Результат интеллектуальной деятельности: СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА С ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам бурения на обсадной колонне.

Известно устройство для бурения скважин в рыхлых породах с одновременной обсадкой (патент SU №1798467, МПК Е21В 7/20, опубл. бюл. №8 от 28.02.1993), включающее буровую и обсадную колонны со смещенными осями относительно друг друга в нижней части, породоразрушающий инструмент на буровой колонне и внутренний выступ на обсадной колонне, при этом с целью повышения эффективности бурения горизонтальных и наклонных скважин за счет управления углом забоя в заданном направлении буровая колонна снабжена эксцентричным переходником и эксцентричным центратором, размещенным на переходнике и выполненным с продольным пазом, в котором размещен выступ обсадной колонны, при этом величина эксцентриситета переходника определяется зависимостью е>0,5(D_тр-D_д).

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 с надежность работы узлов в процессе бурения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является буровой снаряд для бурения с одновременной обсадкой (патент RU №166522, МПК Е21В 7/20, опубл. бюл. №33 от 08.06.2016), 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 с надежность работы узлов в процессе бурения;

- сложный механизм складывания резцов расширителя, что может затруднить процесс работы.

Технической задачей настоящего изобретения является создание конструкции узла крепления, позволяющего надежно зафиксировать и удерживать буровой инструмент с обсадной колонной в процессе бурения, в том числе и при помощи забойного двигателя, а также гарантированно отцепиться и извлечь буровое оборудование по окончании бурения.

Задача решается соединительным узлом бурового инструмента с обсадной колонной, включающим 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.

Новым является то, что 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, причем башмак оснащен окнами, расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник - отверстиями, совмещенными в рабочем положении с окнами башмака, при этом в отверстия и окна вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника благодаря ограничителям шпонки, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером, который ниже упора оснащен проточками под ловильный инструмент, оснащенный расширением, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером и переводом его в транспортное положение, при этом шпонки сверху и снизу снабжены фасками под соответствующие наклонные поверхности окон башмака.

На фиг. 1 изображен соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной с частичным осевым разрезом в процессе работы.

На фиг. 2 изображен соединительный узел бурового инструмента в момент отсоединения и захвата ловильным инструментом.

На фиг. 3 изображена обсадная колонна после извлечения бурового инструмента.

Соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной включает обсадную колонну 1 (фиг. 1) с башмаком 2, вставленный в обсадную колонну 1 переходник бурового инструмента 3, плунжер 4 с верхней проточкой 5, вставленный в переходник 3 с возможностью ограниченного упором 6 перемещения вниз - в транспортное положение с возможностью совмещения верхней проточки 5 с подвижными шпонками 7. Плунжер 4 относительно переходника 3 и башмака 2 зафиксирован в верхнем - рабочем положении срезными элементами 8, внутренний диаметр башмака 2 изготовлен меньше внутреннего диаметра обсадной колонны 1, но больше - наружного диаметра бурового инструмента 9. Кроме того, башмак 2 оснащен окнами 10 (фиг. 2), расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник 3 (фиг. 1) - отверстиями 11, совмещенными в рабочем положении с окнами 10 (фиг. 2) башмака 2 (фиг. 1), при этом в отверстия 11 и окна 10 (фиг. 2) вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника 3 (фиг. 1) благодаря внутренним ограничителям (на фиг. не пронумерованы) шпонки 7. Шпонки 7 подпираются в рабочем положении изнутри плунжером 4. При этом переходник 3 ниже упора 6 оснащен проточками 12 под ловильный инструмент 13 (фиг. 2), оснащенный расширением 14, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером 4 (фиг. 1) и переводом его в транспортное положение, при этом шпонки 7 сверху и снизу снабжены фасками 15 (фиг. 2) под соответствующие наклонные поверхности 16 окон 10 башмака 2 (фиг. 1).

Соединительный узел бурового инструмента с обсадной колонной работает следующим образом.

Собирают компоновку для бурения в следующей последовательности: буровой инструмент 9 (фиг. 1), включающий долото, расширитель и забойный двигатель (показаны на фиг. 1 и 2 условно), затем соединительный узел и далее обсадная колонна 1. На конструкцию бурового инструмента 9 авторы не претендуют. Буровой инструмент 9 на небольших глубинах - до 400 м - может не содержать забойный двигатель, а вращаться под действием устьевого ротора (на фиг. 1 и 2 не показан). Башмак 2 оснащен окнами 10 (фиг. 2), расположенными на одном уровне и равномерно по периметру, а переходник 3 (фиг. 1) - отверстиями 11, совмещенными в рабочем положении с окнами 10 (фиг. 2) башмака 2 (фиг. 1), а в отверстия 11 и окна 10 (фиг. 2) вставлены с возможностью перемещения внутрь переходника 3 (фиг. 1) благодаря ограничителям шпонки 7, подпираемые в рабочем положении изнутри плунжером 4, который зафиксирован в рабочем положении срезными элементами 8. При прокачивании промывочной жидкости буровым насосом через колонну обсадных труб 1 начинает работать забойный двигатель бурового инструмента 9, режущие элементы (показаны условно) расширителя выходят в рабочее положение, и начинается процесс бурения с одновременным расширением. Также возможно вращение колонны труб 1 устьевым ротором с промывкой и выводом плашек бурового инструмента 9 в рабочее положение. В этом рабочем положении плашки 7 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. Герметизация соединительного узла обеспечивается уплотнительными элементами (на фиг. 1 и 2 не показаны). Таким образом производят бурение до заданного интервала с одновременным спуском и установкой обсадной колонны 1.

Затем в колонну обсадных труб на бурильных трубах спускают ловильный инструмент 13 (фиг. 2), оснащенный расширением 14, выполненным с возможностью взаимодействия с плунжером 4 (фиг. 1) и переводом его в транспортное положение до упора 6. При этом срезаются срезные элементы 8, а верхняя проточка 5 совмещается со шпонками 7. Кроме того, ловильный инструмент 13 (фиг. 2) входит в проточки 12 (фиг. 1) переходника 4 и жестко фиксируется.

При подъеме бурового инструмента фаски 15 (фиг. 2) шпонок 7 (фиг. 1) взаимодействуют с соответствующими наклонными поверхностями 16 (фиг. 2) окон 10 башмака 2 (фиг. 1) и заходят в проточку 5 плунжера 4, освобождая переходник 3 от башмака 2. Далее буровой инструмент 9 вместе с переходником 3, плунжером 4 и ловильным инструментом 13 извлекают на устье скважины. Колонна обсадных труб 1 (фиг. 3) с башмаком 2 остается в скважине и цементируется по известной технологии.

Предлагаемая конструкция соединительного узла бурового инструмента с обсадной колонной позволяет надежно зафиксировать и удерживать буровой инструмент с обсадной колонной в процессе бурения, в том числе и при помощи забойного двигателя, а также гарантированно отцепиться и извлечь буровое оборудование по окончании бурения.