Способ бурения скважин и устройство для его осуществления

(51)21 3/00 (2010.01) 21 7/00 (2010.01) 21 10/02 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Для этого в способе бурения, включающем формирование забоя скважины ступенчатой конструкции формируют непрерывно опережающую часть забоя скважины в виде кольцевого углубления вращательным или ударновращательным способом, отстающую часть забоя скважины, называемую керном, разрушают ударновращательным способом по мере взаимодействия верхнего торца керна с ударно-вращательным инструментом. Для реализации способа используют устройство для бурения скважин, содержащее колонну бурильных труб с буроугольной и сменным элементом, в котором в качестве съемного элемента установлена ударная машина, снабженная сменным породоразрушающим вкладышем (в дальнейшем СПВ), установленным с возможностью продольного перемещения с валом блокиратора ударной машины.(72) Сушко Сергей Михайлович Ракишев Баян Ракишевич Бегун Анатолий Данилович Повелицын Владимир Михайлович Латыпов Авис Самигуллинович Латыпова Юлия Ависовна(54) СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области бурения скважин технологических скважин преимущественно сплошным забоем. Технический результат изобретения - повышение эффективности бурения и износостойкости породоразрушающего инструмента. Изобретение относится к области бурения технологических скважин без отбора керна. Известен способ бурения скважин (Филатов Б.С.,Кошко И.П. Справочник по бурению структурнопоисковых и сейсморазведочных скважин, М. Недра, 1975, с.92-108), заключающийся в разрушении породы забоя скважины одновременно по всей плоскости вращением породоразрушающего инструмента. Основным недостатком известного способа бурения скважин является то, что скорость движения породоразрушающих элементов долота изменяется от нуля в центре скважины до максимального значения по переферии долота, то есть эффективность разрушения породы от центра до переферии будет изменяться. Вследствие чего износ их будет различным. Кроме того, в центре забоя скважины будет наблюдаться переизмельчение породы, что снижает скорость бурения. Известен способ бурения скважин (Климентов М.Н., Тиль В.И. Сооружение скважин ударновращательным способом бурения. - М. Недра, 1986,рис.52), заключающийся в бурении с образованием ступенчатого забоя скважины путем формирования переферийной части забоя скважины вращательным способом, а опережающей центральной части его ударно-вращательным способом. Основным недостатком известного способа бурения является то обстоятельство, что ввиду подачи очистного агента по межтрубному кольцевому каналу происходит поступление шлама разрушенной на отстающем уступе порода к забою скважины вокруг опережающего долота, вследствие чего значительно ухудшаются условия выноса разрушенной породы с опережающей части скважины, в результате чего снижается скорость бурения скважины, а износ породоразрушающих элементов опережающего долота повышается за счет необходимости переизмельчения поступающего сверху шлама. Известно устройство для бурения скважин(Волков А.С., Долгов Б.А. Пособие рабочему и мастеру по бурению геологоразведочных скважин. М. Недра,1989,рис.4),содержащий гладкоствольную колонну бурильных труб (в дальнейшем ГКБТ) с бурголовкой, над которой во внутренней полости ГКБТ расположена съемная керноприемная труба со средствами фиксации. Основным недостатком известного устройства является то обстоятельство,что им не представляется возможным проходить с высокой рейсовой скоростью большие интервалы скважины ввиду необходимости, периодического подъема керноприемной трубы с керном, что ведет к снижению рейсовой скорости бурения. Известно устройство для бурения скважин(Климентов М.Н., Тиль В.И. Сооружение скважин ударно-вращательным способом бурения. - М. Недра, 1986, рис.5), включающее переферийное долото для вращательного разрушения породы забоя и центральное опережающее долото,соединенное с источником ударных нагрузок. 2 Основным недостатком известного устройства является снижение эффективности бурения и износостойкости породоразрушающих элементов опережающего долота ввиду необходимости переизмельчения породы, поступающей к забою с верхнего уступа. Технический результат изобретения заключается в разработке группы изобретений, позволяющих повысить износостойкость породоразрушающего инструмента (в дальнейшем ПРИ) и как техническую, так и рейсовую скорости бурения технологических скважин. Для этого в способе бурения, включающем формирование забоя скважины ступенчатой конструкции формируют непрерывно опережающую часть забоя скважины в виде кольцевого углубления вращательным или ударновращательным способом, отстающую часть забоя скважины, называемую керном, разрушают ударновращательным способом по мере взаимодействия верхнего торца керна с ударно-вращательным инструментом. Для реализации способа используют устройство для бурения скважин, содержащее колонну бурильных труб с бурголовкой и сменным элементом, в котором в качестве съемного элемента установлена ударная машина, снабженная сменным породоразрушающим вкладышем (в дальнейшем СПВ), установленным с возможностью продольного перемещения с валом блокиратора ударной машины. В частном случае исполнения в устройстве для бурения скважин ударная машина расположена между нижним концом колонны бурильных труб и бурголовкой. Изобретение поясняется графическими материалами,где на фиг.1 представлена конструкция нижнего узла буровой установки по п.2 формулы изобретения на фиг.2 - конструкция нижнего узла, в котором вал блокиратора снабжен стандартной бурголовкой на фиг.3 - конструкция нижнего узла, в котором вал блокиратора выполнен в виде бурголовки. Устройство для бурения скважин (фиг.1) с образованием ступенчатого забоя состоит из колонны бурильных труб 1, оканчивающейся бурголовкой 2 с центральным каналом 3, над которым расположен СПВ 4, выполоненный в виде поперечной шпонки с породоразрушающими элементами 5. СПВ 4 установлен в продольном канале 6 вала 7 блокиратора, муфта 8 которого опирается во внутренний выступ переводника 9, на котором расположена снизу бурголовка 2, а во внутренней полости - ударная машина, например,гидроударник 10, имеющий наковальню 11 и ударник 12, а также наклонные 13 и продольные 14 каналы для прохода очистного агента. Бурголовка 2 имеет гидромониторные каналы 15, а также боковые каналы 16. В случае формирования забоя скважины ударно-вращательным способом бурголовку 2 навинчивают на резьбовую часть 17 вала 7 (фиг.2) или, как показано на фиг.3, вал блокиратора изготавливают в виде бурголовки 18 цельной конструкции с гидромониторными 15 и боковыми каналами 16. При бурении в центральном канале 3 образуется керн 19,возвышающийся над опережающей частью 20 забоя скважины. На прилагаемых фиг. латинской буквойобозначена величина продольного хода вала 7 буквой- максимальная длина керна. Для реализации предлагаемого способа бурения собирают одну из предъявленных забойных сборок и начинают процесс бурения обычным способом. Например (фиг.1), по мере углубки бурголовки вращательным способом на величину ,образовавшийся керн упирается в поородоразрушающие элементы 5 СПВ 4 и,перемещая вал 7 блокиратора на величину ,включает ударную машину 10, вся энергия ударов которой передается породоразрушающим элементам 5, разрушающим столбик керна на некоторую высоту. Вследствие этого происходит отключение ударной машины на время, необходимое для следующего взаимодействия торца керна с породоразрушающими элементами 5,Часть раздробленного керна подхватывается потоком очистного агента следующего через гидромониторные каналы 15 и способствует более эффективному разрушению породы на опережающей части 20 забоя скважины. При реализации рассматриваемого способа бурения путем разрушения породы на обоих площадях забоя скважины ударно-вращательным способом (фиг.2 и фиг.3) бурголовка соединена с нижним концом вала 7 блокиратора, поэтому ударные импульсы передаются на оба участка забоя скважины. С учетом того, что керн 19 представляет вертикально установленный стержень, то его разрушение будет осуществляться более интенсивно. Вследствие этого большую часть ударной энергии будет воспринимать бурголовка, что будет способствовать более эффективному разрушению породы в опережающей части 20 забоя скважины. При разрушении керна 19 воздействием СПВ 4 мелкие частицы будут подхватываться потоком очистного агента, выходящим через гидромониторные каналы 15 и дополнительно разрушаться сами и разрушать породу на опережающей части 20 забоя скважины, а более крупные частицы переизмельчаться под ударным воздействием СПВ 4 и выноситься через боковые каналы 16. В случае возникновения большого объема крупных частиц над ударной машиной следует установить шламосборник (не показанный на фиг.) крупных частиц. Таким образом, предлагаемый способ бурения и устройство для его осуществления позволят повысить износостойкость ПРИ за счет перераспределения затрат энергии на разрушение различных участков забоя скважины. При использовании устройства по фиг.1 возможна проходка некоторых интервалов скважины с отбором керна за счет замены ударной машины на керноприемную трубу известным способом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ бурения скважин, включающий формирование забоя скважины ступенчатой конструкции, отличающийся тем, что горную породу в опережающей кольцевой наружной части забоя скважины непрерывно разрушают вращательным или ударно-вращательным способом,отстающую часть забоя скважины, называемую керном разрушают ударно-вращательным способом по мере взаимодействия керна с ударновращательным инструментом. 2. Устройство для бурения скважин,включающее колонну бурильных труб с бурголовкой и съемный элемент, отличающееся тем, что в качестве съемного элемента установлена ударная машина,снабженная сменным породоразрушающим вкладышем, установленным с возможностью продольного перемещения с валом блокиратора ударной машины. 3. Устройство для бурения скважин по п.2,отличающееся тем, что ударная машина расположена между нижним концом колонны бурильных труб и бурголовкой.