Забойный гидравлический нагружатель

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин с применением гидравлических забойных двигателей или электробуров. Целью заявленной полезной модели является расширение функциональных возможностей гидравлического нагружателя долота за счет придания ему дополнительной функции - вращения корпуса забойного двигателя относительно стенок скважины, Данная техническая задача решается за счет того, что в забойной компоновке предусмотрено новое конструктивное решение узла, соединяющего поршень телескопического устройства и забойный двигатель, которое выполнено в виде многозаходной винтовой пары.

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин с применением гидравлических забойных двигателей или электробуров.

Известна компоновка низа бурильной колонны для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин винтовым забойным двигателем [1].

Однако техническое решение по патенту 2164582 обеспечивает выполнение лишь одной функции - нагружение породоразрушающего инструмента без вращения корпуса забойного двигателя в процессе бурения скважины независимо от веса бурильной колонны.

Обеспечение второй, дополнительной функции, а именно - вращения корпуса двигателя относительно стенок скважины, является исключительно важной в технологиях бурения с использованием колтюбинга и проводки скважин сложного профиля с большим отклонением от вертикали.

Данная техническая задача решается за счет того, что в известной компоновке низа бурильной колонны предусмотрено новое конструктивное решение узла, соединяющего поршень телескопического устройства и забойный двигатель, которое выполнено в виде многозаходной винтовой пары.

На фиг.1 представлен продольный разрез нагружателя в сборе с нижней трубой бурильной колонны, забойным гидравлическим двигателем и породоразрушающим инструментом, а также поперечный разрез полого винтового штока (сечение А-А). На этой же фиг. показано место М, где изображен второй вариант соединения поршня и штока.

Нагружатель состоит из верхнего переводника 1, телескопической системы, включающей цилиндр 2, поршень 3 с уплотнением 4 и расположенный под ним шток 5, выполненный в виде многозаходного винтового ротора. В нижней части цилиндра размещен статор 6, внутреннюю винтовая поверхность которого имеет идентичную с ротором плоскую и пространственную геометрию. В поршне 3 и штоке 5 выполнены сквозные каналы Б для поступления рабочей жидкости к забойному двигателю. В корпусе цилиндра 2 выше статора 6 высверлены радиальные отверстия В.

Верхний переводник 1 с торцевым упором и связанный с ним цилиндр 2 соединены с нижней трубой бурильной колонны 7. Полый шток 5 жестко связан с корпусом забойного двигателя 8 (на фиг 1. показан гидравлический винтовой забойный двигатель), выходной вал 9 которого соединен с породоразрушающим инструментом 10.

Для свободного осевого перемещения винтового штока в направлении забоя при действии реактивного момента на корпусе забойного двигателя в процессе долбления направление винтовых нарезок пары шток-статор должно быть противоположно направлению вращения выходного вала двигателя, то есть левым для типовых конструкций турбобуров или ВЗД. В этом случае винтовой шток и корпус забойного двигателя поворачиваются против часовой стрелки (глядя сверху), а на корпусе нагружателя возникает момент, закрепляющий резьбовые соединения бурильной колонны, что также способствует эффективной работе забойной компоновки.

Числа заходов и шаги винтовых поверхностей пары шток-статор выбираются исходя из достижения рациональной угловой скорости корпуса забойного двигателя в заданных условиях бурения (в зависимости от сочетания частоты вращения долота и механической скорости бурения).

В основном конструктивном варианте нагружателя поршень 3 и шток 5 представляют единое целое, а во втором варианте эти детали не имеют жесткой связи («плавающий» поршень), что улучшает условия работы уплотнения 4 (устраняется его винтовое движение) и сборки нагружателя (в частности при замене изношенного поршня).

Нагружатель функционирует следующим образом. При подаче бурового раствора в бурильную колонну 7 давление жидкости, определяемое перепадом в забойном двигателе 8 и породоразрушающем инструменте 10, действую на верхний торец поршня 3, посредством штока 5 передается на корпус забойного двигателя 8 и создает осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент. Величина осевой нагрузки пропорциональна площади поршня и перепаду давления.

По мере разбуривания забоя и углубления скважины породоразрушающий инструмент 10 вместе с забойным двигателем 8, штоком 5 и поршнем 3 перемещается вниз, причем корпус двигателя, связанный с винтовым штоком, одновременно поворачивается относительно стенок скважины и корпуса цилиндра 2. Поступательное перемещение указанной выше группы деталей вниз будет продолжаться до тех пор, пока поршень 3 не пройдет радиальные отверстия В и произойдет разгерметизация внутренней полости труб, что является индикатором завершения цикла проходки, равной ходу поршня.

Для приведения нагружателя в рабочее положение требуется с поверхности осуществить спуск бурильной колонны 7 с тем, чтобы поршень занял верхнее исходное положение в цилиндре (при контакте поршня 3 и упорного торца переводника 1, фиг.1). Далее в процессе бурения цикл будет повторяться.

Применение предложенного устройства нагружателя обеспечит экономический эффект в наклонно направленном и горизонтальном бурении (поддержание заданной нагрузки на породоразрушающий инструмент вне зависимости от сил трения колонны труб о стенки скважины и угла наклона забойной компоновки) и бурении с использованием непрерывных гибких труб (устраняется необходимость применения утяжеленных труб и обеспечивается вращение корпуса двигателя, что предотвращает затяжки и прихваты компоновки низа бурильной колонны в процессе долбления).

Источники информации

1. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины, том 2. М., ИРЦ «Газпром», 2007.

2. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Власов А.В., Мессер А.Г., Потапов Ю.Ф. Компоновка низа бурильной колонны для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин винтовым забойным двигателем. Патент 2164582, кл. Е21В 7/08 с приоритетом 16.06.1999.

1. Забойный гидравлический нагружатель, установленный между бурильной колонной и забойным двигателем и представляющий собой телескопическую систему, состоящую из цилиндра, соединенного с нижней бурильной трубой и расположенного внутри цилиндра поршня, связанного с корпусом забойного двигателя посредством полого штока, отличающийся тем, что полый шток выполнен в виде многозаходного винтового ротора, взаимодействующего с закрепленным в нижней части цилиндра винтовым статором, имеющим идентичную с ротором плоскую и пространственную геометрию.

2. Забойный гидравлический нагружатель по п.1 в компоновке с винтовым забойным двигателем, отличающийся тем, что рабочие органы винтового забойного двигателя и винтовая пара соединения штока и цилиндра имеют одинаковое направление винтовых нарезок.

3. Забойный гидравлический нагружатель по п.1, отличающийся тем, что поршень и винтовой шток не имеют жесткой связи.