Буровий пристрій для розширення свердловини

1 Буровий пристрій для розширення свердловини, що включає корпус, розсувні породоруйнівні органи у вигляді поворотних куліс на осях, що закріплені в корпусі, і кондуктор з можливістю поздовжніх переміщень відносно корпуса і клиноподібного контакту з опорними поверхнями куліс, який відрізняється тим, що кондуктор виконаний у вигляді циліндра з радіальними пазами, похилими по відношенню до його поздовжньої осі і такими, що вміщують опорні поверхні куліс, весь пери метр куліс в межах радіуса розширення оснащений породоруйнівним інструментом (наприклад, різцями), в корпусі виконано циліндричну порожнину за діаметром кондуктора з можливістю його розміщення в ній і отвір з можливістю сполучення з бурильними трубами, а в кондукторі виконаний наскрізний поздовжній отвір 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що похилі пази в кондукторі, що вміщають опорні поверхні куліс, подовжені паралельно поздовжній осі кондуктора на відстань, що відповідає глибині розширення свердловини за один прохід 3 Пристрій за п 1, який відрізняється тим що кондуктор оснащений породоруйнівним органом (буровим долотом) за вихідним діаметром розширюваної свердловини 4 Пристрій за п 1, який відрізняється тим що отвір в корпусі сполучений з трубою, яку телескопічно сполучено з наскрізним отвором у кондукторі 5 Пристрій за пп 1 або 2, який відрізняється тим, що в ТІЛІ кондуктора виконано замкнену порожнину О 00 Винахід стосується буріння свердловин з розширенням їх нижньої частини, переважно для спорудження опор фундаментних паль, а також для видобутку алмазоносной руди буровим способом Відомий буровий пристрій для розширення нижньої ділянки раніш пробуреної свердловини, що включає розсувні породоруйнуючі органи зі застосуванням занурюваного електродвигуна, редукторів і з можливістю застосування зворотної циркуляції бурового розчину (див , наприклад, патент Японії за заявкою № 57-7273, МКИ Е21В10/26, 4/00) У винаході, що заявляється, спільними суттєвими ознаками по відношенню до вказаного аналога є розсувні породоруйнуючі органи і можливість застосування циркуляції бурового розчину Недоліками цього аналога є складність занурюваних механізмів (редукторів) для розведення породоруйнуючих органів, а також низька продуктивність при бурінні перехідної конічної (квазіконічної) ділянки свердловини, який виконується рядом послідовних проходок по висоті з поступовим ступінчастим збільшенням діаметра розширення (див, наприклад, рекламний бюлетень ВН-110 Фірми Tone Boring Co, Ltd, Японія, 1989) Відомий буровий пристрій для розширення нижньої ділянки раніш пробуреної свердловини, що включає розсувні породоруйнуючи органи, які встановлені на похилих рейках і рухаються поршнями під тиском рідини, що подається з поверхні по спеціальному каналу, а також канал для зворотної циркуляції бурової рідини (див , наприклад, патент Японії за заявкою № 58 - 9231, МКИ Е21В10/34) В цьому винаході спільними суттєвими ознаками по відношенню до цього аналога є розсувні породоруйнуючи органи і канал для зворотної циркуляції бурового розчину Недоліками цього аналога є складність гідросистеми, що ство 00 44828 рює зусилля, необхідне для розведення породоруйнуючих органів, і обмежений радіус розширення, прирощення якого теоретично не може перевищувати радіус раніш пробуреної свердловини за вирахуванням радіуса промивної труби розширювача Відомий буровий пристрій для розширення нижньої ділянки свердловини, що включає розсувні породоруйнуючі органи, що встановлені на похилих рейках і що рухаються силою ваги з опорою на забій раніш пробуреної свердловини через бурове долото, а такса телескопічний канал для зворотної циркуляції бурового розчину (див , наприклад, патент Японії по заявці № 59 - 39033 МКИ Е2110/32) В заявлюваному винаході спільними суттєвими ознаками по відношенню до цього аналога є розсувні породоруйнуючі органи, використання сили ваги для їх розведення з опорою на забій раніш пробуреної свердловини, з також телескопічний пристрій каналу зворотної циркуляції бурового розчину В заявляемому винаході окремою суттєвою ознакою, спільною по відношенню до цього аналога, є використання бурового долота Недоліками цього аналога є обмежений радіус розширення свердловини, прирощення якого теоретично не може перевищувати радіус раніш пробуреної свердловини за вирахуванням радіуса центральної промивної труби Недоліком прототипу є також опирання похилих рейок на забій раніш пробуреної свердловини через породоруйнуючу бурову коронку (бурове долото), через що бурова коронка і розсувні породоруйнуючі органи (розширюючи коронки) одночасно руйнують забій, просуваючись вздовж осі свердловини з різними швидкостями, що залежать від тиску на породоруйнуючий інструмент (різці) центральної і розширюючих коронок Внаслідок цього профіль розширення (його радіальні координати по висоті) є невизначеним Можливо, що при деякому радіусі розширення, яке не досягло проектного значення, тиск на різцях розсувних коронок зрівняється з тиском на різцях центральної коронки При цьому подальше буріння буде йти вже без розширення, і досягнення проектного діаметра розширення буде теоретично неможливе В будь-якому разі профіль розширення залишається неконтрольованим, що також відноситься до основних недоліків цього аналога За технічною суттю, досягненням технічного результату і сукупністю ознак, що в найбільшій мірі впливають на досягнення бажаного ефекту, найбільш близьким до запропонованого винаходу є буровий пристрій для розширення нижньої ділянки пробуреної свердловини, що включає корпус з породоруйнуючим наконечником, розсувні породоруйнуючі органи у вигляді поворотних куліс (плит) на осях, закріплених у корпусі, кондуктор у вигляді шайби, що спирається на забій раніш пробуреної свердловини і клиноподібне контактує з породоруйнуючими ребрами куліс при поздовжньому переміщенні корпусу відносно шайби під дією ваги корпусу і бурильних штанг (див А с СРСР № 905448, МКИ Е21С17/00) - прототип В заявлюваному винаході спільними ознаками по відношенню до прототипу є корпус, розсувні породоруйнуючи органи у вигляді поворотних куліс на осях, закріплених в корпусі, кондуктор, що спирається на забій раніш пробуреної свердловини і клиноподібне контактує з кулісами при поздовжньому переміщенні корпусу відносно кондуктора під дією ваги корпусу і бурильних штанг Недоліком прототипу є неможливість виконання подальшого розширення свердловини нижче кондуктора у вигляді шайби, опертої на забій, неефективне руйнування міцних гірських порід з огляду на відсутність на ребрах куліс (плит) породоруйнуючого інструменту, який не може бути використаний з огляду на необхідність ковзного контакту між кулісами і кондуктором, відсутність і неможливість виконання каналів для циркуляції бурової рідини, в зв'язку з чим грунт, що руйнується, залишається на дні свердловини, створюючи розпушений шар, непридатний для зведення на ньому досить ефективного фундаменту (буронабивної палі), а також необхідність укорінення в грунт породоруйнуючого наконечника корпуса за відсутності вилучення зі забою продуктів руйнування В основу винаходу поставлено завдання в буровому пристрої для розширюваної свердловини шляхом конструктивних удосконалень створити такі умови взаємодії елементів пристрою між собою і їх взаємодії зі забоєм утворюваної гірської виробки, за яких буде забезпечено розширення будь-якого необхідного профілю, ефективне руйнування гірських порід без обмежень за їх МІЦНІСТЮ, ефективне видалення зі забою зруйнованої породи, утворення розширюваної свердловини на необмежену глибину при обмеженій висоті пристрою, надійна координація і мінімальне зношування взаєморухомих конструктивних елементів пристрою, мінімальні зношування і втрата потужності притерті пристрою об породний масив Відомими суттєвими необхідними ознаками винаходу є наявність корпусу, розсувних породоруйнуючих органів у вигляді поворотних куліс на осях, що закріплені в корпусі, і кондуктора з можливістю поздовжніх переміщень відносно корпусу, клиноподібного контакту з опорними поверхнями куліс, а також використання сили ваги корпусу і приєднаних до нього елементів з опорою кондуктора на забій раніш пробуреної свердловини ВІДМІТНИМИ суттєвими ознаками винаходу є - виконання кондуктора у вигляді циліндра з радіальним пазами, похилими по відношенню до його поздовжньої осі і такими, що вміщають опорні поверхні куліс, - оснащення всього периметра буріння в межах радіуса розширення породоруйнуючим інструментом, - виконання в корпусі циліндричної порожнини за діаметром поверхні кондуктора з можливістю його розміщення в ній, - виконання в корпусі отвору з можливістю сполучення з бурильними трубами, - виконання в кондукторі наскрізного поздовжнього отвору ВІДМІТНИМИ окремими суттєвими ознаками винаходу є - подовження похилих пазів в кондукторі пазами, паралельними поздовжній осі кондуктора на відстань, що відповідає достатній глибині розширення свердловини за один прохід, 44828 - забезпечення кондуїсгора породоруйнуючим органом (буровим долотом) за діаметром буріння вихідної свердловини (до її розширення), - забезпечення корпуса трубою, що сполучається з отвором в корпусі і телескопічно контактує з наскрізним отвором в кондукторі, - виконання в ТІЛІ кондуктора замкненої порожнини Виконання кондуктора у вигляді циліндра з радіальними пазами, похилими по відношенню до його поздовжньої осі і такими, що вміщують опорні поверхні куліс, забезпечує розведення куліс силою ваги корпуса і приєднаних до нього елементів без проникнення корпуса в забій (на відміну від прототипу), і в сукупності з оснащенням периметра куліс у межах радіуса розширення породоруйнуючим інструментом забезпечує ефективне проникнення куліс в бокові стінки свердловини і утворення розширення в породах практично будь-якої МІЦНОСТІ, при цьому виконання в корпусі циліндричної порожнини за діаметром поверхні кондуктора з можливістю його розміщення в ній забезпечує необхідне поздовжнє посування корпусу при нерухомому в поздовжньому напрямку кондукторі, а виконання в корпусі отвору з можливістю сполучення з бурильними трубами в сукупності з виконанням в кондукторі наскрізного поздовжнього отвору забезпечує ефективне видалення зі забою зруйнованої породи потоком бурової рідини по трубам (ерліфт), що є необхідною умовою утворення розширення в свердловині Взаємне виконання корпуса і кондуктора в формі, по суті, гідроциліндра і плунжера забезпечує їх надійну взаємну координацію Подовження похилих пазів в кондукторі пазами, паралельними поздовжній осі кондуктора на висоту, що відповідає висоті розширення свердловини за один прохід, як окрема суттєва ознака винаходу, забезпечує розведення куліс і подальше розширення нижньої ділянки свердловини на необхідну глибину при спільному обертанні корпуса і кондуктора і звільненні кондуктора як від передачі породоруйнуючих навантажень, так і від втрат потужності на тертя торця кондуктора об забій раніш пробуреної свердловини Спорядження кондуктора породоруйнуючим органом (буровим долотом) за діаметром буріння вихідної свердловини (до її розширення), як окрема суттєва ознака винаходу, забезпечує розширення свердловини на необмежену глибину одночасно з вибурюванням центральної частини свердловини Спорядження корпуса трубою, що сполучається з отвором в корпусі і телескопічне контактує з наскрізним отвором в кондукторі, як окрема суттєва ознака винаходу, дозволяє виключити накопичення подрібненої породи в порожнині корпусу і її засмічення Виконання в ТІЛІ кондуктора замкненої порожнини, як окрема суттєва ознака винаходу, дозволяє зменшити вагу кондуктора і знизити втрати потужності при його терті об забій На фіг 1 - 4 представлені приклади можливого конструктивного виконання запропонованого бурового пристрою для розширення свердловини і графічні пояснення його функціонування Фіг 1 - загальний вигляд бурового пристрою (поздовжній розріз) у неробочому стані Фіг 2 - фрагмент пристрою в проміжний момент розведення породоруйнуючих органів при виконанні розширення свердловини Фіг 3 - загальний вигляд пристрою в момент закінчення розведення породоруйнуючих органів при виконанні розширення свердловини Фіг 4 - фрагмент пристрою, що відповідає окремій суттєвій ознаці винаходу, в робочому стані Запропонований буровий пристрій має корпус 1, розсувні породоруйнуючи органи у вигляді поворотних куліс 2, сполучених з корпусом за допомогою осей 3 і споряджених породоруйнуючим інструментом (як приклад - різцями) 4 по всьому периметру, що відповідає радіусу розширення Всередині корпусу 1 виконано циліндричну порожнину 5, в яку, як поршень, входить циліндричний кондуктор 6 з можливістю осьових переміщень відносно корпуса В кондукторі 6 виконані пази 7 з поверхнями 8, похилими по відношенню до поздовжньої осі 9 пристрою В ці пази входять опорні елементи 10 і 11 куліс 2 В кондукторі 6 виконаний наскрізний поздовжній канал 12 діаметром d Отвір такого ж діаметра виконано в торцевій частині 13 корпуса 1 До корпуса 1, як окремий варіант конструкції, приєднано осьову трубу 14, яку телескопічне з'єднано з кондуктором 6 і сполучено з отвором в торцевій частині 13 корпуса, з'єднання споряджене ущільненням 15 Пази 7 з похилими поверхнями 8 (похилі пази) подовжуються в кондукторі, як окремий варіант конструкції, пазами 16, паралельними поздовжній осі пристрою з можливістю вміщення опорних елементів 10 і 11 куліс Висота h пазів 7 і 16 відповідає глибині порожнини 5 в корпусі 1 В корпусі 1 виконано пази 17, що частково вміщають куліси 2 До торця 18 кондуктора, як окремий варіант конструкції, приєднано бурове долото 19 (див фіг 4) з шарошечним інструментом 20 В ТІЛІ кондуктора 6, як окремий варіант конструкції, виконано замкнену кільцеву порожнину 21 В стані, що відповідає фіг 1, пристрій приєднується до бурильних труб 22 і опускається в раніш пробурену свердловину до торкання її забою торцем 18 кондуктора 6 Після включення системи циркуляції бурової рідини, потік якої входить в радіальний отвір 23, виконаний в кондукторі, він піднімається по каналу 12, осьовій трубі 14 (або безпосередньо через порожнину 5, якщо трубу 14 не введено в пристрій), через бурильні труби 22 і далі виходить на поверхню Через бурильні труби (або від занурюваного приводу) корпус 1 обертається Потім пристрою передається осьове навантаження (як різниця між вагою корпуса 1 з приєднаними до нього деталями в сукупності з буровою колоною і зусиллям підвішування на гаку бурового станка на поверхні) Вказане осьове навантаження передається через осі 3 і опорні елементи 11 куліс 2 на похилі поверхні 8 кондуктора 6 і, в кінцевому рахунку, на забій свердловини (в сумі з вагою самого кондуктора) Похилі поверхні 8 клиноподібне взаємодіють з опорними елементами 11, внаслідок чого на кулісах 2 виникає момент обертання куліс 44828 8 навколо осей 3 в бік проникнення куліс в бокові 7 кондуктора 6, за рахунок чого забезпечується стінки виробки По мірі опускання корпуса 1 віднообертання кондуктора спільно з корпусом 1 і висно нерухомого в осьовому напрямку кондуктора 6 ключається суттєве зношування контактуючих покуліси поступово розходяться в радіальному наверхонь корпуса і кондуктора в порожнині 5 Подіпрямку, причому породоруйнуючий інструмент 4 бну функцію виконують також поздовжні пази 16, (різцевий, наприклад) створює за межами діаметщо подовжують похилі пази 7 кондуктора ра раніш пробуреної свердловини кільцеподібний При необхідності розширення свердловини на вруб (фіг 2), що забезпечується розміщенням побільшу глибину (зокрема, при буровому добуванні родоруйнуючого інструмента 4 по всьому перимеалмазної руди), або обмеженій висоті пристрою він тру контакту куліс з гірським масивом Виконання піднімається на поверхню після початку розшипорожнини 5 в корпусі і кондукторі 6 на зразок гідрення повним діаметром, до торця 18 кондуктора, роциліндра і плунжера в ньому забезпечує їх наяк окремий варіант пристрою, приєднується буродійну взаємну координацію Описаний механізм ве долото 19 з шарошечним інструментом 20 (фіг розведення куліс діє до закінчення похилих повер4) При опусканні пристрою в свердловину і опихонь 8 в пазах 7 (фіг 2), після чого розклинююча ранні бурового долота на забій відбувається подадія кондуктора припиняється Подальше розвельше насування корпуса 1 на кондуктор 6, куліси 2 дення куліс під дією осьового навантаження відбурозводяться аналогічно описаній вище схемі, а вається за рахунок опори нижніх ребер куліс на потім виконується буріння свердловини долотом уже сформовану частину кільцевого вруба При 19 з одночасним її розширенням на необмежену цьому площа опори на забій нижніх ребер куліс 2 глибину значно перевищує площу опори на забій радіально Щоб уникнути осідання подрібненої породи в направленої частини ребер при початковій рівнопорожнині 5, як в значно розширеній частині канавазі вертикальної Rz і радіальної Rr реакцій, що лу пдровиносу пульпи, де швидкість потока падає, діють на кулісу 2 По мірі розведення куліс реакція до корпуса 1 (фіг 1) приєднано, як окремий варіRr зростає при незмінному значенні Rz Розведенант пристрою, осьову трубу 14, що телескопічне ня куліс закінчується при досягненні неозброєною входить в центральний канал 12 кондуктора 6, частиною верхніх ребер куліс опорних поверхонь спорядженого ущільненням 15, так що потік буро24, виконаних в корпусі 1 Радіус розширення, що вої рідини піде по трубі 14, обмиваючи порожнину визначається довжиною куліси, конструктивно не 5 При русі куліс 2 вздовж пазів 16 торець 18 конобмежений, він може перевищувати подвійний дуктора зазнає тертя об забій раніш пробуреної радіус розширюваної свердловини свердловини тільки під власною вагою за вирахуванням архімедової сили Для зниження тиску на Подальше розширення свердловини на проекзабій торцевої поверхні 18 і и зношування при тну глибину може відбуватись, як окремий варіант, обертанні кондуктора 6 в його ТІЛІ виконано заза рахунок подальшого опускання корпуса 1 мкнену порожнину 21, за рахунок чого зменшувздовж кондуктора 6 (див фіг 3), причому забезється вага кондуктора печується поступове розміщення верхньої частини кондуктора 6 в порожнині 5, виконаної в корпусі 1 За рахунок форми похилих поверхонь 8 і розПри цьому кондуктор 6 не сприймає породоруйнумірів куліс 2 може бути забезпечений потрібний ючого осьового навантаження, чим забезпечується профіль розширення свердловини При бурінні зниження втрат потужності на тертя торця кондуксвердловини малого діаметра зруйнована порода тора об забій свердловини Такий процес може видаляється зі забою вихідним потоком бурової продовжуватися до торкання забою опорними рідини по затрубному простору, а подається рідиелементами 11 куліс 2 на від насоса по бурильним трубам 22, порожнині 5 і каналу 12 Опорні елементи 11 і 10 куліс 2 входять в пази 44828 10 Фіг. З ФІГ. 1 Фіг. 2 и/ Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90