Спосіб створення осьового навантаження на долото та пристрій для його здійснення

1. Спосіб створення осьового навантаження на долото за допомогою силових гідравлічних циліндрів з поршнями, де один з них передає крут C2 2 (19) 1 3 83660 - складність ремонту ДБТ у промислових умовах. Відомий спосіб обертового буріння з використанням вибійного механізму подачі (ВМП) долота у вигляді гідравлічного поршневого механізму, який розташований вище компоновки низу бурильної колони (КНБК) з коротким турбобуром, а подачу бурового інструменту до вибою свердловини здійснюють традиційно, за допомогою обважнених бурильних труб (ОБТ), які розміщені у вертикальній ділянці стовбура свердловини. [Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. - M.: Недра, 2003]. При простоті і традиційності такого способу буріння є обмеження його використання для горизонтальної ділянки свердловини по довжині до певних границь. Ця довжина залежить від сил тертя, які виникають на контактах між зовнішньою поверхнею бурового інструменту і гірською породою стовбура свердловини, так як, використання ваги ОБТ є обмежене допустимою напругою при розтягу стальних бурильних труб (СБТ), які розташовані над ОБТ і стійкістю СБТ, які розташовані нижче ОБТ. Відомий і прийнятий за прототип спосіб створення осьового навантаження на вибій горизонтальної свердловини за допомогою силового циліндра з поршнем при нерухомій бурильній колоні за рахунок сил тертя колони з стінкою свердловини. [Патент Російської Федерації №2006563, МПК5 Е21В10/00, 1994. Бюл. №2]. На похилоскерованих ділянках і на короткому початку горизонтальної ділянки свердловини сили тертя колони з стінкою свердловини можуть бути недостатніми для створення протидії силовому циліндру від переміщення колони у протилежний бік, і цим суттєво зменшити осьове навантаження. Відомий пристрій подачі долота для буріння свердловин, що включає корпус, в якому розташована труба з можливістю повздовжнього переміщення. На одному кінці труби з внутрішньої сторони закріплений поршень, другим кінцем труба прикріплена до турбобура. Пристрій має вузол передачі реактивного моменту у вигляді розташованих на корпусі виступів, які розміщені у відповідних пазах, і вузла обмеження поздовжнього переміщення у вигляді бурта, розташованого на трубі і виступі на корпусі. До корпусу прикріплений шток, який розміщений в трубі зі сторони її верхнього кінця. До турбобура прикріплена гільза, розміщена з зовнішньої сторони корпусу. З вн утрішньої сторони гільзи розміщені пази. Поршень виконаний з ущільненням і встановлений з можливістю охоплення штока. [A.c. СРСР №166167 A1, кл. Е21В4/00, 1991. Бюл. №26]. Описаний пристрій конструктивно і технологічно досить складний, а такі елементи як шток, труба, корпус і гільза розміщені один в одному з зазорами і другими елементами, як бурт, пази і виступ, вимагають збільшеного зовнішнього діаметру пристрою, що обмежує його застосування в свердловинах малого діаметру. Відомий забійний регулятор осьового навантаження, що включає корпус з перевідником, втулку з боковими отворами, розміщену внизу корпуса і 4 вузол регулювання осьового навантаження на вибій, виконаного у вигляді конічного отвору в нижній торцевій частині втулки і конуса з осьовим каналом, встановленого в нижній частині регулятора з можливістю осьового переміщення. [A.c. СРСР №1596092 A1, кл. Е21В4/00, Е21В44/00, 1990. Бюл. №36]. У цьому регуляторі осьового навантаження долота в об'ємі між нижньою частиною втулки і зовнішньою поверхнею конуса в процесі роботи будуть осідати, накопичуватися і зцементовуватися тверді частинки промивальної рідини, що унеможливить осьове переміщення конуса і, автоматично, виконання основної функції регулятора. Якщо зробити отвори у корпусі для виносу цих твердих частинок, то різко впаде тиск над конусом і, відповідно, осьове навантаження на долото. Відомий і прийнятий за прототип пристрій для гідравлічного навантаження долота (силовий циліндр), що складається з корпусу, поршня, безпосередньо розміщеного в корпусі, на штоку поршня виконані шліци для передачі крутного моменту, і до корпусу у верхній частині приєднані гідравлічні підсилювачі, виконані у вигляді модулів. Пристрій дозволяє створити належне осьове навантаження на долото. [Деклараційний патент України №38335 А, МПК7 Е21В17/07, 2001. Бюл. №4]. Проте, у цьому пристрої для повноцінної роботи гідравлічних підсилювачів треба створити зусилля, яке б утримувало корпуси від переміщення в протилежну сторону від руху поршнів у цих підсилювачах, так як промивальна рідина створює тиск у всіх напрямках однаковий. Оскільки, без утримання корпусу підсилювача від переміщення, створення ним осьового навантаження на долото буде на порядок нижче і ефект його використання мінімальним. Технічною задачею винаходу є вдосконалення способу створення осьового навантаження на долото з одночасним використанням направленої дії кінетичної енергії струменів промивальної рідини, як для виносу шламу на поверхню, так і для утримання корпусу пристрою від переміщення у протилежну сторону від поршня, що дасть можливість збільшити навантаження на долото у декілька разів і можливість регулювати це навантаження за рахунок зміни тиску та витрати промивальної рідини і відповідно підвищити ефективність буріння та середню рейсову швидкість буріння. Поставлена задача вирішується тим, що у способі створення осьового навантаження на долото за допомогою силового циліндра з поршнем, що передає крутний момент згідно винаходу, одночасно використовують направлену дію кінетичної енергії струменів промивальної рідини, як для виносу шламу на поверхню, так і для утримання корпусу пристрою з ще одним поршнем, від переміщення у протилежну сторону від вибою. Для цього на торцевій поверхні корпуса пристрою у верхній частині по колу розміщено ряд сопел (насадок, із зносостійкого матеріалу), розрахованого діаметру, при проходженні через них промивальної рідини створюватиметься реактивна сила, яка буде направлена у протилежну сторону від руху поршня, тим самим створюючи додаткове осьове 5 83660 навантаження на долото. Це дає можливість підвищити е фективність буріння за рахунок збільшення середньої рейсової швидкості. Суттєвими ознаками запропонованого способу створення осьового навантаження на долото є наявність сукупності одночасних дій енергії промивальної рідини, як для виносу шламу на поверхню і утримання корпусу пристрою від переміщення у протилежну сторону від вибою, так і для подачі долота за допомогою поршня силового циліндра. При цьому, за допомогою зміни тиску у циркуляційній системі свердловини, можна змінювати осьове навантаження на долото. Це забезпечує ефективність буріння, особливо, похилоскерованих і горизонтальних ділянок свердловини. Таким чином, суттєві ознаки безпосередньо впливають на технічний результат, тобто перебувають з ним у причинно-наслідковому зв'язку. Спосіб здійснюють наступним чином. Винос шламу і осьове навантаження долота здійснюють за допомогою кінетичної енергії промивальної рідини, яка створюється буровими насосами, залежить від потужності насосів і пропорційна витраті цих насосів. Витрату промивальної рідини для конкретного діаметру стовбура свердловини визначають з умови: Q ³ {Q1, Q2, Q3} , де Q1 - витрата рідини для очищення вибою; Q2 - витрата рідини для виносу шламу на поверхню; Q3 - витрата рідини для забезпечення оптимальної роботи ГВД або турбобура. Визначену максимальну витрату промивальної рідини умовно розділяють і ту частин у (приблизно 50%), яка призначена на винос шламу на поверхню (Q2 ) , одночасно використовують і для утри 6 мання корпусу наддолотного пристрою, направляючи її через ряд соцел розрахованого діаметру в протилежну сторону від вибою, створюючи реактивну силу, яка утримує корпус пристрою від переміщення від вибою. В місці витікання рідини з сопел і навколо корпуса пристрою створюється зона пониженого тиску (депресії), завдяки чому зменшується витрата рідини для якісного очищення вибою (Q1) . Винахід ілюструється кресленням, де на Фіг.1 показано загальний вигляд пристрою для створення осьового навантаження на долото, на Фіг.2 переріз А - А на Фіг.1. Пристрій складається з корпуса 1, поршня 2 з осьовим каналом, опори штока 3, на зовнішній поверхні штока поршня і внутрішній поверхні опори штока виконані конструктивні елементи у вигляді шліців, шестигранника або квадрата, що служать для передачі крутного моменту. До корпусу 1 зверху приєднаний корпус 4, на торцевій поверхні якого розташовані по колу отвори в яких закріплені сопла 5 із зносостійкого матеріалу, поршня 6 з осьовим каналом, опори штока 7. Для приєднання долота до пристрою служить перевідник 8. У запропонованому пристрої для створення осьового навантаження використовується два гідравлічних циліндри з поршнями, один з яких служить і для передачі крутного моменту. Для утримання корпусу пристрою від переміщення використовується ряд сопел, розміщених по колу на торцевій поверхні одного з корпусів, при витіканні промивальної рідини через які, створюється реактивна сила, направлена від вибою свердловини. Це дає можливість збільшити осьове навантаження удва рази і покращити ефективність буріння. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83660 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601