Устройство для бурения скважин и извлечения материалов из подземных формаций

)5 Е 2 5/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Изобретен мышлен ности, и геотехнологи ванием извест СССР М 15536 Изобретение в скважинной ги паемых и скваж робовании мест чения валовых пПо основном ву известно устр жин и извлечени использовано олезных иска влическом оп путем извле может бытдродобыченном гидророжденийроб.у авторскомойство дляматериало у свидетельстбурения сквав из подземных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения(56) Авторское свидетельство СССРКз 1553686, кл. Е 21 С 45/00, 1988.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН И ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗПОДЗЕМНЫХ ФОРМАЦИЙ(57) Изобретение относится к бурению и геотехнологии и может быть использованопри строительстве водозаборных скважин,скважинном гидравлическом опробованииместорождений и скважинной гидродобычеполезных ископаемых. Цель изобретения -е относится к горной про именно к бурению скважи, и является усовершенство ого устройства по авт, св 6. упрощение технологии изготовления и повышение надежности работы. Это достигается тем, что его снабжают промежуточной опорой полого вала и упругим элементом, размещенным между смежными торцами указанной опоры и опорной головки полого вала, Причем на внутренней поверхности полого вала и внешней поверхности центральной поверхности в интервале породоразрушающего инструмента над его расточкой выполнены секторные выступы с возможностью перекрытия напорной магистрали при их взаимодействии. Такое выполнение устройства позволяет дифференцировать энергию. потока без применения специальных сложных механических систем, что повышает его надежность. К тому же в стенке полого вала и на поверхности хвостовика породоразрушающего инструмента выполнены дроссельные каналы для сообщения напорной магистрали с призабойной зоной скважины. 1 з.п, ф-лы, 8 ил,формаций, которое содержит трубчатый корпус с боковыми гидромониторными насадками и средствами передачи вращения, установленный на подшипниках и жестко связанный с хвостовиком породоразрушающего инструмента, имеющего внутреннюю расточку, полый вал с опорной головкой в верхней части, ответными средствами передачи вращения, радиальными каналами и винтовыми лопастями на внутренней поверхности, размещенную соосно с полым валом центральную трубу, образующую с породоразрушающим инструментом кольцевой эжектор и разделяющую внутреннее.пространство на кольцевую напорную магистраль и осевой возвратный канал,Данное устройство может осуществлять работу в двух гидродинамических режимах, а именно: в режиме бурения скважины при работе породоразрушающего инструмента и кольцевого эжектора, а также в режиме размыва стенок скважины и образования выемочной камеры, Во втором случае истечение рабочего агента происходит одновременно через гидромониторные насадки и кольцевой эжектор. Такое разделение потоков рабочего агента является одним из недостатков в работе известного устройства, снижающим надежность и эффективность его работы, Другим недостатком является требование повышенной точности изготовления и сборки подшипникового узла.Цель изобретения - упрощение технологии изготовления и повышение надежности работы устройства - достигается тем. что устройство по авт, св. СССР М 1553686 снабжено промежуточной подшипниковой опорой полого вала и упругим элементом, размещенным между смежными торцами опорной головки полого вала и промежуточной подшипниковой опоры. при этом на внутренней поверхности полого вала и внешней поверхности центральной трубки в интервале породоразрушающего инструмента над его расточкой выполнены секторные выступы с возможностью перекрытия напорной магистрали при их взаимодействии,Достижению цели изобретения способ-. ствует выполнение в стенке, полого вала и на поверхности хвостовика породоразрушающего инструмента дроссельных каналов для сообщения напорной магистрали с призабойной зоной скважины.На фиг, 1 схематически изображено устройство, продольный осевой разрез (на левой половине разреза - во время бурения скважины; на правой половине разреза скважины - в процессе гидроразмыва стенок скважины и образования выемочной камеры); на фиг, 2 - сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1: на фиг. 4 - сечение В-В на фиг, 1: на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг, 1; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг.1; на фиг. 7 - сечение Е-Е на фиг, 1: на фиг, 8 - вид по стрелке Ж на фиг. 1.Устройство для бурения скважин и извлечения материалов из подземных формаций (фиг, 1) состоит из трубчатого корпуса 1 с боковыми отверстиями, в которых смонтированы гидромониторные насадки 2, Внутренняя поверхность корпуса 1 выполнена фасонной и имеет средства 3 передачи вращения (фиг, 2), На корпусе 1 выше насадок10 15 20 тарельчатая пружина или эластичное коль 25 цо, Для защиты подшипников 15 предусмот 30 35 40 45 50 55 2 установлен пакер 4, К верхней части корпуса 1 присоединен переходник 5 на двойную бурильную колонну, состоящую из внешней 6 и внутренней 7 труб. Кольцевое пространство 8 между трубами 6 и 7 является частью напорной магистрали устройства,а осевой канал 9 является возвратным,Внутри корпуса 1 и переходника 5 установлена на фигурном фланце 10 центральная трубка 11, образующая с корпусом 1 кольцевую напорную магистраль 12, Осевое отверстие 13 трубки 11 является частью возвратного канала (фиг. 2, 3). В нижней части трубка 11 снабжена секторными выступами 14,В напорной магистрали 12 между корпусом 1 и трубкой 11 установлен на подшипниках 15 полый вал 16, имеющий в верхней части опорную головку 17. На валу 16 установлена дополнительная подшипниковая опора 18, Между смежными торцами опорной головки 17 и дополнительной опоры 18 установлен упругий элемент 19, например рено уплотнение 20.Полый вал жестко соединен с породоразрушающим инструментом 21, в торце которого выполнена фасонная расточка 22, а на внешней поверхности 23 образованы дроссельные каналы 24 (фиг. 6, 7). В стенке вала 16 выполнены радиальные каналы 25, совмещаемые с гидромоторными насадками 2, а также дроссельные каналы 26, сообщающие кольцевую напорную магистраль 12 через каналы 24 с призабойной зоной скважины.На внешней поверхности вала 16 имеются продольные пазы 27, образующие выступы 28 для их взаимодействия со средствами 3 передачи вращения корпуса 1 (фиг. 3). На внутренней поверхности вала 16 имеются винтовые лопасти 29 (фиг. 8), а в нижней части - секторные выступы 30 для взаимодействия с ответными выступами 14 трубки 11 и перекрытия напорной магистрали 12, Вал 16 совместно с трубкой 11 и фасонной расточкой 22 породоразрушающего инструмента 21 образует кольцевой экектор 31 и полость 32.Породоразрушающий инструмент 21 по своей внешней поверхности 23 сочленен с корпусом 1 с возможностью углового смещения. Это позволяет реализовать два режима работы устройства с дифференцированным использованием энергии потока рабочего агента, а именно; при бурении скважины направить весь поток рабочего агента из напорной магистрали 12 через полость 32 и кольцевой эжектор 31 в возврат1730455 55 ный канал 13-9; при гидроразмыве стенок 34 скважины и образовании выемочной камеры 35 весь поток пойдет из магистрали 12 через каналы 25 и гидромоторную насадку 2 в пространство 36 за корпусом 1 устройства. При этом часть потока будет дросселироваться по каналам 26 и 24 в призабойную зону 37 скважины, предотвращая зашламование подвижного сочленения породоразрушающего инструмента 21 с корпусом 1 устройства.Устройство работает следующим образом,Для реализации процесса бурения скважины без размыва ее стенок (фиг.1 - 8) устройству через колонну двойных бурильных труб 6-7 сообщаются осевое усилие и крутящий момент, а по кольцевой магистрали 12 подается рабочий агент, Благодаря трению о забой 38 торца 39 породоразрушающего инструмента 21 происходит его угловое смещение против часовой стрелки относительно корпуса 1. При этом гидромониторная, насадка 2 перекрывается наружной поверхностью 40 выступов 28, секторные выступы 30 вала 16 совмещаются с ответными секторами 14 трубки 11, и весь поток рабочей жидкости из магистрали 8-12 направлен через полость 32 и кольцевой эжектор 31 в возвратный канал 13-9. Образующиеся при бурении керн и шлам в виде пульпы выносятся на поверхность возвратным потоком рабочего агента,Гидроразмыв стенок 34 скважины, образование выемочной камеры 35 и извлечение размытого материала на поверхность производятся следующим образом.В намеченном для этого интервале ствола скважины снимают осевую нагрузку; устройство поднимают над забоем 38, продолжая закачивать рабочий агент, который, воздействуя на винтовые лопасти 29, производит возвратное смещение вала 16 в исходное положение, При этом гидромониторная насадка 2 открывается, а секторные выступы 30 и 14, принадлежащие соответственно валу 16 и трубке 11, размыкаются и перекрывают кольцевую напорную магистраль 12 ниже радиальных каналов 25,26, В результате рабочий агент из магистрали 8-12 через канал 25 и насадку 2 поступает в пространство 36 за корпусом 1,Под действием высоконапорной струи стенка 34 разрушается с образованием выемоч 5 ной камеры 35. Одновременно измагистрали 12 через каналы 24 и 26 частьпотока рабочей жидкости дросселируется впризабойную зону 37 скважины, предотвращая зашламование и заклинивание породо 10 разрушающего инструмента 21 в корпусе 1.Из камеры 35 продукты разрушения ввиде пульпы перемещаются к забою 38скважины и по каналам 13 и 9 транспортируются на поверхность. При этом пакер 4,15 создавая сопротивление, препятствует перетоку пульпы и миграции полезного компонента по скважине.Закончив цикл размыва и извлеченияматериалов, можно продолжить бурение по 20 становкой устройства на забой 38 скважины,Выполнение устройства в соответствиис приведенным выше описанием позволитупростить технологию его изготовления, а25 также повысить надежность его работы, т,е.достичь цели изобретения.Формула изобретения1, Устройство для бурения скважин иизвлечения материалов из подземных фор 30 маций по авт,св, М 1553686, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения надежности работы, оно снабжено промежуточнойподшипниковой опорой полого вала и упру 35 гим элементом, размещенным между смежными торцами опорной головки полого валаи промежуточной подшипниковой опорой,при этом на внутренней поверхности пологовала и внешней поверхности центральной40 трубки в интервале породоразрушающегоинструмента над его расточкой выполненысекторные выступы с возможностью перекрытия напорной магистрали при их взаимодействии,45 2, Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в стенке полого вала и наповерхности хвостовика породоразрушающего инструмента выполнены дроссельныеканалы для сообщения напорной магистра 50 ли с призабойной зоной скважины.13 1730455 14 Е Составитель Н,Чертоваедактор А.Маковская Техред М,Моргентал Коррект орн Заказ 1504 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10