Способ бурения скважин увеличенного диаметра и устройство для его осуществления

(51) 21 7/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ заданное значение осевого усилия, необходимого для бурения скважины увеличенного диаметра. Для этого при бурении скважин увеличенного диаметра, включающего поддержание заданного значения величины усилия подачи используют устройство для бурения скважин увеличенного диаметра, включающее пилотное и расширяющие долота, между которыми расположены бурильные трубы, имеющие массу, необходимую для поддержания заданного суммарного осевого усилия,в котором над расширяющим долотом установлен разделительный элемент продольного перемещения в виде дросссельной муфты или гидроударника,выполненных с возможностью сигнализации об изменении суммарного осевого усилия на долота.(72) Сушко Сергей Михайлович Шишков Игорь Алексеевич Повелицын Владимир Михайлович Асанов Нуркелды Сатыбалдыулы Латыпов Авис Самигуллинович(54) СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН УВЕЛИЧЕННОГО ДИАМЕТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области горного дела в частности к бурению скважин увеличенного диаметра. Технический результат изобретения - разработка группы изобретений, позволяющих поддерживать Изобретение относится к области горного дела, в частности к бурению технологических скважин,увеличенного диаметра. Известен способ бурения скважин, увеличенного диаметра (м., Патент 13168, опубл.14.03.2008 бюл. 3), включающий бурение пилотной скважины с одновременным расширением ее до заданного диаметра с формированием осевой нагрузки бурильными трубами, расположенными между пилотным и расширяющим долотом. Основным недостатком известного способа бурения технологических скважин является то обстоятельство, что на поверхность не поступает сигнал об отклонении величины осевой нагрузки от установленного значения, поэтому затрудненно поддержание величины осевой нагрузки на долота. Известно устройство для бурения, скважин увеличенного диаметра (м., Патент 13168,опубл. 14.03.2008 бюл. 3) содержащее пилотное и расширяющие долота,между которыми установлены бурильные трубы, массой достаточной для создания необходимой осевой нагрузки для бурения скважины увеличенного диаметра. Основным недостатком известного устройства является отсутствие средств сигнализации об отклонении от установленной величины усилия подачи. Задачей изобретения является разработка группы изобретений, позволяющих поддерживать заданное значение осевого усилия, необходимого для бурения скважины увеличенного диаметра. Для реализации способа бурения скважин увеличенного диаметра, включающего поддержание заданного значения величины усилия подачи используют устройство для бурения скважин увеличенного диаметра, включающее пилотное и расширяющие долота,между которыми расположены бурильные трубы, имеющие массу,необходимую для создания заданного осевого усилия, в котором над расширяющим долотом установлен разделительный элемент продольного перемещения в виде муфты или гидроударника для изменения давления промывочной жидкости. В частном случае исполнения расширяющее долото имеет фиксируемые аксиально расположенными пальцами, по меньшей мере, на двух уровнях в радиально выполненных гнездах корпуса резцедержатели. Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства на фиг.2 - конструкция сигнализатора дроссельного типа фиг.3 сигнализатор гидроударного типа на фиг.4 -конструкция расширяющего долота по 3 п формулы изобретения на фиг.5 -сечение фиг.4 по линии А-А. Устройство для бурения скважин увеличенного диаметра содержит (фиг.1) пилотное долото 1,соединенное набором бурильных труб 2 с расширяющим долотом 3, над которым расположен сигнализатор 4 отклонения суммарной осевой нагрузки от заданного значения для формирования гидравлического сигнала, поступающего через поток бурового раствора полости колонн бурильных 2 труб 5 на буровую установку (не показанную на фигурах). В описании изобретения представлены две конструкции сигнализаторов. Сигнализатор в виде дроссельной муфты (фиг.2) состоит из ведущей 6 и ведомой 7 полумуфт. Ведущая полумуфта имеет установленную поперечно пластину 8,пропущенную через поперечные пазы 9 ведомой полумуфты 7 и закрепленную неподвижно в пазах ведущей полумуфты 6. Сигнализатор 10 гидроударного типа (фиг.3) имеет узел 11,соединяемый с колонной бурильных труб 5 (в дальнейшем КБТ) и узел 12, соединяемый с расширяющим долотом 3. Узел 11 состоит из шлицевого вала 13, на нижнем конце которого подвешена тяга 14, поддерживающая опору 15 возвратных пружин 16 ударника 17. К узлу 12 в нижней части навернут переходник 18 на расширяющее долото 3. На верхний торец переходника 18 опирается цилиндр 19, являющийся одновременно опорой пружин 20 и ограничителя 21 хода клапана 22, опирающегося на втулку 23. Расширяющее долото 24 (фиг.3 и фиг.5) по п.3 формулы изобретения состоит из корпуса 25,имеющего аксиально расположенные каналы 26 для пальцев 27, фиксирующих резцедержатели 28,расположенные в радиальных гнездах 29,выполненных на разных уровнях. Пальцы 27 могут завинчиваться (см.левую сторону фиг.4) или поджиматься гайкой (см.правую сторону фиг.4). На представленных рисунках латинскими буквами обозначены-суммарная длина бурильных труб, создающих необходимую осевую нагрузку- величина перемещения элементов сигнализаторов У - ход клапана гидроударника. Перед реализацией предлагаемого способа первоначально рассчитывают величину суммарной осевой нагрузки, необходимой для разрушения породы в соответствии с геолого-техническим нарядом. Затем определяют необходимую длину СБТ для создания такой нагрузки и забуривают скважину пилотным долотом 1 (фиг.1) на расчетную глубину , наращивая бурильными трубами 2,предназначенными для создания суммарной осевой нагрузки СБТ. В дальнейшем ниже КБТ 5 включают расширяющее долото 3 известной конструкции или соответствующее фиг.4,над которым устанавливают сигнализатор, соответствующий фиг.2 или фиг.3. В дальнейшем углубку скважины осуществляют с использованием сигнализаторов. При использовании сигнализатора 4 дроссельного типа (фиг.2) КБТ 5 имеет возможность продольного перемещения на величину , соответствующую ходу ведущей полумуфты 6 относительно ведомой полумуфты 7, имеющей продольный паз для пластины 8. Ввиду того, что диаметр 1 центрального канала ведомой полумуфты 7 имеет меньшее значение, чем диаметр 2 центрального канала ведущей полумуфты 6, то при верхнем(см.левую сторону фиг.2) и нижнем (см.правую сторону фиг.2) положениях ведомой полумуфты 7 площадь сечения для прохода бурового раствора уменьшается,вследствие чего происходит дросселирование потока бурового раствора, 28228 вызывающее изменения показаний манометра насоса. Площадь сечения канала, имеющего диаметр 3, должна быть не менее суммы площадей сечения отверстия, имеющего диаметр 2, и двух отверстий,имеющих диаметр 4. При промежуточном положении ведомой полумуфты 7 показания манометра насоса будут наименьшими, а показания дриллометра будут соответствовать массе КБТ 5. Увеличение показания дриллометра будет характеризовать снижение СБТ 2, а снижение показания дриллометра - увеличение осевой нагрузки по сравнению с заданным значением СБТ 2. Поэтому углубку скважины следует осуществлять в режиме показания наименьшего значения давления бурового раствора и показании дриллометра, соответствующего величине КБТ 5. Таким образом, при наличии сигнализатора дроссельного типа на поверхность поступает гидравлический и механический сигналы,изменение которых легко может быть преобразовано в звуковой или световой сигнал. При использовании сигнализатора гидроударного типа(фиг.3) происходит существенное изменение давления в буровом растворе. При этом можно контролировать давление бурового раствора,частоту ударов и нагрузку по дриллометру. При значении показания дриллометра менее массы КБТ 5, происходящего при нижнем положении узла 11(фиг.3) относительно узла 13, когда ударник 17 занимает нижнее положение, вследствие чего между верхним торцом его и нижним торцом клапана 22 остается зазор для прохода бурового раствора,вследствие чего гидроударник не включается. Следовательно, при наличии увеличения суммарной осевой нагрузки на долота более СБТ 2 поступает сигнал о пониженном давлении бурового раствора и массы КБТУ 5, фиксируемой дриллометром. Для создания номинального режима бурения необходимо осуществить приподъем КБТ 5,вследствие чего тяга 14 воздействует на опору 15,которая пружинами 16 приподнимает ударник 17 и смыкает кольцевой зазор между верхним торцом ударника и нижним торцом клапана 22. Это вызывает явление гидроудара, под воздействием которого система клапан-ударник перемещаются вниз с одновременным сжатием возвратных пружин 16 и 20. После перемещения на величину хода клапана У система распадается, так как втулка 23 упирается в ограничитель 21 хода клапана 22,ударник 17 перемещается вниз до момента нанесения удара по хвостовику расширяющего долота 3. В дальнейшем цикл повторяется. Для поддержания заданной суммарной величины осевой нагрузки СБТ 2 подачу вниз КБТ необходимо поддерживать в режиме сохранения показаний дриллометра равной массе КБТ 5. В случае отключения гидроударника бурение может быть продолжено в режиме вращательного бурения,описанного выше. При использовании расширяющего долота со сменными резцедержателями 28 по п.3 формулы изобретения(фиг.4, фиг.5) существенных отличий в технологии бурения не наблюдается. Смену резцедержателей 28 осуществляют по мере износа резцов за счет отвинчивания пальцев 27 или гайки с последующим выбиванием их через нижние отверстия корпуса 25. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ бурения скважин увеличенного диаметра, включающий ступенчатое бурение технологической скважины,включающий поддержание заданной нагрузки на ступенчатый породоразрушающий инструмент, отличающийся тем, что при бурении формируют забойный сигнал об изменении осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и постоянное значение осевой нагрузки корректируют в соответствии с заданным его значением. 2. Устройство для бурения скважин увеличенного диаметра, включающее пилотное и расширяющие долота,между которыми расположены бурильные трубы, имеющие массу,необходимую для создания заданного осевого усилия, отличающееся тем, что над расширяющим долотом установлен разделительный элемент продольного перемещения в виде дроссельной муфты или гидроударника, выполненных с возможностью сигнализации на поверхность об изменении величины суммарного осевого усилия на долота. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что расширяющее долото имеет фиксируемые аксиально расположенными пальцами, по меньшей мере, на двух уровнях в радиально выполненных гнездах корпуса сменные резцедержатели.