня выдавливается через сопла 35 и попадает на лопатки 38 затирочного узла 34, при этом устройство для крепления вращается вместе с колонной бурильных труб, крутящий момент передается через шлицевые соединения, формируя обсадный ствол, колонна труб поднимается и производится соединение обсадного ствола с выполненным ранее, лопатки 38 затирочного узла 34, закрепленные на поршнях 39, подпружиненные пружиной 40 раздвигаются под действием толкателя 41, воспринимающего давление расплавленного материала для крепления; после прекращения подачи раствора, пружина 40 сжимает через рычаги 42 поршни 39 с укрепленными на них лопатками 38, контроль за креплением осуществляется с помощью датчика давления 35 и датчика температуры 37. После формирования участка ствола скважины, шток 15 электромагнита 14 перемещают вправо, в колонну труб подается вещество с удельным весом меньшим, чем удельный вес раствора, н.п. воду, в заколонное пространство подается буровой раствор и устройство для крепления ствола скважины поднимается на поверхность. A device for drilling and mounting a wellbore operates as follows. The drilling device is lowered into the drill pipe string filled with drilling fluid, when it reaches the spiral groove 2 in the housing 1, the finger 3 moves under the action of the spring 4, enters the groove 2, reaches the switching unit, presses the right plate of the lever 8, translates it into the second position, fixed by the spring 9 and enters the groove 10, is fixed in it, while the cones 11, 12, 13 under the action of the springs 28 are rotated, occupying the position shown in figure 2, the drilling fluid is fed into the annulus, the device for drilling, rises, finger 3 moves into the groove 6, reaches the plate 7, passes it, lifting, the plate 7 under the action of the spring returns to its original position, the legs 17 of the cones go into the grooves located in the lower part of the housing 1, the device for drilling drops to face, cones 11, 12, 13 take the position shown in figure 3, the drilling fluid is fed into the pipe string, passes through the valve, squeezing the ball 22 spring-loaded spring 22. The cones 17, cones 11, 12, 13 put pressure on the rods 18, connected to the spring diaphragms 19, at m the fluid filling the cavities 20, for example, oil, transfers pressure to the lateral diaphragms connected to the clamps that clamp the legs 17 of the cones 11, 12, 13, after the drilling process is over, the pipe string rises above the bottom, the flow of drilling fluid is stopped, the drilling device falls down under the action of springs 26, 27, the device takes the position shown in figure 2, while the finger 3 falls down, going into the groove 2, while turning the device for drilling, enters the switching unit (lever 8 is in the second position i) passes it, puts the lever 8 in the first position, goes into the groove 10 of the groove 5, the drill pipe string is filled with a substance whose specific gravity is less than the specific gravity of the drilling fluid n.p. water, the drilling fluid is fed into the annulus, the device for drilling rises up, while the mounting legs of the cones rotate, abutting against the lower end of the housing 1 and take the position shown in figure 1. After removing the device for drilling into the drill pipe string, the device for fastening the wellbore is lowered, the orientation of which is done in the same way, finger 3 goes into grooves 2, slots of body 29 go into slotted grooves of body 1, finger 15, under the influence of electromagnet 14, which is controlled with surface, moves to the left, fixing the position of the device for mounting the wellbore, the drilling fluid is fed into the annulus, the piston 30, located below, rises, when it reaches the upper position, sub springing finger 44 moves to the right, going into the hole in the housing 29, fixing the position of the piston 30; while the solution, entering the channel 53, exerts pressure on the rod 51, spring-loaded with a spring 52, moves it to the right, allowing movement downward to the lever 47, spring-loaded with a spring 48, which opens the cover 31, after which the material for fastening is delivered, for example : composite materials, alloys of ferrous or non-ferrous metals, through a drill pipe string, together with drilling fluid, into a heating chamber equipped with electric heating elements 32, the energy of which is supplied via cables 33, after delivery of a sufficient amount of material, the flow of drilling fluid is stopped, the cover 31 under the action of a spring is closed, the lever 47 rises, opening the channel 46, the fastening material begins to heat up, after it is completely melted, the drilling fluid is fed into the pipe string, which exerts pressure on the spring-loaded channel 46 spring 45, the rod 44, which, shifting to the left, leaves the bore of the housing 29, freeing the piston 30 down, the molten material for mounting under the influence of the piston is extruded through the nozzle 35 and falls on the blades 38 s the attaching unit 34, while the mounting device rotates together with the drill pipe string, the torque is transmitted through the splined joints to form the casing, the pipe string rises and the casing is connected to the previously made casing blades 38 mounted on the pistons 39, spring-loaded spring 40 is moved apart under the action of the pusher 41, which perceives the pressure of the molten material for fastening; after stopping the flow of the solution, the spring 40 compresses through the levers 42 the pistons 39 with the blades 38 fixed on them, the fastening is controlled by the pressure sensor 35 and the temperature sensor 37. After the formation of the borehole section, the rod 15 of the electromagnet 14 is moved to the right, into the pipe string a substance with a specific gravity less than the specific gravity of the solution, n.p. water, drilling fluid is supplied into the annulus and the device for attaching the wellbore rises to the surface.

Claims

METHOD OF DRILLING AND FASTENING OF THE BORELINE AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION.

1. A method of drilling and securing a wellbore, including delivering a drilling tool to the bottom, drilling a well, securing a well by supplying grouting material through a drill string, forming a well support, characterized in that the well is alternated with drilling, which is carried out using a folding rock cutting tool the tool and expanding the wellbore to its final depth, and after drilling, the rock cutting tool is transported to the mouth along the drill pipe string, previously its complete fluid, followed by feeding the mud into the annulus, the mud density is greater than the density of the fluid, and as the plugging material used is a thermoplastic material which is molten at the bottom, the borehole lining is formed with the same flow area over the entire depth of the well.

2. A device for drilling and securing a wellbore, including a drill string, a rock cutting tool and an extractable mounting unit for a wellbore, characterized in that the rock cutting tool is made in the form of a cylinder with grooves on the inner side surface, a latch in the upper part, an axial channel blocked by a spring loaded a ball valve, a spring-loaded rod, placed under the ball valve and the reamer bit in the form of at least three folding cones, one of which is rigidly connected to the rod, and two others The others are installed with the possibility of moving along the axis of the cylinder along its grooves, while the mounting unit is made with a heating chamber and electric heating elements placed in it, an upper limiter in the form of a rod with an electromagnetic drive and an energy transfer channel in the form of cables placed on the outer surface of the drill pipes .