буровой инструмент для бурения газовых и нефтяных скважин в водных пространствах морей и океанов

Формула изобретения

Буровой инструмент для бурения газовых и нефтяных скважин в водных пространствах морей и океанов, содержащий бурильные трубы, на концах которых нарезана резьба, отличающийся тем, что с наружной стороны бурильной трубы установлены баллоны, содержащие наружную трубу диаметром 100-700 мм и заглушки, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-188,4 МПа, баллоны расположены в верхней или нижней частях бурильной трубы, или в верхней и нижней частях бурильной трубы, или в верхней, средней и нижней частях бурильной трубы, или баллоны расположены по длине каждой бурильной трубы на расстоянии 0,5-8 м.

Описание изобретения к патенту

Буровой инструмент относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к буровому инструменту.

Из источников SU 662701 (кл. E21B 43/00, опубл. 15.05.1979, стр.2) известна глубинно-насосная установка, содержащая насос, колонну насосно-компрессорных труб, колонну штанг и компенсаторов, выполненные в виде патрубков, образующих с колонной НКТ камеры, при этом камеры по мере эксплуатации могут заполняться газом. Причем компенсаторы устанавливаются коаксиально относительно НКТ с целью повышения надежности работы за счет снижения амплитуды нагрузок на колонну штанг и снижение в целом веса колонны.

Из US 3981357 A (кл. E21B 7/12, опубл. 21.09.1979, стр.5) известно выполнение баллонов, имеющих наружную трубу (35) и заполненных газом, причем баллоны могут быть различной формы (см. стр.4 столбец 1, строка 25-23).

Из SU 781486 (кл. F16L 59/06, опубл. 23.11.1980, стр.2) известно выполнение трубопровода с вакуумной изоляцией для перекачивания жидкостей и газа типа «труба в трубе», где на трубопровод устанавливают внешнюю трубу (патрубок), образуя тем самым кольцевое пространство, которое заполняют веществом в газообразном состоянии, а концы внешней трубы заглушают заглушкой для герметизации кольцевого пространства.

Из уровня техники также известны способы облегчения колонн труб при помощи установки на их внешней поверхности элементов плавучести (баллонов) (см., например, патент США 4059148, Кл. E21B 7/12, стр.13).

Из US 7008141 B2 (кл. E21B 17/01, опубл. 07.03.2006, всего стр.11) известно выполнение баллонов, которые заполняются газом с целью облегчения колонны труб.

Известен буровой инструмент с высаженными концами труб, на которых нарезана коническая наружная и внутренняя резьба (см. Иогансен К.В. Спутник буровика. - М.: Недра, 1981, 199 с.).

Недостатками бурового инструмента являются:

- при спуске колонны бурильных и обсадных труб на дно моря и в скважину на глубину 5000-15000 м собственный вес труб превышает предел прочности стали, а следовательно, происходит разрушение труб и резьб в соединительных узлах, а при установке колонны бурильных и обсадных труб на дно скважины происходит потеря устойчивости и их разрушение;

- увеличивается нагрузка на крюк, трос, лебедку и двигатель внутреннего сгорания при подъеме и спуске колонны бурильных труб и в процессе бурения.

Техническим результатом бурового инструмента является обеспечение безопасной работы бурильной установки в процессе бурения газовых и нефтяных скважин. Буровой инструмент для бурения газовых и нефтяных скважин в водных пространствах морей и океанов, содержащий буровой трубу, на концах которой нарезана резьба, отличающийся тем, что с наружной стороны бурильной трубы установлены баллоны, содержащие наружную трубу диаметром 100-700 мм и заглушки, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-188,4 МПа, баллоны расположены в верхней или нижней частях бурильной трубы, или в верхней и нижней частях бурильной трубы, или в верхней, средней и нижней частях бурильной трубы, или баллоны 1-3 расположены по длине каждой бурильной трубы на расстоянии 0,5-8 м.

На чертеже показан общий вид бурового инструмента для бурения газовых и нефтяных скважин в водных пространствах морей и океанов.

С наружной стороны бурильной 1 трубы установлены баллоны 2, содержащие наружную трубу 3 диаметром 100-450 мм и заглушки 4,5, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-136,2 МПа, баллоны расположены в верхней (фиг.1, а) или нижней (фиг.1, б) частях бурильной трубы, или в верхней и нижней (фиг.1, в) частях бурильной трубы, или в верхней, средней и нижней (фиг.1, г) частях бурильной трубы, или баллоны 1-5 расположены по длине каждой бурильной трубы на расстоянии 0,5-8 м.

Минимальный диаметр внешней трубы 3 баллона 2, равный 100 мм в скважине, определяется стандартными диаметрами бурильных труб 42-169 мм, а максимальный - 450 мм определяется стандартными размерами долот, равными 76-508 мм. Наибольший диаметр, равный 700 мм внешней трубы баллона, расположенного над устьем скважины, в воде моря определяется весом колонны бурильных труб, которая зависит от глубины дна моря и глубины скважина и размера полости, в которой расположен ротор бурильной установки, для свободного спуска в скважину и подъема колонны бурильных труб с баллонами на поверхность платформы.

Максимальное давление газа в баллонах зависит от допускаемого давления газа и воды на стандартные бурильные трубы (например, для бурильной трубы прочности М диаметром 73 мм с толщиной стенки 11 мм допускаемое сжимающее давление газа и воды на трубы составляет 188,4 МПа, а минимальное давление газа в баллонах зависит от глубины погружения бурильной трубы в воду).

Расстояние между баллонами определяется стандартной длиной бурильных труб 6,8-11,5 м.

Буровой инструмент работает следующим образом.

Перед началом бурения собирается колонна бурильных труб с баллонами (см. фиг.1, а, б, в, г), заполненными газом под давлением, и породоразрушающий инструмент, например шарошка, и опускается на дно моря, и бурильной установкой, установленной на плавающей платформе, начинается процесс бурения скважины (на чертеже колонна бурильных труб, шарошка и бурильная установка, установленная на плавающей платформе, не показаны). Бурение скважины большим диаметром шарошки, равным 508 мм, продолжается до твердых пород.

После этого в пробуренную скважину опускается колонна обсадных труб без баллонов до дна скважины и с баллонами до дна моря.

Бурение в твердых породах продолжается меньшим диаметром шарошки бурильными трубами с баллонами до газоносного и нефтеносного слоя породы.

Использование бурильных труб с баллонами, заполненными газом под давлением, позволяет уменьшить нагрузку на соединительные узлы от силы тяжести бурильных труб, на крюк, трос, лебедку и двигатель внутреннего сгорания, исключить их поломки и потерю устойчивости колонны бурильных труб, обеспечить безопасную работу бурильной установки в процессе бурения скважины.