RU6017U1 - Устройство для ударного бурения скважин - Google Patents

Abstract

1. Устройство для ударного бурения скважин, включающее полую буровую колонну из соединенных между собой труб с закрепленным в ее нижней части породоразрушающим наконечником и ударник, отличающееся тем, что буровая колонна с закрепленным породоразрушающим наконечником выполнена герметичной относительно стенок скважины и заполнена жидкостью, а расположенный внутри колонны ударник выполнен в виде средства создания импульсного давления на жидкость и породоразрушающий наконечник, причем буровая колонна является одновременно эксплуатационной колонной.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде механического генератора импульсного давления, например плиты.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде ультразвукового излучателя.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде электрогидроимульсного генератора.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде взрывоударного устройства с периодической доставкой взрывчатых веществ на определенную глубину внутри колонны.6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что ударник размещается в любой части колонны по всей ее длине.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что буровая колонна заполнена жидкостью в виде воды, масла или жидкого солевого раствора.8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что породоразрушающий наконечник выполнен в виде конуса из твердосплавного материала, например победита или вольфрамокобальтового сплава.9. Устройство по пп.1 и 8, отличающееся тем, что породоразрушающий наконечник выполнен со смещением оси относительно оси буровой колонны.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАРНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖН

Полезная модель относится к устройствам ударного бурения, включая забойные ударные устройства, и может быть использовано при ударном бурении скважин без выемки грунта.

Известные усройства для ударного и ударно-вращателького бурения скважин 2,31 традиционно включают буровую колонпу с закрепленными в ее нижней части породоразрушающим наконечником)- и ударные бурильные устройства - ударники различHiiix типов . В этих устройствахбурения ударники вовдействуют непосредственно на породоразрушающий наконечник. Известные устройства {.2,31 ударного бурения, кроме того, содержат устройства подачи промывочной жидкости и выемки размытого грунта на поверхность, для чего буровая колонна в ее нижней части снабжена перфораторами). При этом традиционный процесс бурения 2,3 требует установки обсадных труб для укрепления стенок скважины при извлечении труб буровой колонны.

Основная цель современных устройств бурения - высокая производительность (скорость) бурения, и это стремление к высокой производительности в ряде случаев достигается за счет усложнения и удорожания техники и технологии бурения,а .е в ущерб экологии, особенно при морском бурении.

ШК 6 Е21В1/00, 4/06, 7/30.

Известное устройство для ударного бурения П, принятое за прототип содержит, как и ряд аналогов, полую буровую колонну из соединенных между собой труб) с закрепленным в ое нижней части породоразрушающим наконечником, ударник) и устройство подачи промывочной жидкости через перфораторы, размещенные в нижней части колонны.

Однако, как. и для ряда аналогов, при эксплуатации известного устойства 11 ударного бурения возникает практичеок,оо противоречие между необходшостью высокопроизводительного (высокоскоростного) бурения и экологичиостью процесса. Кроме того, недостатками прототипа являются сложность и, соответственно, высокая стоимость, поскольку устройство требует извлечения буровых труб, установку обсадных труб, установку устройств промывания и выноса породы. При морском бурении такое устройство требует точной стабилизации морской платформы и не позволяет при бурении соблюдать необходимую экологическую чистоту.

Ряд недостатков прототипа может быть устранен путем создания предлагаемого устройства, в котором рационально оптимизирован критерий эффективности, включающий сово1 пность количественных (производительность), качественных (включая Э1эдлогические) и экономи 1еских показателей).

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в совдшп и такого устройства для ударного бурения, которое при относительной простоте и невысокой стоимости позволяло бы с достаточной эффективностью осуществлять бурение без выноса породы, пе нарушая экологического равновесия.

- 2 сжодотичности при упрощении устройства и его работы за счет ис1слючения необходимости замены буровой колонны на эксплуатационную. Предложенное устройство пе требует замены труб и укрепления стенок скважины обсадными трубами,а, кроме того, лает воэможность осуществлять процесс бурения без промывочных устройств и выноса породы, т.е. позволяет сделать проп,есс бурения экологически чистым, более простым и дешевым.

Технический результат достигается за счет того,что в устройстве для ударного бурения сква})жн, в1И1ючающем полую буровую колонну ив соединенных между собой труб с за1фепленным в ее нижней части породоразрушаюш м наконечником и ударник, буровая колонна с закрепленным породоразрушающим иаконечником выполне 1а герметичной относительно стенок скважины и заполнена жидкостью, а расположенный внутри колонргы ударник выполнен в виде средства создания импульсного давления на жидкость и породоразрушающий наконечник, причем буровая колонна является одновременно эксплуата1 иопной колонной.

Таким образом, технический результат обусловливается гидроударом средства импульсного давления) ,расположенным внутри герметичной,заполненной жид1юстью буровой колонны,котор оя при такой предложенной реализации может служить одновpoMeiHio как буровой, так и оксплуатационной колонной).

И частных случаях выполнения ударник может быть выполнен в виде: а) механического генератора импульсного давления, например, плиты; б) ультразвукового излучателя; в) элоктричес1юго гидроимпульсного генератора; г) взрывоударного устройства с нериодической доставкой взрывчатых веществ на определенную глубину внутри заполненной жидкостью колон 3 .9

шГ.

При этом средство создания импульсного давления (улдриик) размещается в любой части колонны по всей ее длине).

В частных случаях выполнения буровая колонна заполнена жидкостью в виде воды, масла или жидкого солевого раствора)

При этом породоразрушагощий на1юнечник выполнен в виде к.онуса ив твердосплавного материала, например, победита или вольфра1у1кобаяь -ового сплаЕш).Причем породоразрушающй наконечник в одном из вариантов может быть выполнен со смеще-нием оси относительно оси буровой колонны)

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для уд.арного бурения скважин.

Устройство вюлочает нолую герметичную относитб льно стено) склшшны буровую коло1П1у 1, аштолненную жидкостью 2,аа1фен.)енный в нижней части колонны породоразрушающий наГъонечиик 3 и средство 4 создания импульсного давления (ударiiMiO на жидютсть 2 и породораврушающий наконечник 3.

Устройство для ударного бурения скважины работает след,ую111 1м образом.

И полой, герметичной относительно стено скважины бурсхвой колонне 1), заполненной жидкостью 2, ударник 4 создает последовательные импульсные гидроудару )-, воздействуя через жид.кость 2 на нородоразрутаюпщй наконечник 3 и стенки колонны 1. Под д.ействием осевой нагрузки юлонны и гидроуда-ров, наносимых ударником 4 реапизуется процесс бурения путем смятия, раздавливания и перемещения породы) . Буровая ко- 4 чом, поскольку гидроудары воздействуют и па стенки колоппы то это снижает трение при заглублении колонны)-.

Герметичность буровой колонны, отсутствие промывочных

устройств и перфораторов позволяет производить бурение без выемки грунта, что обеспечивает экологическую чистоту при бурении. При этом буровая рюлонна после заглубления не требует подъема и служит эксплуататщонной колонной)--®.

В устройстве в качестве ударника 4 могут быть использованы механический, пневматический, электрогидравлический, ультразвуковой или взрывной ударники) создания заданного значения давления импульсного гидроудара ударник 4 размощаотся в определенной части колонны по всей ее длине) .

Для реаливации импульсп лх гидроударов герметичную буровую колонну заполняют жидкоотт ю: водой,маслом или какик ибо жидким солевым раствором) -.

Выполненный в виде конуса породоразрушаюищй на1данечни{ : в нижней часаИ буровой колонны изготовлен из тверд.осплавногО материала, например, победита или вольфрамокобальтового сплава с в лсокой твердостью и возможностью создания необходимого давления на породу).

использовании устройства для ударного бурения наклонных скважин породоразрушс) наконечник выполнен со смещением оси относительно оси буровой КОЛО1Н1Ы) .

Та1шм образом, предлагаемое устройство, вынолненное в виде торметичной буровой колонны, заполненной жидкостью, и расположсчнтым внутри колонны сродством, создаюищм последовательные импульсные гидроудары, и в котором буровая колонна служит одновременно эксплуатационной колонной, создает требуемый технический результат: экологическую чистоту бурения при упрощении устройства и его работы по сравнению с известными аналогами и прототипом).

Примечания даны в качестведополнительного материала для экспертизы и не составляют обязательной части описания.

1.В виде бурильной головки - коронки, в виде бурового инструмента - долота и т.п. (см.,например, СЗ или з-ку РСТ N 86/05542, Е 21 В 10/56,10/38, Изобретения стран мира, вып.87, 1987, N 9,с.37).

2.Могут быть использованы механические ударники гидравличесьшго типа 4,5, ударные механические устройства с наковальней и грузом С6,7, а также специальные механические ударники для подводного бурения Г.8,9.

3.Устройство перфораторов см. в 3, с.50-543. Таким образом колонна при традиционном бурении не является герметичной от устья до забоя.

4.Буровые трубы соединяются между собой в буровую колонну различными методами, например, замковыми соединениями и т.д. (см.СЗ и Краткий политехнический словарь. Гос. издво техн.- теор. литературы, М.: 1956, с.117).

5.В прототипе 1 применен буровой ударный механизм (ударник) гидравлического действия (поршень в гильзе с рабочей жидкостью).

6.При этом, возможно, несколько теряя в производительности, предложенное устройство сохраняет экологическую чистоту и является более простым, чем известные. Упрощение и

- б ПРИМЕЧАНИЯ

удешевление процесса бурения при высокой экологичности создает достаточно высокий комплексный критерий эффективности (подробнее о комплексном критерии эффективности см.ЕЗ, с.12-13.

7.Средство ударного импульсного давления (гидроудара) через слой жидкости воздействует на породоразрушающий наконечник. Варианты ударника как средства создания импульсного давления (гидроудара) рассматриваются ниже в описании и в дополнительных пунктах формулы, а также в СЗ.

8.Новые признаки устройства: герметичная относительно стенок сквалшны буровая колонна, заполненная жидкостью, и расположенное внутри колонны (в жидкости) средство создания импульсного давления (ударник)., а также возможность испольэования буровой колонны в качестве эксплуатационной обусловливают причинно-следственную связь с техническим результатом: достижением высоких экологических показателей бурения при упрощении устройства и снижении его стоимости,

9,Типовые устройства ударников описаны в 3. В качестве взрывоударных устройств могут быть использованы стеклянные ампулы, наполненные взрывчатым веществом.

10.Ударник размещается в той или иной части колонны в зависимости от удобства эксплуатации, экономических соображений и требований создания необходимого давления гидроудара па породоразрушающий наконечник.

11.Поскольку при бурении используется осевая нагрузка колонны 33, то жидкость по возможности выбирают с большим удельным весом (растворы солей тяжелых металлов, например, ртути).

12.Породоразрушающий наконечник выполняется в виде конуса аналогично бурению способом задавливания (см. например 3,с.43). Твердосплавные породоразрушающие инструменты описаны в 3,с.135--175.

13.В случае наклонного бурения. Смещение оси наконечника будет определять наклон скважины (см.например: Краткий политехнический словарь. Гос. изд-во техн.- теор.литературы, М.:1956,с.117).

14.Для обеспечения заданной глубины бурения буровая колонна состоит лз буровых труб, герметично соединенных друг с другом известными способами 31, включая сварное соединение.

15.При импульсном давлении (гидроударах) для заглубления колонны с наконечником ударник 4 создает давление в зависимости от физико-технических свойств породы, так, для заглубления в гранитных породах это давление составляет 2-2,5 тыс.кг/см.

16.Более подробно процессы при ударном бурении описаны в 3,с.40-44.

17.При гидроударе в колонне, наполненной жидкостью, вдоль ее стенок возникает бегущая волна, которая способствует снижению трения стенок колонны о стенки скважины, что повышает эффективность бурения. В то время, как при ударном бурении (традиционном), в том числе при бурении задавливанием (на 100-200 м), для заглубления колонны требуются огромные усилия, предложенное устройство позволяет осуществлять бурение на достаточно большие глубины (до нескольких тысяч метров).

- 8 18.После достижения заланной глубины бурения буровая колонна может быть нреобразовапа в эксплуатал,ионную (для добычи воды, нефти, газа и т.д.) иосре71.СТВом разгерметизации в ее нижней части, например, ну тем о ):деления наконечника или другими С1)е11,иаиьными средствами.

19.См. примеч.9.

20. См. нримеч.Ю.

21.Например, морской водой при бурении в море.(смотри также, примеч.11).

22.См.примеч.12, а также Краткий политехнический словарь, ос. ивд-во техн.- теор. литературы, М.:1956,с.117.

28.В случае nai omioro бурения, см. подробнее примеч. 18.

24.Наибольший технический результат (по эколошческим показателям) получается при бурении морского дна, поскольку бурение осуш.естБляется без выемки грунта (см. Taime примечания 6 и 8).

- g мсточники 110 УРОВНЮ ть;хникм

Х-Прототип и аналоги:

1.Пат.США N4821812, МПК Е21 R 1/06 (НКИ 173-17),опубл.: Изобретения стран мира, вып.87,N4, 1990,с.38(прототип).

2.Заявка FIIB N0235105, МПК Е 21 И 10/32,7/20, опубл.: Изобретения стран мира, вып.87, N10, 1988,с.23 (аналог).

З.Сулшшин С.С.Бурение геологоразведочных скважин: Справочное пособие.--М. :Нелра., 1991.- . (аналоги:с.37-44, с.135-175, 298-330).

ТТ Дополнительные источники по уровню техники:

4.Заявка Японии N 61-54916, МПК К 21 С 3/20, опубл.: М.зобретения страта мира,вып.87, N19,1987, с.53.

Ь.А.с.С(СР N 1268721, Ш1К Н 21 С 3/20, опубл. :07.11.86, В.и. N 41; Изобретения стран мира, вып.87, N4,1987,0.23.

6.:ilat.№ N 2012758, МПК F 21 В 4/06, опубл.:ОБИ, N 9, 1994, с. 1.02.

7.Пат.Ч N 2039185, ШК Е 21 В 7/00,7/06,опубл.: ОБИ, N 19,1995, с.186.

8.А.с.ССОР N 1283371, MIJK Е 21 В 49/02,7/12, опубл.: Изобретения стран мира, вып.87,N 9, 1987,с.14.

9.Пат.РФ N 2012759, МПК Е 21 В 4/14, опубл.: ОБИ,N9, 1994, с.102.

Щ.Источники по уровню техники для отдельных признаков полезной модели (для известных блоков,узлов и устройств) приведены в примечаниях к описанию).

Claims (9)

1. Устройство для ударного бурения скважин, включающее полую буровую колонну из соединенных между собой труб с закрепленным в ее нижней части породоразрушающим наконечником и ударник, отличающееся тем, что буровая колонна с закрепленным породоразрушающим наконечником выполнена герметичной относительно стенок скважины и заполнена жидкостью, а расположенный внутри колонны ударник выполнен в виде средства создания импульсного давления на жидкость и породоразрушающий наконечник, причем буровая колонна является одновременно эксплуатационной колонной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде механического генератора импульсного давления, например плиты.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде ультразвукового излучателя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде электрогидроимульсного генератора.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ударник выполнен в виде взрывоударного устройства с периодической доставкой взрывчатых веществ на определенную глубину внутри колонны.

6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что ударник размещается в любой части колонны по всей ее длине.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что буровая колонна заполнена жидкостью в виде воды, масла или жидкого солевого раствора.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что породоразрушающий наконечник выполнен в виде конуса из твердосплавного материала, например победита или вольфрамокобальтового сплава.

9. Устройство по пп.1 и 8, отличающееся тем, что породоразрушающий наконечник выполнен со смещением оси относительно оси буровой колонны.