Система бурения горной породы с пассивным наведением вынужденных колебаний - RU2017120275A
Код документа: RU2017120275A
Формула
1. Компоновка низа бурильной колонны, содержащая:
буровое долото, выполненное с возможностью совершения колебаний при взаимодействии с породой и вращении; и
переводник для подвешивания, содержащий:
цилиндр статора для соединения с трубной колонной;
цилиндр ползуна для соединения с буровым долотом;
скользящее соединение, продольно соединяющее цилиндр ползуна с цилиндром статора с обеспечением возможности перемещения цилиндра ползуна между выдвинутым положением и убранным положением;
торсионное соединение, соединяющее цилиндр ползуна с цилиндром статора в указанных положениях и между указанными положениями; и
одну или несколько пружин, установленных между цилиндром статора и цилиндром ползуна,
при этом переводник для подвешивания настроен относительно бурового долота для:
демпфирования колебаний бурового долота, когда компоновка низ бурильной колонны вращается с первой угловой скоростью; и
резонанса с колебаниями бурового долота, когда компоновка низа бурильной колонны вращается со второй угловой скоростью, с передачей при этом ударной энергии на буровое долото.
2. Компоновка низа бурильной колонны по п. 1, в которой одна или несколько пружин являются комплектом тарельчатых пружин.
3. Компоновка низа бурильной колонны по п. 1 или 2, в которой переводник для подвешивания дополнительно содержит вторую одну или несколько пружин, расположенных концентрично с указанной одной или несколькими пружинами.
4. Компоновка низа бурильной колонны по п. 1 или 2, в которой переводник для подвешивания дополнительно содержит вторую одну или несколько пружин, расположенных эксцентрично относительно указанной одной или несколькими пружинами.
5. Компоновка низа бурильной колонны по любому предыдущему пункту, в которой буровое долото содержит:
хвостовик, имеющий резьбовое присоединительное средство, выполненное на его верхнем конце;
корпус долота, скрепленный с нижним концом хвостовика и имеющий внутреннюю полость;
калибрующую часть, образующую наружный участок бурового долота; и
режущую поверхность, образующую нижний конец бурового долота и содержащую:
множество лопастей, выступающих из нижней части корпуса долота и проходящих от центра режущей поверхности до калибрующей части; и
множество режущих элементов, установленных вдоль каждой лопасти.
6. Компоновка низа бурильной колонны по п. 5, в которой каждый режущий элемент имеет передний угол в тыльной плоскости с величиной в диапазоне от нуля до шестидесяти градусов.
7. Компоновка низа бурильной колонны по п. 5, в которой:
каждый режущий элемент имеет фаску, выполненную в кромке его режущей плоскости, и
каждая фаска имеет высоту в диапазоне от одной десятой миллиметра до трех миллиметров.
8. Компоновка низа бурильной колонны по любому предыдущему пункту, в которой переводник для подвешивания дополнительно содержит регулируемый демпфер, выполненный с возможностью демпфирования колебаний бурового долота.
9. Компоновка низа бурильной колонны по п. 8, в которой:
указанная одна или несколько пружин установлены в камере для пружин, выполненной между цилиндром статора и цилиндром ползуна, и
переводник для подвешивания дополнительно содержит:
рабочую текучую среду гидросистемы, размещенную в камере для пружин;
гидравлический резервуар; и
гидравлический канал, проходящий между камерой для пружин и гидравлическим резервуаром,
причем регулируемый демпфер содержит масляный буфер, установленный в гидравлическом канале.
10. Компоновка низа бурильной колонны по п. 9, в которой:
переводник для подвешивания дополнительно содержит второй гидравлический канал, проходящий между камерой для пружин и гидравлическим резервуаром,
причем регулируемый демпфер дополнительно содержит байпасный клапан, установленный во втором гидравлическом канале.
11. Компоновка низа бурильной колонны по п. 10, в которой:
регулируемый демпфер дополнительно содержит электронный модуль, содержащий:
батарею;
тахометр, выполненный с возможностью измерения угловой скорости компоновки низа бурильной колонны;
блок запоминающего устройства, выполненный с возможностью сохранения значений первой и второй угловых скоростей;
исполнительный механизм, выполненный с возможностью переключения байпасного клапана; и
микроконтроллер, поддерживающий связь с тахометром, блоком запоминающего устройства и исполнительным механизмом, и имеющий возможность активировать исполнительный механизм в ответ на сравнение между измеренной угловой скоростью и первой и второй угловыми скоростями.
12. Компоновка низа бурильной колонны по любому из п.п. 9-11, в которой масляный буфер является либо нерегулируемым штуцером или регулируемым штуцерным клапаном.
13. Способ бурения ствола скважины с применением компоновки низа бурильной колонны по любому предыдущему пункту, содержащий этапы, на которых:
соединяют компоновку низа бурильной колонны с нижней частью трубной колонны с формированием бурильной колонны;
опускают бурильную колонну в ствол скважины до расположения бурового долота вблизи дна ствола скважины;
оказывают нагрузку на буровое долото для перемещения переводника для подвешивания в положение готовности между выдвинутым положением и убранным положением;
вращают компоновку низа бурильной колонны с первой угловой скоростью и нагнетают буровой раствор через бурильную колонну, тем самым осуществляя бурение через рыхлую породу с переводником для подвешивания в режиме демпфирования; и
изменяют угловую скорость на вторую угловую скорость в ответ на достижение твердой породы, тем самым осуществляя бурение через твердую породу с переводником для подвешивания в резонансном режиме.
14. Способ настройки компоновки низа бурильной колонны по п. 2, содержащий этапы, на которых:
определяют частоту вынужденных колебаний бурового долота с использованием числа его лопастей и выбранной одной из первой и второй угловых скоростей; и
конфигурируют комплект тарельчатых пружин для проявления соответствующей частоты демпфирования или резонансной частоты при определенной частоте вынужденных колебаний.
15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий этап определения другой частоты демпфирования и резонансной частоты с применением конфигурации комплекта тарельчатых пружин.
