Агрегат для бурения скважин большого диаметра

 

Изобретение относится к технике бурения скважин большого диаметра реактивно-турбинными бурами. Цель изобретения - увеличение производительности бурения за счет повышения стойкости долот. Агрегат содержит траверсу с центральным переводником, грузы - утяжелители и три забойных двигателя с редукторными модулями, оснащенных долотами с равным наружным диаметром. Передаточное соотношение модулей определяется зависимостью Uс= 2Rс/Rк Uк, где Uс передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя; Uк передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя; Rс расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя; Rк расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя. Крутящий момент от валов приводных двигателей 4 через редукторные модули 5 передается на долота 6 и перераспределяется в соответствии с удаленностью долота от продольной оси бура. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике бурения скважин большого диаметра.

Известны буры РТБ по ОСТ 39-148-82 [1] для бурения скважин большого диаметра, содержащее 2-4 турбобура, соединенных траверсой с переводником и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему.

Недостаток известных буров РТБ - малые скорости проводки скважин и малые проходки на долото, определяющиеся высокой частотой вращения турбобуров.

Известны редуцирующие устройства, понижающие частоту вращения валов турбобуров, например синусошариковые редукторные модули [2], обладающие компактными габаритными размерами и широким диапазоном передаточных чисел. В агрегатах РТБ при числе турбобуров более 2, например трехтурбинных бурах РТБ 1560, наличие третьего турбобура значительно повышает скорость проходки.

Недостатком бурения скважин трехтурбинными бурами является то, что средний турбобур обрабатывает значительно меньшую площадь забоя, чем крайние, т. е. загружен не полностью, и, как следствие, комплект долот на забои отрабатывается не равномерно, что ограничивает производительность буров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату по первому варианту является четырехтурбинный бур РТБ-4600, содержащий 4 турбобура, соединенных траверсой с переводником и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему и оснащенный 4 долотами одинакового диаметра 750 мм (одинаковой энергоемкости).

Недостатками бура (прототипа) являются ограниченные механическая скорость бурения и, как следствие, производительность проводки скважин, обусловленные тем, что средние турбобуры обрабатывают значительно меньшую площадь забоя по сравнению с крайними, т. е. загружены не рационально, кроме этого, при бурении комплект долот отрабатывается не равномерно, что ограничивает производительность буров при проводке скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату по второму варианту является трехтурбинный бур РТБ-2600, содержащий 3 турбобура, соединенных траверсой с переводником и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему.

Недостатками бура (прототипа) являются ограниченные механическая и, как следствие, коммерческая скорости проводки скважин, обусловленные тем, что использование долот увеличенных размеров типа ДРБ-750 для средних турбобуров снижает механическую скорость проводки скважин вследствие разных режимов отработки долот разных диаметров.

Цель изобретения - увеличение производительности за счет повышения стойкости долот.

Цель по первому варианту достигается тем, что агрегат для бурения скважин большого диаметра, содержащий не менее 3-х забойных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему, оснащенный долотами одинакового диаметра, снабжен гаммой редукторных модулей с разными передаточными числами. При этом передаточные отверстия крайних редукторных модулей выбираются исходя из требуемой частоты вращения забойных двигателей по технологическим условиям, а передаточные отношения средних определяются по следующей зависимости: Uc = Uк, где Uс - передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя; Uк - передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя; Rс - расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя; Rк - расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя.

Цель по второму варианту достигается тем, что агрегат для бурения скважин большого диаметра, содержащий не менее 3-х забойных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями в единую жесткую систему, и оснащенный для исключения при бурении керна, в центре и по кольцевым концентрическим окружностям выработки долотами увеличенных размеров (по диаметру), крайние и средние забойные двигатели снабжаются редукторными модулями с разными передаточными числами. При этом передаточные отношения крайних редукторных модулей выбираются исходя из требуемой частоты вращения забойных двигателей по технологическим условиям, а передаточные отношения средних определяются по следующей зависимости: Uc = Uк, где Uc - передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя; Uк - передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя; Rc - расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя; Rк - расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя; Dc - наружный диаметр долота среднего забойного двигателя;
Dк - наружный диаметр долота крайнего забойного двигателя.

Выполнение агрегата для бурения скважин большого диаметра вследствие обеспечения его забойных двигателей гаммой редукторных модулей, например синусошариковых с широким диапазоном передаточных чисел, приведенных в таблице, повышает технико-экономические показатели бурения скважин.

Диапазон передаточных чисел синусошариковых редуцирующих механизмов забойных двигателей в габарите 164-240 мм (при поступенчатом исполнении).

Известно выражение, в котором реализуемая на долоте мощность N в безредукторном забойном двигателе может быть определенa по следующей зависимости
N=Vм. Av.F (1) где Vм - механическая скорость бурения;
Av - удельная энергоемкость разрушения горной породы;
F - площадь горизонтальной проекции забоя скважины, обрабатываемая долотом.

При снабжении забойных двигателей редукторными модулями, выражение (1) может быть записано в виде
N = VAF, (2) где U - передаточное отношение редуктора забойного двигателя.

Анализ выражений (1) и (2) показывает, что при одной и той же удельной энергоемкости разрушения горной породы (Av), затрачиваемая мощность во втором случае будет ниже, что приводит к увеличению долговечности долота и повышению производительности при бурении скважин.

В агрегатах для скважин большого диаметра по первому варианту, содержащих 3 и более забойных двигателей при бурении долотами одинаковой энергоемкости, т. е. одинакового диаметра D, в целях рационального использования энергоемкости всех забойных двигателей агрегата крайние и средние забойные двигатели снабжаются редукторными модулями с разными передаточными числами. Передаточные отношения средних редукторных модулей забойных двигателей (Uc) при известных крайних (Uк) определяются следующим образом. Выражение (2) для средних и крайних редукторных модулей забойных двигателей записываются в виде
Nc= AV2RcD, (3)
Nк = AVRкD, (4) где Fc = 2 Rc . D;
Fк = Rк. D (цифра 2 в данном выражении отсутствует ввиду того, что площадь забоя бурится двумя крайними забойными двигателями).

Приравняв правые и левые части выражений (3) и (4), получают:
Uc = Uк (5)
П р и м е р. При бурении скважин агрегатом РТБ-2250 используется 3 долота диаметром D = 490 мм. Для приведенной конструкции РТБ Rк = 880 мм; Rc = 320 мм. По технологическим условиям для крайних редукторов принято передаточное отношение Uк = 3,5, тогда по зависимости, приведенной в формуле изобретения, получают
Uc = Uк = 3,5=2,55
По таблице принимают Uк = 2,5. Подставляя приведенные данные в формулы (3) и (4), получают примерно одинаковые мощности, реализуемые на всех долотах, что позволяет рационально отрабатывать их, вследствие чего увеличивается скорость проводки скважины.

В агрегатах для бурения скважин большого диаметра по второму варианту, содержащих 3 и более забойных двигателя при бурении долотами разной энергоемкости, т. е. разного диаметра (Dc Dк) крайние и средние забойные двигатели снабжаются редукторными модулями с разными передаточными числами, передаточные отношения средних редукторных модулей определяются из выражения (2):
Nc = AV2RcDc, (3)
Nк = AVRкDк, (4)
Uc = Uк. (5)
Такое выполнение агрегата для бурения скважин большого диаметра за счет обеспечения его забойных двигателей редукторными модулями повышает долговечность долот, а снабжение крайних и средних забойных двигателей редукторными модулями с разными передаточными числами обеспечивает рациональное использование подводимой энергомощности, что повышает скорость проводки скважин.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного тремя редукторными забойными двигателями и долотами одинаковой энергоемкости; на фиг. 2 - схема компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного 4 редукторными забойными двигателями и долотами одинаковой энергоемкости; на фиг. 3 - компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного тремя редукторными забойными двигателями и долотами разной энергоемкости; на фиг. 4 - схема компоновки агрегата для бурения скважин большого диаметра, снабженного 4 редукторными двигателями и долотами разной энергоемкости; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 2.

Агрегат для бурения скважин большого диаметра содержит траверсу 1 с центральным переводником 2, грузо-утяжелители 3 и три забойных двигателя 4 с редукторными модулями 5, укомплектованных долотами 6 разной энергоемкости.

Возможны и другие компоновки агрегатов для бурения скважин большого диаметра. Например, изображенный на фиг. 2 агрегат содержит траверсу 7 с центральным переводником 2, грузы-утяжелители 8 и четыре забойных двигателя 4 с редукторными модулями 5, укомплектованных долотами 9, 10, 11 разной или одинаковой энергоемкости.

Агрегат для бурения скважин большого диаметра работает следующим образом.

Крутящий момент от валов приводных двигателей 4 через редукторные модули 5 передается на долота 6. Возникающий реактивный момент на забое вращает агрегат вокруг оси центрального переводника 2.

Экономический эффект будет получен за счет рационального использования энергоносителей забойных двигателей; экономии долот; увеличения производительности при бурении.


Формула изобретения

1. АГРЕГАТ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА, содержащий не менее трех забойных вращательных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями, и долота равного диаметра, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности за счет повышения стойкости долот, агрегат снабжен редукторными модулями с разным передаточным отношением, определяемым в соответствии с зависимостью

где Uс - передаточное отношение редукторного модуля среднего забойного двигателя;
Uк - передаточное отношение редукторного модуля крайнего забойного двигателя;
Rс - расстояние от центральной оси агрегата до оси среднего забойного двигателя, мм;
Rк - расстояние от центральной оси агрегата до оси крайнего забойного двигателя, мм.

2. Агрегат для бурения скважин большого диаметра, содержащий не менее трех забойных вращательных двигателей, связанных траверсой и грузами-утяжелителями, и средние забойные двигатели, оснащенные долотами увеличенных размеров, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности за счет повышения стойкости долот, агрегат снабжен редукторными модулями с разным передаточным отношением, определяемым в соответствии с зависимостью

где Dс - наружный диаметр долота среднего забойного двигателя, мм;
Dк - наружный диаметр долота крайнего забойного двигателя, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра и может быть использовано для бурения вертикальных скважин в наклонно залегающих анизотропных породах, а также для исправления кривизны скважины

Изобретение относится к проведению вертикальных горных выработок, а именно к проходке глубоких скважин больших диаметров буровым способом

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для бурения скважин различного назначения с отбором керна

Изобретение относится к бурению шахтных стволов и скважин большого диаметра, а конкретно к устройству роторных породоразрушающих органов, оснащаемых шарошечным инструментом

Изобретение относится к технике бурения горных выработок, а конкретно - к конструкции лапы шарошечного инструмента для оснащения буровых органов уступного действия

Изобретение относится к буровому инструменту для вращательного бурения геологоразведочных и эксплуатационных скважин в мягких породах разных типов

Изобретение относится к углубке ствола шахты, рудника, включающей создание предохранительного устройства и бурение передовой скважины большого диаметра

Изобретение относится к роторному бурению шахтных стволов и скважин большого диаметра, конкретно к устройству породоразрушающих органов

Изобретение относится к бурению скважин планетарно-долотным способом и может быть использовано при сооружении скважин на нефть, газ, воду и другие цели

Изобретение относится к буровой технике, а именно к оборудованию для бурения глубоких скважин большого диаметра планетарно-долотным способом

Изобретение относится к горному делу

Изобретение относится к горному делу

Изобретение относится к буровой технике, а именно к оборудованию для бурения глубоких скважин большого диаметра

Изобретение относится к горному делу, а именно, к технике бурения скважин большого диаметра для различного целевого назначения, а также может применяться для уширения взрывных скважин

Группа изобретений относится к горной технике, а именно к проходческим механизмам, может быть использована для прокладки вертикальных стволов шахт. Технический результат направлен на повышение скорости проходки ствола при сохранении прочностных характеристик приконтурного массива. Способ включает обуривание массива породы с использованием колонкового бура, установку постоянной крепи. При этом привод бура размещают на проходческом полку. Породу внутри корпуса бура в каждой заходке перед подъемом разрушают буро-взрывным способом, для чего корпус бура отсоединяют от буровой колонны, которую удаляют на безопасное расстояние. После проветривания призабойного пространства отбитую породу грейферным или ковшовым погрузчиком, связанным с проходческим полком и распираемым в несущие элементы постоянной крепи ствола, загружают в подъемную бадью и извлекают ее на поверхность. После чего посредством шарнирно установленных консольных штанг соединяют бур с буровой колонной. Устройство, в котором бур выполнен с возможностью отсоединения его корпуса от буровой колонны, для чего ее концевая часть снабжена шарнирно установленными консольными штангами. Концевая часть штанги выполнена с запирающим хвостовиком, входящим в зацепление с фиксирующей обоймой, жестко закрепленной на корпусе бура. Консольные штанги буровой колонны связаны с ней подъемными гидроцилиндрами. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству для проходки шахтного ствола. Технический результат заключается в обеспечении возможности обеспечения при периодическом отводе вынутого материала из единственной емкости для промежуточного хранения непрерывной очистной выемки. Устройство для проходки шахтного ствола, содержащее выемочный инструмент для выемки материала на забое шахтного ствола. Расположенные в зоне действия выемочного инструмента транспортные средства для отвода вынутого на забое шахтного ствола материала на передаточную позицию, имеющую единственную емкость для промежуточного хранения, и подъемные средства для отвода вынутого материала из емкости для промежуточного хранения. Причем транспортные средства содержат всасывающий трубопровод и подсоединенный к всасывающему трубопроводу вытяжной вентилятор, обеспечивающий создание воздушного потока, направленного от забоя шахтного ствола в емкость для промежуточного хранения. При этом емкость для промежуточного хранения, выполненная в виде всасывающего резервуара, а также пылевой фильтр транспортных средств, соединенный с всасывающим резервуаром посредством соединительного трубопровода, поддерживаются шахтной платформой, расположенной между шахтной платформой, находящейся со стороны забоя шахтного ствола, и шахтной платформой, находящейся со стороны устья шахтного ствола. Причем к пылевому фильтру подсоединен соединительный трубопровод, соединенный с вытяжным вентилятором транспортных средств, поддерживаемым промежуточной шахтной платформой. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх