Результат интеллектуальной деятельности: Бурильная труба с центраторами

Изобретение относится к области буровой техники и может использоваться в компоновке бурильной колонны, предназначенной для бурения полого-наклонных и горизонтальных участков скважин.

Известен упругий центратор (патент RU №2088742, Е21В 17/10, публ. 27.08.1997), содержащий ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными опорными планками.

Известен также центратор (патент RU №2387794, Е21В 17/10, публ. 27.04.2010), содержащий ствол и раздвижные уплотнительные элементы выполненные из упругого материала и установленные на стволе. Раздвижные уплотнительные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, двух переходящих один в другой шаровых пояса с равновеликими радиусами сфер, замыкаемых дальними торцами навстречу друг другу на цилиндрической по преимуществу части ствола, и армированы относительно упругим бандажом типа замкнутой лестницы или беличьего колеса, устанавливаемым в распор шаровых поясов.

Недостатком указанных изобретений является малая площадь соприкосновения опорных элементов со стенкой скважины, что может привести к возрастанию деформации упругих элементов, увеличению сопротивления при движении центратора по неровностям стенки скважины. Известен упругий центратор (патент RU №2333343, Е21В 17/10, публ. 10.09.2008), содержащий ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными планками. На стволе установлен дополнительный каркас. Дугообразные планки обоих каркасов жестко соединены прямыми опорными планками.

Недостатком данного технического решения является его низкая эффективность при бурении горизонтальных участков скважин вследствие высокого сопротивления колонны бурильных труб продольному перемещению в процессе бурения из-за отсутствия, механизмов, снижающих силы сопротивления продольному перемещению колонны бурильных труб.

Известен центратор бурильного инструмента, содержащий муфту для присоединения к колонне бурильных труб, соединенный с муфтой полый шток, крышку, являющуюся ограничителем хода для плашек, перемещающихся по конусному корпусу, переводник с гидравлическими каналами для промывочной жидкости, к которым приварены фонари с отверстиями, внутри которых расположены полые тефлоновые шары с плотностью, меньшей плотности промывочной жидкости, и цилиндр, являющиеся направляющими для поршня-толкателя, разрезанного на четыре части по числу плашек, резиновое кольцо, четыре винта, манжету, стальное нажимное кольцо, образующие сальниковый узел, башмак, гибко связывающий переводник и цилиндр, служащий также для соединения центратора с колонной бурильных труб. (RU 2151853 от 23.11.1998, опубл. 27.06.2000 Бюл. №18) Однако, данное изобретение решает техническую задачу улучшения очистки ствола горизонтальных скважин за счет эксцентричного расположения колонны бурильных труб, смещенной к верхней стенке горизонтального ствола, и не направлено на снижение сил сопротивления продольному продвижению горизонтального участка колонны с целью повышения эффективности бурения скважин. Изобретение взято за прототип.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение сил сопротивления продольному продвижению горизонтальному участку колонны с целью повышения эффективности бурения скважин с горизонтальным окончанием, а также увеличения максимально возможной протяженности горизонтального участка при бурении скважин для повышения качества отработки месторождений нефти и газа.

Достигается это тем, что бурильная труба с центраторами, содержащая корпус, соединительные элементы, на металлическом корпусе бурильной трубы расположены круглые трубчатые центраторы с ребрами, на которых закреплена эксцентричная полая емкость с металлическими шарами внутри.

Такое выполнение конструкции одновременно обеспечивает снижение веса компоновки бурильных труб, центрацию колонны, эксцентриситет вращающейся колонны и генерирование механических колебаний.

Снижение веса участка компоновки обеспечивается благодаря наличию эксцентричной полой емкости 5, соединенной с обоих концов с круглыми трубчатыми центраторами 3. Кроме того, наличие эксцентричной полой емкости 5 обеспечивает при вращении колонны бурильных труб повышения центробежной силы, что в процессе бурения будет способствовать «поднятию» участка колонны бурильных труб с обеспечением вращения колонны вокруг оси скважины. Подобный вид вращения колонны будет снижать коэффициент трения между колонной и станками скважины, способствовать более эффективному очищению ствола скважины от шлама, снижать силу необходимую для продольного перемещения горизонтального участка ствола скважины.

Заявляемая конструкция иллюстрируется на чертеже.

Где: металлический корпус 1, соединительные элементы 2, трубчатый центратор 3, ребра трубчатого центратора 4, эксцентричная полая емкость 5, стальные шары 6.

В процессе бурения трубчатый центратор 3 и ребра трубчатого центратора 4 обеспечивают центрацию в стволе скважины участка колонны бурильных труб горизонтального участка, при этом обеспечивается снижение площади соприкосновения колонны бурильных труб о стенки скважины, что способствует более эффективному продольному продвижению колонны бурильных труб. Также в процессе бурения трубчатый центратор 3 и эксцентричная полая емкость 5 из-за эффекта плавучести снижают вес участка колонны бурильных труб, что также благоприятно сказывается на продвижении горизонтального участка скважины. Кроме того, эксцентричная полая емкость создает эксцентриситет центра масс поперечного сечения трубы с центрирующими элементами, что в процессе бурения приводит к возникновению центробежной силы, которая в свою очередь заставляет двигаться прилегающий к ней участок колонны вокруг оси скважины, тем самым создавая благоприятные условия для продвижения колонны бурильных труб в горизонтальном участке скважины. При этом эксцентричная полая емкость 5 содержит размещенные в ней стальные шары 6, которые в процессе вращения колонны, ударяясь о стенки и соударяясь друг с другом, начинают генерировать вибрационные колебания, возникновение которых приводит к снижению коэффициента трения между колонной бурильных труб и стенками скважины. Кроме того, наличие металлических шаров 6 увеличивает эксцентриситет эксцентричный полой емкости.

Работа устройства:

Крутящий момент и осевое усилие передается на корпус 1 посредством соединительных элементов 2, при этом трубчатый центратор 3 и ребра трубчатого центратора 4 обеспечивают центрацию корпуса 1 в стволе скважины с одновременным снижением контактной площади поверхности.

Эксцентричная полая емкость 5 в процессе вращения обеспечивает вид вращения бурильных труб вокруг оси скважины, а металлические шары 6, ударяясь о стенки и соударяясь друг с другом, начинают генерировать вибрационные колебания, возникновение которых приводит к снижению коэффициента трения между колонной бурильных труб и стенками скважины увеличивая смещение центра масс эксцентричный полой емкости 5.

Технический результат заявляемой конструкции заключается в снижении сил сопротивления колонны продольному продвижению в горизонтальном стволе и обеспечению проходки более протяженных скважин с горизонтальным окончанием.