устройство для создания осевой нагрузки на долото

Формула изобретения

Устройство для создания осевой нагрузки на долото, состоящее из корпуса, вала и якоря, отличающееся тем, что оно имеет электромагнитную катушку, которая установлена в корпусе, и подпружиненный полый шток с немагнитной нижней частью, а электроэнергия к электромагнитной катушке подается по кабелю, пропускаемому через кабелеуплотняющее отверстие в отводе вертлюга во внутренний канал бурильной колонны путем продавки промывочной жидкостью буровым насосом, причем контактный стержень снабжен клапанами, а седло клапанов установлено в корпусе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для бурения скважин на нефть и газ и преимущественно для бурения наклонных и горизонтальных скважин. Оно может быть также использовано и в других отраслях, где есть необходимость создания осевой нагрузки.

Известен способ создания осевой нагрузки на долото и устройство для его осуществления, выполненное в виде массивных толстостенных труб, называемых утяжеленными бурильными трубами.

Осевая нагрузка на долото является одним из параметров режима бурения. Создание осевой нагрузки отличается большой трудоемкостью из-за большого веса свечей утяжеленных бурильных труб. Поэтому в буровой практике часто количество свечей утяжеленных бурильных труб уменьшают до минимума (2-3 свечи), а оставшуюся часть осевой нагрузки создают весом обычных бурильных труб, которые испытывают напряжение сжатия в нижней части бурильной колонны, а по окончании процесса бурения - при спуско-подъемных операциях - растягиваются. Эта знакопеременная нагрузка резко уменьшает долговечность бурильной колонны и является одной из причин аварий с бурильными трубами.

Недостатком применения утяжеленных бурильных труб для создания осевой нагрузки на долото являются большие затраты времени и физических усилий на их сборку и разборку при спуско-подъемных операциях. Кроме того, утяжеленные бурильные трубы невозможно применять при бурении горизонтальных скважин.

Известно устройство для создания осевой нагрузки на долото при бурении скважин (А.с. №643618), состоящее из корпуса, вала, поршней, золотников и гидравлического якоря, работающее под действием перепада давления в циркуляционной системе буровой установки.

Недостатком устройства для создания осевой нагрузки при бурении скважин является то, что оно создает фиксированную осевую нагрузку на долото, обусловленную реальным конкретно заданным перепадом давления в циркуляционной системе, которая практически не регулируется, так как процесс разрушения горной породы и эффективная работа забойного двигателя и долота осуществляются при оптимальном значении количества подаваемой буровым насосом промывочной жидкости и, если изменять величину осевой нагрузки на долото, нужно изменить перепад давления в циркуляционной системе, а для этого нужно изменить количество подаваемой в скважину промывочной жидкости, что нарушит оптимум.

Техническим результатом предлагаемого устройства для создания осевой нагрузки на долото является повышение технико-экономических показателей буровых работ, особенно при бурении наклонных и горизонтальных скважин.

Технический результат в предлагаемом устройстве для создания осевой нагрузки на долото достигается тем, что оно имеет электромагнитную катушку, которая установлена в корпусе, и подпружиненный полый шток с немагнитной нижней частью, а электроэнергия к электромагнитной катушке подается по кабелю, пропускаемому через кабелеуплотняющее отверстие в отводе вертлюга во внутренний канал бурильной колонны путем продавки промывочной жидкостью буровым насосом, причем контактный стержень снабжен клапанами, а седло клапанов установлено в корпусе.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для создания осевой нагрузки на долото.

Оно состоит из корпуса 1, внутри которого размещена электромагнитная катушка 2, полого штока 3 квадратного сечения с немагнитной нижней частью, пружины 4, смягчающей возможные резкие перемещения штока 3, уплотнения 5, контактной муфты 6, контактного стержня 7 с закрепленными на нем клапанами 8, седла 9 и электроприводного якоря 11.

Электроэнергия к катушке 2 подается по кабелю 10, пропускаемому через кабелеуплотняющее отверстие вертлюга (не показан) путем продавки буровым насосом. При этом контактный стержень 7 входит в контактную муфту 6, а клапаны 8, необходимые для перемещения кабеля 10 по внутреннему каналу бурильной колонны, сядут в седло 9 и откроются для обеспечения возможности прохода промывочной жидкости, подаваемой буровым насосом. Реакция забоя воспринимается электроприводным якорем 11, контактирующим во время создания осевой нагрузки на долото со стенками скважины.

Устройство для создания осевой нагрузки на долото работает следующим образом.

После спуска бурильной колонны в призабойную зону (в процессе спуска бурильной колонны электроприводной якорь 11 находится в транспортном положении) кабель 10 продавливается промывочной жидкостью, подаваемой буровым насосом, устанавливается в контактной муфте 6 контактным стержнем 7, который открывает клапаны 8 после их посадки в седло 9, промывочная жидкость направляется к забойному двигателю (турбобур, винтовой двигатель; возможно применение и электробура, питаемого по кабелю 10) и долоту, в электромагнитную катушку 2 подается электроэнергия с необходимыми напряжением и силой тока (одновременно подводится электроэнергия к электроприводному якорю 11, который выдвигается и контактирует со стенками скважины), катушка 2 за счет электромагнитных сил перемещает шток 3, сила перемещения которого в виде осевой нагрузки передается на долото, забойный двигатель вращает долото - осуществляется процесс бурения скважины. После выработки хода штока 3 электроприводной якорь 11 отключается, осевая нагрузка передается на корпус 1, регулятор подачи долота подает бурильную колонну вместе с корпусом 1 в сторону забоя, происходит перезарядка устройства для создания осевой нагрузки на долото, после чего электроприводной якорь 11 вновь включается и процесс бурения продолжается.

По окончании процесса бурения буровой насос останавливается, подача электроэнергии в устройство для создания осевой нагрузки на долото прекращается, кабель 10 поднимается на поверхность путем сматывания на кабельный барабан (не показан), контактный стержень 7 с клапанами 8 оставляются во внутреннем канале ведущей бурильной трубы, которая вместе с вертлюгом отсоединяется от бурильной колонны и спускается в шурф. Аналогичная ситуация производится и при наращивании бурильной колонны.

Величина осевой нагрузки при работе устройства для создания осевой нагрузки на долото регулируется изменением параметров тока питания электромагнитной катушки 2 из условия обеспечения эффективного сочетания параметров режима бурения.