Беструбный электробур

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для бурения и расширения скважин электробуром на кабель-канате. Сущность изобретения заключается в том, что верхний фланец корпуса электродвигателя электробура снабжен втулкой, которая посредством осевой опоры вращения соединена с верхней невращающейся частью электробура, нижний фланец корпуса электродвигателя дополнен полым цилиндром, к которому крепится внешний вал и колонковое долото, к нижнему концу полого вала ротора электродвигателя крепится внутренний вал с пилот-долотом для разбуривания центральной части забоя скважины. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность и эффективность работы электробура. 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для бурения и расширения скважин электробуром на кабель-канате.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для бурения скважин на кабель-канате с местной промывкой, т.е. без выхода промывочной жидкости на дневную поверхность, в котором реактивный момент снимается путем использования инерции корпуса бурильного агрегата, разгоняемого попеременно в обе стороны до определенной, наперед заданной скорости реверсированием погружного электродвигателя с поверхности.

Этот электробур, спущенный на забой скважины, способен разрушать породу вращающимся долотом при нагрузке, равной весу агрегата. Долото приводится в действие электродвигателем через понижающий редуктор. Агрегат снабжен двухступенчатым центробежным насосом, шламовой трубой для сбора выбуренной породы [1].

Недостатками этого электробура являются: 1. Под воздействием знакопеременных динамических нагрузок от периодического реверса электродвигателя в металлических конструкциях электробура интенсивно нарастает прочностная усталость в местах болтовых соединений и особенно в месте соединения электробура с кабель-канатом.

2. Изоляция электродвигателя в тяжелых пусковых условиях периодического реверса резко ослабляется, что увеличивает вероятность пробоя на корпус и существенно снижает срок ее службы. Оба указанных обстоятельства требуют применения более надежного и дорогостоящего в изготовлении двигателя.

3. При реверсировании двигателя вследствие замедления частоты вращения и остановки долота в момент реверса средняя частота его вращения будет снижаться и, следовательно, будет замедляться скорость углубки скважины, т.е. будет снижаться производительность буровых работ.

4. Значительное время затрачивается непосредственно на реверс электробура.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности и эффективности работы электробура.

Поставленная задача решается тем, что верхний фланец корпуса электродвигателя снабжен втулкой, которая посредством осевой опоры вращения соединена с невращающейся частью электробура. К нижнему фланцу корпуса электродвигателя с помощью муфты присоединяется полый цилиндр, к которому крепится колонковое долото. К нижнему концу вала электродвигателя с помощью муфты присоединяется полый цилиндр, к которому крепится пилот-долото.

При включении электродвигателя, подвешенного на осевой опоре вращения, его статор и ротор вращаются в противоположных направлениях. Вместе с ними в противоположных направлениях вращаются также колонковое и пилот-долото. Таким образом, в предлагаемом электробуре пилот-долото образует сплошной забой, расширяемый колонковым долотом до диаметра корпуса электробура.

Одновременное вращение ротора и статора в противоположные стороны: 1) позволяет использовать реактивный момент для совершения полезной работы - разрушения породы на забое колонковым долотом; 2) исключает пусковые режимы, обусловленные отсутствием реверса; 3) автоматически снижается абсолютная частота вращения долот, что создает более благоприятный режим их работы и повышает степень использования технического ресурса, заложенного в конструкции буровых долот.

Отличительные признаки нам были не известны из патентной и научно-технической информации, и в связи с этим мы считаем, что заявленное нами техническое решение является новым.

Заявленная совокупность существенных и отличительных признаков является неизвестной для данной отрасли, и это позволяет нам сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлен продольный разрез беструбного электробура. В него входят: корпус электродвигателя 1 с укрепленной на его верхнем корпусе фланце 2 втулки 3, полый вал ротора 4, осевая опора вращения (подшипник) 5, переводник 6, труба 7 с отверстиями 8 на ее верхнем конце, разъемное соединение 9, кабель-канат 10, муфта 11, внутренний вал 12 пилот-долота, пилот-долото 13, внешний вал 14 колонкового долота, муфта 15, колонковое долото 16, вал 17 с лопастями, токоподвод 18, токоподводящие кольца 19 (три штуки), отверстия 20 на нижнем конце внутреннего вала 12 пилот-долота, герметизирующие сальники 21, лубрикатор 22, шламоуловитель, выполненный в виде шлaмосборной трубы 23, опоры вращения 24, корпус электробура 25.

При включении электробура его внутренний и внешний валы 12 и 14 вращаются в противоположные стороны, уравновешивая взаимно свои реактивные моменты вращения, для чего необходимо и достаточно выполнить два условия: - должны быть равны между собой моменты инерции масс, вращающихся в разные стороны; - должны быть уравновешены тормозные моменты, возникающие на пилот-долоте 13 и колонковом долоте 16.

Устройство работает следующим образом.

Электробур спускается в скважину на кабель-канате 10, намотанном на барабане подъемной лебедки. Перед соприкосновением пилот-долота 13 и колонкового долота 16 с забоем включается электродвигатель, и электробур осторожно опускается на забой скважины, создается осевая нагрузка на долота, и начинается бурение.

Частицы разрушенной породы (шлам) выносятся из-под долот с забоя скважины потоком промывочной жидкости, выходящей из промывочных отверстий пилот-долота 13 и отверстий 20 на внутреннем валу. Шлам с промывочной жидкостью поднимается по кольцевому пространству между электробуром и стенками скважины до верхнего конца шламосборной трубы 23 и вследствие снижения скорости восходящего потока (из-за увеличения площади сечения кольцевого пространства выше ее верхнего конца) оседает в ней. Очищенная от шлака жидкость поднимается до отверстий 8 трубы 7, ниже которой в отверстии переводника 6 установлен вал 17 с лопастями (осевой насос), и прокачивается снова на забой скважины. Вал 17 укреплен на верхнем конце втулки 3 и вращается вместе с ней.

После наполнения шламосборной трубы 23 разрушенной породой электробур извлекается из скважины для очистки ее от выбуренной породы, замены отработанных буровых долот, и цикл бурения можно снова повторять.

Для обеспечения более полной очистки промывочной жидкости от частиц разрушенной породы отверстия 8 на трубе 7 должны быть расположены выше верхнего конца шламовой трубы 23, и чем больше будет расстояние между этими отверстиями и верхним концом шламосборной трубы, тем лучше будет происходить очистка промывочной жидкости от шлама. Для нормальной работы электробура уровень промывочной жидкости в скважине всегда должен быть выше отверстий 8 в трубе 7. Для защиты электродвигателя и осевой опоры от воздействия промывочной жидкости внутренняя полость корпуса 1 заполнена маслом и снабжена лубрикатором 22.

Предлагаемый электробур можно также использовать при бурении на гибких трубах, которые при большой длине колонны не могут воспринимать значительных крутящих моментов. В этом случае электробур позволяет вести бурение с использованием (для промывки забоя скважины и удаления с него шлама) аэрированной жидкости, пенных систем или газового агента, которые используются при вскрытии горизонтов с низким пластовым давлением на забой и уменьшения загрязнения ее естественной проницаемости. В этом случае осевой насос должен быть удален из электробура, отверстия 8 на трубе 7 должны быть заглушены.

Заявленное устройство по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: - отсутствует необходимость в обеспечении реверсивным механизмом; - на кабель-канате не возникает реактивных моментов; - детали электробура не испытывают знакопеременных нагрузок;
- в более благоприятных условиях работает обмотка электродвигателя;
- при работе электробура в безреверсивном режиме на бурение скважины будет затрачиваться меньше времени;
- более высокая эксплуатационная надежность;
- срок службы электробура увеличивается;
- при работе электробура на колонне из гибких труб в ней не будут возникать знакопеременные крутильные нагрузки.

Источники информации
1. Степанянц А. К. Вскрытие продуктивных пластов. М.: Недра, 1968 ,с. 334.

Формула изобретения

Беструбный электробур, включающий долото, редуктор, насос, электродвигатель, шламоуловитель, разъемное соединение для замены агрегатов и кабель-канат, отличающийся тем, что верхний фланец корпуса электродвигателя снабжен втулкой, которая посредством осевой опоры вращения соединена с верхней невращающейся частью электробура, нижний фланец корпуса электродвигателя дополнен полым цилиндром, к которому крепится внешний вал и колонковое долото, к нижнему концу полого вала ротора электродвигателя крепится внутренний вал с пилот-долотом для разбуривания центральной части забоя скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1