Устройство забойное для создания равномерной нагрузки на долото
Полезная модель предназначена для проводки глубоких и направленных скважин, а именно для создания равномерной нагрузки на долото и ликвидации прихватов при бурении забойными двигателями и роторном способе. Целью полезной модели является упрощение конструкции, снижение стоимости производства, обеспечение потенциальных конструктивных возможностей для изготовления устройства забойного для создания равномерной нагрузки на долото малого диаметра, в том числе для обеспечения автоматической постоянной осевой нагрузки на долото при бурении колтюбингом, боковых и горизонтальных стволов и ответвлений, компенсации колебаний и освобождения от прихватов низа компоновки. Поставленная задача достигается тем, что устройство забойное для создания равномерной нагрузки на долото включает в себя цилиндрический корпус, имеющий во внутренней полости выдвижной вал, снабженный в верхней части поршнем, отличающийся тем, что выдвижной вал имеет круглое сечение и снабжен продольными проточками, которые в соединении со шпонками корпуса обеспечивают возможность возвратно-поступательного его движения и передачу крутящего момента, на выдвижной вал с проточками с упором в кольцевой торец верхнего переводника жестко устанавливается опорное кольцо «на горячую», к верхнему его концу крепится поршневая группа и сменное сопло, а для крепления шпонок и передачи ударных нагрузок нижнему переводнику к нижней части корпуса крепится башмачное кольцо.
Полезная модель предназначена для проводки глубоких и направленных скважин, а именно для создания автоматической равномерной нагрузки на долото и ликвидации прихватов при бурении забойными двигателями и роторном способе.
Известно «Устройство для передачи осевой нагрузки на долото» А.С. №415346 СССР, Е21В 17/10, опубликовано 15.02.1974 г., бюл. №6 [1], имеющее корпус с отверстием, соединенный жестко с колонной труб и статором турбобура, подвижный поршень, закрепленный к полому штоку, который связан с валом турбобура. Величина, создаваемой дополнительной нагрузки на долото равна произведению кольцевой площади поршня на суммарный перепад давления в турбобуре и долоте.
Применение устройства возможно только при турбинном бурении и ход полого штока ограничен осевым люфтом турбобура. Поэтому колебания возникающие на долоте и турбобуре будут передаваться бурильной колонне, а при прихвате компоновки ниже устройства отсутствует возможность создания дополнительной динамической нагрузки для ее освобождения.
Известно забойное устройство подачи долота, патент на полезную модель №55848 по заявке №2006110739 от 3.04.2006 г., зарегистрирован 27.08.2006 г. Устройство включает цилиндрический корпус с центратором, соединенный в верхней части с колонной бурильных труб, имеющий во внутренней полости выдвижной вал многогранной формы, снабженный в верхней части поршнем, а в нижней части подвижным центратором с отверстием многогранной формы отличающееся тем, что верхняя торцевая часть выдвижного вала снабжена промывочной диафрагмой с вогнутой торцевой поверхностью, с тарированными отверстиями и шаром, перекрывающим отверстие. В верхней подпоршневой
части выдвижного вала жестко закреплено опорное кольцо, а в нижней части корпуса имеется перепускное отверстие и жестко закрепленный ниппель корпуса с отверстием многогранной формы.
Наличие выдвижного вала и ниппеля с отверстием многогранной формы повышает сложность и стоимость изготовления, увеличивает диаметр описанной окружности многогранника и ограничивает потенциальные возможности создания устройства малого диаметра, например, для бурения на гибких трубах, боковых стволов и ответвлений, разбуривания цементных стаканов и пробок в обсадной колонне. Наличие промывочной диафрагмы с тарированными отверстиями, усложняет создание устройства меньшего диаметра, а спуск шара осложняется необходимостью его прохода через трубу колтюбинга, намотанную на барабан.
Целью полезной модели является упрощение конструкции, снижение стоимости производства, обеспечение потенциальных конструктивных возможностей изготовления устройства забойного для создания равномерной нагрузки на долото малого диаметра, в том числе для обеспечения автоматической постоянной осевой нагрузки на долото при бурении колтюбингом, боковых и горизонтальных стволов и ответвлений, компенсации колебаний и освобождения от прихватов низа компоновки.
Указанная цель достигается тем, что выдвижной вал изготавливается из бурильных труб, а передача крутящего момента осуществляется за счет проточек вдоль выдвижного вала и сменных шпонок, которые находятся в нижнем ниппеле и крепятся при помощи башмачного кольца. Сцепление сменных шпонок и выдвижного вала с проточками обеспечивает контакт и скольжение при возвратно-поступательном движении вала, передачу крутящего момента от корпуса к валу, а возможность замены шпонок повышает ремонтопригодность устройства. Постоянство осевой нагрузки достигается путем установки сменного сопла с тарированным отверстием.
На фиг.1, представлен общий вид устройства, состоящий из двух сборных частей. Первая часть состоит из верхнего ниппеля 1, корпуса 2 и нижнего ниппеля 3 с круглым отверстием и сменными шпонками 4, которые закрепляются
башмачным кольцом 5. Вторая часть, включает выдвижной вал с проточками 6, сопло 7 со сменными насадками, поршневую группу 8, верхний переводник 9, а также посаженное на «горячую» опорное кольцо 10 и нижний переводник 11.
Усилие действующее на выдвижной вал с проточками 6 равно гидравлической составляющей осевой нагрузки на долото, Н
где 
Р - разница между давлением в корпусе устройства над соплом и давления в затрубном пространстве, Па;
d к - внутренний диаметр корпуса, мм.
Меняя производительность насосов, диаметр насадки в сопле и диаметр насадок в долоте при заданной характеристике забойного двигателя программируют гидравлическую составляющую нагрузки на долото. Проверяют длину и возможность захода и выхода вала, герметичность соединения поршневой группы 8 и корпуса 2.
Устройство работает следующим образом. Нижний переводник 11 соединяют с компоновкой нижней части бурильной колонны (КНБК): долотом, забойным двигателем и опорно-центрирующими элементами.
Производят спуск компоновки в скважину, запуск насосов, наблюдение давления на стояке, по которому определяют перепад давления Р и гидравлическую нагрузку F по формуле (1). Если величина ее не соответствует требуемой то производят замену насадки на сопле с отверстием, обеспечивающим необходимый перепад давления. Оценивают герметичность устройства. Далее осуществляют подачу долота до забоя, в том числе с вращением ротора, опускание колонны на длину хода вала и фиксируют тормоз лебедки. Контролируют давление на насосе и вес бурильной колонны. Уменьшение давления сигнализирует о возможной промывке поршневой группы 8. Увеличение веса информирует о полном выдвижении вала и действии на колонну гидравлической составляющей нагрузки на долото.
При спуске бурильной колонны при возникновении заклинки в скважине элементов подвижной части компоновки, устройство забойное для создания
равномерной нагрузки на долото используется для освобождения от прихватов за счет ударных нагрузок, создаваемых при движении бурильной колонны вверх и вниз. При этом удар вверх передается через выступ внутри нижнего ниппеля корпуса 3 и опорное кольцо 10, а вниз через нижний башмак 5 и нижний переводник 11. Ударные нагрузки создаются многократно при движении бурильной колонны вниз и вверх до освобождения подвижной части компоновки.
При вращении бурильной колонны, в том числе при роторном бурении, вращение передается через верхний ниппель 1, корпус 2, нижний ниппель 3 и через шпоночное соединение выдвижному валу с проточками 6. Производят контрольный спуск колонны, «зарядку» устройства, оценивают механическую скорость, которая должна быть больше чем без применения устройства за счет плавной подачи долота и постоянной осевой нагрузки, что ограничивает амплитуду крутильных и продольных колебаний, износ долота и обеспечивает постоянный контакт долота с горной породой.
В случае необходимости увеличение нагрузки производят и за счет веса колонны при полном заходе выдвижного вала с проточками 6 и упора башмачного кольца корпуса 5 на нижний переводник 11. Весовую составляющую фиксируют по уменьшению веса бурильной колонны.
После отработки долота, осуществляют подъем устройства, производят внешний осмотр, опрессовку и проверку захода и выхода вала.
Устройство забойное для создания равномерной нагрузки на долото включает в себя цилиндрический корпус, имеющий во внутренней полости выдвижной вал, снабженный в верхней части поршнем, отличающийся тем, что выдвижной вал имеет круглое сечение и снабжен продольными проточками, которые в соединении со шпонками корпуса обеспечивают возможность возвратно-поступательного его движения и передачу крутящего момента, на выдвижной вал с проточками с упором в кольцевой торец верхнего переводника жестко устанавливается опорное кольцо «на горячую», к верхнему его концу крепится поршневая группа и сменное сопло, а для крепления шпонок и передачи ударных нагрузок нижнему переводнику к нижней части корпуса крепится башмачное кольцо.
