Аварийный инструмент для извлечения прихваченной бурильной колонны в наклонно-направленной скважине
Владельцы патента RU 2720834:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» (RU)
Изобретение относится к области буровой техники и предназначено для извлечения прихваченной бурильной колонны и бурового инструмента в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах. Инструмент включает параллельно-сопряженную бурильную колонну с буром и гидромониторной головкой, которая соединена соосно с направляющей втулкой, имеющей возможность скольжения по прихваченной бурильной колонне. Направляющая втулка оснащена кольцевой коронкой и связана зубчатой передачей с параллельно-сопряженной бурильной колонной. Для обеспечения устойчивости бурения скважин в заданном направлении необходимо, чтобы отношение моментов, создаваемых на буровой и кольцевой коронках М1 и М2 соответственно, было пропорционально отношению площади бурения этих коронок S1 и S2. Динамическое равновесие системы (буровой колонны) достигается путем выполнения передаточного отношения i21:S1/S2 = M1/M2 = z1/z2 = i21, где z1 и z2 – число зубьев шестерен зубчатой передачи от буровой и от кольцевой коронок соответственно. Повышается надежность высвобождения прихваченной колонны. 2 ил.
Изобретение относится к области буровой техники и предназначено для извлечения прихваченной бурильной колонны и бурового инструмента в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.
В настоящее время при строительстве инженерных коммуникаций бестраншейным способом широко применяется горизонтально-направленное бурение скважин (ГНБ). Для технологии ГНБ характерны частые аварии, сопровождающиеся потерей в скважинах дорогостоящего бурового и навигационного оборудования. Потраченное время на попытки устранения аварий приводит к увеличению степени прихвата и потери всей или части бурильной колонны.
Для извлечения части бурильной колонны в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах предложен подвесной аварийный буровой агрегат [1]. Авария ликвидируется путем бурения параллельно-сопряженной скважины, включающий параллельно-сопряженную бурильную колонну с буром и гидромониторной головкой. С целью качественного и надежного высвобождения прихваченной колонны либо бурового инструмента, параллельно-сопряженная бурильная колонна соединена жестко и соосно с подвесной направляющей втулкой, оснащенной зубцами, скользящей по прихваченной бурильной колонне.
Высвобождение прихваченной колонны обеспечивается бурением параллельно-сопряженной скважины до интервала прихвата бурильной колонны с одновременной разгрузкой зоны сжатия породы прихваченной бурильной колонны. Прихваченная бурильная колонна оседает под собственным весом в разбуренный забой, образованный двумя параллельно-сопряженными скважинами, и извлекается назад.
Недостатком агрегата [1] является то, что направляющая втулка, перемещается по прихваченной бурильной колонне под действием только осевой нагрузки, и не может выполнять разрушение кольцевого забоя, образованного прихваченной бурильной колонной и направляющей втулкой. Поэтому скорость перемещения направляющей втулки будет зависеть от мощности буровой установки, диаметра и длинны извлекаемой колонны, буримости пород и при неблагоприятном сочетании условий бурения параллельно-сопряженной скважины, скорость может упасть вплоть до прекращения бурения.
Наличие крутящего момента у бура будет приводить к развороту бура и параллельно-сопряженной скважины вокруг направляющей втулки и соответственно прихваченной колонны.
Задачей, на которое направлено техническое решение, является создание устройства, позволяющего с высокой надежностью извлекать прихваченную бурильную колонну и буровой инструмент в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.
Техническим результатом является снижение технических рисков при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Указанный технический результат достигается бурением параллельно-сопряженной скважины посредством аварийного инструмента для извлечения прихваченной бурильной колонны в наклонно-направленной скважине, включающим параллельно-сопряженную бурильную колонну с буром и гидромониторной головкой, которая соединена соосно с направляющей втулкой, имеющей возможность скольжения по прихваченной бурильной колонне, при этом с целью надежного высвобождения прихваченной колонны, направляющая втулка оснащена кольцевой коронкой и связана зубчатой передачей с параллельно-сопряженной бурильной колонной. Для обеспечения устойчивости бурения скважин в заданном направлении необходимо чтобы отношение моментов, создаваемых на буровой и кольцевой коронках М1 и М2 соответственно, было пропорционально отношению площади бурения этих коронок S1 и S2. Динамическое равновесие системы (буровой колонны) достигается путем выполнения передаточного отношения i21:
S 1/S2 = M1/M2 = z1/z2 = i21,
где z1 и z2 – число зубьев шестерен зубчатой передачи от буровой и от кольцевой коронок соответственно.
Изобретение поясняется схемой, приведенной на фиг. 1. Подвесной аварийный буровой агрегат состоит из корпуса 1 с направляющей втулкой 2 и шпинделем 3, установленным на подшипниках параллельно оси втулки 2. На шпинделе установлен бур 4, оснащенный гидравлическими соплами и гидромониторная головка 5. Направляющая втулка оснащена кольцевой коронкой 6 и связана зубчатой передачей 7 со шпинделем 3.
Описание работы агрегата демонстрируется на фиг. 2. Бурильная колонна параллельно-сопряженной скважины 8 компонуется буром 4, подвесным аварийным буровым агрегатом 9, гидромониторной головкой 5, защитным центратором 12, соединенными замками 10 с бурильными трубами. Подвесной аварийный буровой агрегат 9 устанавливается направляющей втулкой 2 на прихваченную бурильную колонну 11.
Далее установкой горизонтально-направленного бурения выполняется одновременное бурение параллельно-сопряженной скважины 8 буром 4 и обуривание прихваченной бурильной колонны 11 кольцевой коронкой 6.
Разрушение целика, образованного между прихваченной бурильной колонной 11 и параллельно-сопряженной скважиной 8, осуществляется гидравлическими соплами бура 4 с фронтальной стороны и гидромониторной головки 5 с тыльной.
С целью недопущения поломки бурильной колонны параллельно-сопряженной скважины 8 при контакте с освобожденной прихваченной бурильной колонной 11 предусмотрен защитный центратор 12.
После проходки параллельно-сопряженной скважины 8 до заданного участка (например, расположения расширительного инструмента прихваченной бурильной колонны 11), бурильная колонна параллельно-сопряженной скважины 8 извлекается, прихваченная бурильная колонна 11 освобождается за счет пройденной выработки «8»-образного сечения и также извлекается.
С целью уравновешивания момента закручивания колонны, возникающего от реакции силы резания бура, должно выполняться передаточное отношение:
S 1/S2 = M1/M2 = z1/z2 = i21.
В соответствии с изложенным, технический результат изобретения достигается за счет:
- разгрузки зоны сжатия породы в области прихваченной бурильной колонны;
- гидромониторного эффекта разрушения;
- оседания прихваченной бурильной колонны в разбуренном забое, образованном двумя параллельно-сопряженными скважинами;
- возможностью бурения параллельно-сопряженной скважины до инструмента (пилотного или расширительного) прихваченной бурильной колонны.
Использование предлагаемого подвесного аварийного бурового агрегата позволяет извлекать прихваченную бурильную колонну и буровой инструмент в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, снизить технические и экономические риски.
Источники информации
1. Симисинов И.Л., Симисинов Д.И., Лобанов Н.В., Гаков А.Л., Семенов А.А. Подвесной аварийный буровой агрегат для извлечения прихваченной бурильной колонны. Пат. № 2662833, заявка № 2017126809 от 25.07.2017. Опубликовано: 31.07.2018 Бюл. № 22.
Аварийный инструмент для извлечения прихваченной бурильной колонны в наклонно-направленной скважине, включающий параллельно-сопряженную бурильную колонну с буром и гидромониторной головкой, которая соединена соосно с направляющей втулкой, имеющей возможность скольжения по прихваченной бурильной колонне, отличающийся тем, что с целью надежного высвобождения прихваченной колонны, направляющая втулка оснащена кольцевой коронкой и связана зубчатой передачей с параллельно-сопряженной бурильной колонной, при этом, для обеспечения устойчивости бурения скважин в заданном направлении необходимо, чтобы отношение моментов, создаваемых на буровой и кольцевой коронках М1 и М2 соответственно, было пропорционально отношению площади бурения этих коронок S1 и S2, а динамическое равновесие системы (буровой колонны) достигается путем выполнения передаточного отношения i21:
S 1/S2 = M1/M2 = z1/z2 = i21,
где z1 и z2 – число зубьев шестерен зубчатой передачи от буровой и от кольцевой коронок соответственно.
