SU1726722A1 - Способ вращательного бурени и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам бурени  скважин. Цель изобретени  - повышение коэффициента передачи мощности на забой скважины и снижение стоимости метра бурени . Устройство состоит из бурильной колонны, долота и встроенного со- осно между ними с помощью переводников корпуса 5, в котором размещены вал 6, осева  11 и радиальные 13 опоры, пружины 10 и 19 с различным направлением навивки, регулируема  по высоте гидравлическа  камера 24 и упругий центратор 7. Способ предусматривает передачу вращательного момента долоту от ротора или забойного двигател  через корпус 5, пружины 10 и 19 и вал 6, одновременную или раздельную передачу статической и динамической составл ющих осевой нагрузки на долото через столб промывочной жидкости и через пружины 10 и 19 и осевую опору 11. Далее создают гидравлическую осевую нагрузку на вал 6 и на долото путем формировани  перепада давлени  в промывочных узлах долота и гидроимпульсного давлени  в камере 24 и внутри бурильной колонны при работе бурильного инструмента в режиме гидродинамического аккумул тора. Перепад давлени  поддерживают от.минимального до технологически необходимого расхода промывочной жидкости. Ограничение длины ут желенных бурильных труб осуществл ют частью длины волны продольных зубцов вибраций долота. 2 с.п. ф- лы, 1 ил. СП С

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к бурению скважин в земной коре, например, к способам бурени , при которых вращаетс  весь бурильный инструмент или его нижн   часть.

Цель изобретени  - повышение коэффициента передани мощности на забой скважины и снижение стоимости бурени .

На чертеже показано устройство вращательного бурени .

Устройство вращательного бурени  содержит последовательно соединенные бурильные трубы 1, переводник 2, ут желенные бурильные трубы 3, переводник 4 и вращаемый корпус 5 устройства, в котором сроено корпусу 5 встроен круглого сечени  полый вал 6 с размещенным на валу бупругим центратором, имеющим степени свободы вдоль и вокруг оси вала 6, долото 8 с промывочным узлом 9, пластинчатую пружину 10 с левой навивкой дл  передачи валу

6 вращательного момента от нижней части корпуса 5, осевую опору 11с технологически необходимым люфтом дл  возможности осевых перемещений вала 6 относительно корпуса 5 с амплитудой 5-15 мм, уплотнение 12, радиальную опору 13 дл  ограничени  амплитуды поперечных вибраций вала 6 относительно корпуса 5, диски 14, закрепленные на верхнем конце вала б болтами 15 (в количестве 4-6 штук) и имеющие отверсти  16 дл  прокачивани  промывочной жидкости без существенных потерь давлени  в дисках 14 и отверсти  17 дл  размещени  сменной втулки 18, в которую вставл етс  нижний конец винтовой пружины 19 с правой навивкой, диск 20, закрепленный между выступом на внутренней поверхности корпуса 5 и нижним торцом переводника 4, и имеющий отверстие 21 дл  размещени  в нем верхнего конца пружины 19 и отверсти  22 дл  прокачивани  промыи вочной жидкости, сменную шайбу 23, гидрокамеру 24, высоту которой регулируют количеством дисков 14.

Устройство в процессе углублени  скважины работает следующим образом.

Вращательный момент от ротора или забойного двигател  валу 6 и долоту 8 передаетс  через бурильные трубы 1, переводники 2 и 4, УБТ 3, корпус 5 устройства и через пружины 19 и 10. При этом разные направлени  навивки пружины 19 и 10 позвол ют более равномерно передавать вращательный момент от корпуса шпиндел  на его вал и избежать развити  резонансных крутильных колебаний вала 6 относительно корпуса 5, а упругий центратор 7, взаимодейству  со стенками скважины, ограничивает развитие осевых и поперечных смещений вала 6 и долота 8 и тем самым преп тствует развитию осевых резонансных колебаний вала 6, причем ограничение изгибных колебаний вала позвол ет долоту чаще, чем при обычном роторном бурении, взаимодействовать с забоем одновременно двум  шарошками. Упругий центратор 7, максимальный наружный диаметр которого на 2-3 мм меньше диаметра долота, свободно вращаетс  на валу 6 вокруг его оси и перемещаетс  на 1-2 мм в осевом направлении . Расчетное осевое усилие от веса бурильных 1 и ут желенных 3 бурильных труб на вал 6 устройства можно полностью пере; давать через столб промывочной жидкости, обеспечива  в основном статическую осевую нагрузку на долото 8 в св зи с малой жидкостью столба жидкости по сравнению с жесткостью бурильной колонны и таким образом увеличивать межремонтный период работы осевой опоры 11. По мере необходимости , расчетную часть осевой нагрузки на долото 8 от веса бурильной колонны можно передавать через осевую опору 11 устройства и через пружину 19, что позвол ет обеспечивать более эффективное дл  достижени  требуемых показателей бурени  нагружение долота в конкретных услови х бурени . Долото 8 в процессе работы на забое скважины создает осевые перемеще0 ни  вала 6 и корпуса 5 друг относительно друга, в результате в потоке промывочной жидкости возникают гидроимпульсы давлени , которые, суммиру сь в гидрокамере 24, об разуют резул ьтати ру ющее гидроим п ул ьс5 ное давление, преодолеваемое буровым насосом также, как и перепад давлени  в долоте, в св зи с чем формируетс  необходима  гидравлическа  нагрузка, посто нно действующа  на вал шпиндел  и долото,

0 тогда как нагрузка, обусловленна  массой сжатой части бурильной колонны, воздействует периодически на вал шпиндел  и долото , что невозможно при способе бурени  согласно прототипу.

5Способ осуществл ют следующим образом .

До начала бурени  скважины обосновывают компоновку бурильной колонны из неут желенных (обычных) труб так же, как и

0 при роторном способе бурени . Рассчитывают известными методами рабочую частоту вращени  бурильной колонны и максимальную и минимальную величины осевой нагрузки на долото из услови  объемного

5 разрушени  пород в интервале долблени , затем определ ют максимальную величину давлени  на выкиде буровых насосов (Рмакс) и корректируют (Рмакс) с учетом опытных данных, полученных при применении конк0 ретных типов буровых насосов и стандартных диапазонов цилиндровых втулок насосов, рассчитывают согласно предлагаемым соотношени м технологически-необходимый расход промывочной жидкости,

5 гидравлическую нагрузку на вал устройства, перепад давлени  в промывочных отверсти х долота, гидрбимпульсное давление в гидрокамере устройства и потока промывочной жидкости внутри бурильной колонны, дина0 мическую нагрузку, действующую на вал устройства и долото, длину ут желенных бурильных труб, высоту гидрокамеры в устройстве и устанавливают количество дисков 14 согласно расчетной высоте гидрокамеры.

5 Перед пуском бурильного инструмента в скважину к валу устройства присоедин ют долото посредством переводника (не показан ), а к корпусу 5 устройства также присоедин ют УБТ и далее бурильные трубы. Затем опускают бурильный инструмент в

скважину и буровыми насосами подают промывочную жидкость в бурильную колонну с технологически необходимым расходом , создают проектный перепад давлени  в промывочных узлах долота и формируют соответственно этому перепаду часть гидравлической нагрузки на вал 6 устройства. После этого ротором с частотой пр вращают бурильный инструмент, передают вращательный момент корпусу 5, валу 6 устройст- ва и долоту 8, и одновременно разгружают талевую систему буровой установки и создают осевую нагрузку, достаточную в процессе приработки долота, после окончани  которой довод т осевую нагрузку на долото до проектной величины, создают необходимый уровень амплитуды осевых вибраций долота и формируют проектные величины гидроимпульсного давлени  PR и гидравлической нагрузки (Gr) на вал устройства и долото, уравновешивают усилие Gr частью веса бурильной колонны и создают сжатую часть бурильной колонны весом, равным по величине осевой динамической нагрузке на долото (Сд), в результате чего формируют осевую нагрузку на вал устройства и на долото и обеспечивают равномерное эффективное взаимодействие вооружени  долота с забоем скважины и повышенные, по сравнению с роторным способом, показатели бурени .

Применение предлагаемого способа вращательного бурени  скважин позвол ет повысить коэффициент передачи мощности на забой скважины, увеличить количество поражений забо  вооружением долота, обеспечить более равномерное силовое воздействие на горные породы при каждом акте взаимодействи  вооружени  долота с забоем скважины при реализации всей ве- личины осевой нагрузки на долото в процессе такого единичного взаимодействи , в результате механическа  скорость проходки кратно увеличиваетс ,

В св зи с передачей осевой нагрузки на долото через столб промывочной жидкости и через винтовые пружины и в св зи со снижением амплитуды поперечных колебаний и биений долота стойкость опоры долота сохран етс  на уровне стойкости, характерной дл  роторного способа бурени , или повышаетс . Поэтому проходка на долото увеличиваетс  пропорционально росту механической скорости проходки.

Кроме того, экономи  затрат получаетс  за счет сокращени  длины УБТи времени на спуск-подъем УБТ, а также за счет возможности более широкого применени  легкосплавных бурильных труб и соответственно снижени  металлоемкости буровых установок и уменьшени  расходов на транспортировку бурильных труб.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ вращательного бурени  скважин , включающий передачу долоту момента вращени  через бурильную колонну, подачу промывочной жидкости в бурильную колонну , создание статической осевой нагрузки на долото, создание осевой динамической нагрузки на долото, отличающийс  тем, что, с целью повышени  коэффициента передачи мощности на забой скважины и снижени  стоимости бурени , расход промывочной жидкости, гидравлическа  осева  нагрузка, перепад давлени  промывочной жидкости и динамическа  осева  нагрузка выбираютс  в соответствии с выражени ми: П t П П -IРмакс Рд PR

   UMMH $ U - UT I-f1 . .-r T-;err;-- ,

   Орт ( а + 2 bi h ) +р2 Ј bj Ij Gr Fp (Рд + PR);

   ДМИН

   Ј Pi

   .

   Сдмин $ Gfl-S- (Смаке - Gr GB);

   где Омин - минимальный расход промывочной жидкости, достаточный дл  очистки забо  и скважины от выбуренной породы;

   От - технологически необходимый расход промывочной жидкости;

   Рмэкс - максимальна  эффективна  величина давлени  на выходе бурового насоса при выбранном оборудовании и конкретных услови х углублени  скважины;

   Рд, Рдмин перепад давлени  в промывочных отверсти х долота и его минимальна  величина, обусловленна  технологическими и техническими причинами;

   PR - гидроимпульсное давление в потоке промывочной жидкости внутри бурильной колонны;

   плотность промывочной жидкости , подаваемой в скважину и выход щей из скважины соответственно;

   а - коэффициент гидросопротивлений в манифольде, сто ке и устьевом оборудовании бурильного инструмента;

   Ь, Ij - длины соответствующих участков бурильной коронны с различными геометрическими характеристиками;

   bi, bj - коэффициенты гидросопротивлений в трубах и затрубном пространстве скважины соответственно длинам li и Ij;

   Gr - гидравлическа  осева  нагрузка на долото и вал шпиндел ;

   Fp - площадь поперечного сечени  вала шпиндел  по его выходному из. корпуса диаметру;

   В (GB + Gnp + Gn + AGr): Fp,

   Смаке, Смин - максимальна  и минимальна  проектные величины общей осевой нагрузки на долото при объемном разрушении горных пород;

   GB вес вала шпиндел  с присоединенными к нему детал ми;

   Gnp - проектное осевое усилие, которое целесообразно передавать на долото через упругие элементы шпиндел ; х

   Gn - проектное посто нное осевое усилие на осевую опору шпиндел ;

   AGr - результирующее гидравлическое усилие на корпус шпиндел  в затрубном пространстве скважины;

   Сд, СДмин - динамическа  осева  нагрузка на долото и ее минимальна  величина .
2. 2. Устройство вращательного бурени  скважин, содержащее бурильную колонну, составленную из бурильных и ут желенных бурильных труб, долото с промывочными окнами и узел создани  и передачи статической и динамической нагрузок, выполненный в корпусе и размещенный между бурильной колонной и долотом, о т- личающеес  тем, что узел создани  и передачи статической и динамической нагрузок содержит полый вал, размещенный в корпусе уплотнени , радиальные и осевую

   0

   5

   опоры и диски с отверсти ми дл  прохода промывочной жидкости, причем один диск закреплен на верхнем торце вала соосно с ним, а другой - в верхней части корпуса соосно с корпусом, при этом плоские поверхности дисков и внутренн   поверхность корпуса образуют гидрокамеру, а корпус и вал устройства соединены между собой винтовой и пластинчатой пружинами с разным направлением навивки и различной жесткостью , причем винтова  пружина закреплена между дисками вала и корпуса, пластинчата  - в пазах вала и корпуса устройства, а на наружной поверхности нижнего конца вала между его корпусом и долотом соосно закреплен упругий центратор, при этом длина ут желенных бурильных труб определ етс  соотношением:

   (с

   Т

   ) ly

   с -т

   4 ) У 2 где у - длина ут желенных бурильных труб (УБТ);

   С - скорость звука в материале УБТ;

   Т- период продольных зубцовых вибраций долота;

   Ion - рассто ние от забо  до осевой опоры шпиндел .