RU2183250C2 - Stabilizer - Google Patents

Abstract

FIELD: deep drilling. SUBSTANCE: invention is related to supporting-centering gears centering lower part of drilling string. Stabilizer includes body with axial washing passage and fastening threads, two blades reinforced by inserts of wear-resistant material. It has variable rigidity while bent with reference to major central axes of its cross-section having shape of ring with segments cut away on opposites sides. EFFECT: qualitative centering of lower part of drilling string and free travel of stabilizer along shaft of corrected hole while drilling tools are sunk or lifted. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области глубокого бурения, а именно к опорно-центрирующим устройствам для центрирования низа бурильной колонны. The invention relates to the field of deep drilling, namely to support-centering devices for centering the bottom of the drill string.

Известна утяжеленная бурильная труба с присоединительными резьбами на концах и центральным промывочным каналом, имеющая неравные жесткости при изгибе относительно главных центральных осей инерции поперечного сечения, выполненного, например, в форме кольца со срезанными сегментами (а.с. СССР 560056, Е 21 В 17/00). Known weighted drill pipe with connecting threads at the ends and a Central flushing channel, having unequal bending stiffness relative to the main Central axes of inertia of the cross section, made, for example, in the form of a ring with cut segments (A.S. 560056, E 21 V 17 / 00).

Недостаток известной утяжеленной трубы заключается в том, что она не обеспечивает центрирования низа бурильной колонны в скважине, поскольку наибольший поперечный размер такой трубы гораздо меньше диаметра долота, которым формируется ствол скважины. A disadvantage of the known weighted pipe is that it does not provide centering of the bottom of the drill string in the well, since the largest transverse dimension of such a pipe is much smaller than the diameter of the bit that forms the wellbore.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является стабилизатор, включающий корпус с четырьмя прямолинейными лопастями, армированными вставками из износостойкого материала и с присоединительными резьбами (А.Г. Калинин, Б. А. Никитин, К. М. Солодкий, Б.З. Султанов. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. Справочник, М.: Недра, 1997). Closest to the proposed design is a stabilizer, comprising a housing with four straight blades, reinforced with inserts of wear-resistant material and with connecting threads (A.G. Kalinin, B. A. Nikitin, K. M. Solodky, B.Z. Sultanov. Drilling deviated and horizontal wells. Handbook, M .: Nedra, 1997).

Недостатком прототипа является высокая суммарная жесткость на изгиб его корпуса и четырех лопастей, которая больше жесткости утяжеленных бурильных труб, присоединенных к стабилизатору, что, учитывая большую длину стабилизатора - в 10-30 раз больше его диаметра, может вызывать его заклинки при спуске и подъеме бурильного инструмента в уже искривленной части скважины. The disadvantage of the prototype is the high total bending stiffness of its body and four blades, which is greater than the rigidity of the weighted drill pipes attached to the stabilizer, which, given the large length of the stabilizer - 10-30 times its diameter, can cause it to stick when lowering and raising the drill tool in the already curved part of the well.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение качественного центрирования низа бурильной колонны для управления искривлением скважин и беспрепятственного прохождения стабилизатора по стволу искривленной скважины при спуске и подъеме бурильного инструмента. The objective of the invention is to provide high-quality centering of the bottom of the drill string to control the curvature of the wells and the unhindered passage of the stabilizer along the bore of the curved well during the descent and raising of the drilling tool.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что стабилизатор выполнен неравножестким при изгибе относительно главных центральных осей своего поперечного сечения, имеющего форму кольца со срезанными с противоположных сторон сегментами. Наружный диаметр кольца соответствует диаметру используемого долота, а расстояние между сторонами выбирают таким образом, чтобы жесткость стабилизатора при изгибе относительно одной из главных центральных осей инерции поперечного сечения была в 1,2-1,5 раза меньше, чем жесткость применяемых с ним утяжеленных бурильных труб, жесткости при изгибе во взаимно перпендикулярных направлениях различались в 2,0-2,5 раза. Площади затрубного пространства за стабилизатором и за присоединенными к нему круглыми утяжеленными бурильными трубами должны быть примерно одинаковыми. Оставшиеся части кольца, являющиеся, по существу, лопастями и контактирующие со стенками скважины, армированы вставками из износостойкого материала. The essence of the claimed invention lies in the fact that the stabilizer is made non-rigid when bent relative to the main central axes of its cross section, having the shape of a ring with segments cut off from opposite sides. The outer diameter of the ring corresponds to the diameter of the bit used, and the distance between the sides is chosen so that the stiffness of the stabilizer during bending relative to one of the main central axes of inertia of the cross section is 1.2-1.5 times less than the rigidity of the weighted drill pipes used with it , bending stiffnesses in mutually perpendicular directions differed 2.0-2.5 times. The area of the annulus behind the stabilizer and behind the round heavy drill pipes attached to it should be approximately the same. The remaining parts of the ring, which are essentially blades and in contact with the walls of the well, are reinforced with inserts of wear-resistant material.

Отличительные признаки предлагаемой конструкции стабилизатора заключаются в том, что его корпус вместе с двумя лопастями выполнен неравножестким при изгибе относительно главных центральных осей инерции с поперечным сечением в форме кольца со срезанными с противоположных сторон сегментами, причем наружный диаметр кольца соответствует диаметру используемого долота, а его жесткость относительно одной из осей меньше, чем жесткость применяемых со стабилизатором утяжеленных бурильных труб. Distinctive features of the proposed stabilizer design are that its body together with two blades is made uneven when bent relative to the main central axes of inertia with a cross-section in the form of a ring with segments cut off from opposite sides, and the outer diameter of the ring corresponds to the diameter of the bit used, and its rigidity relative to one of the axes is less than the rigidity of the weighted drill pipes used with the stabilizer.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами (фиг.1,2), где приведен общий вид стабилизатора и разрез по поперечному сечению. The essence of the invention is illustrated by drawings (Fig.1,2), which shows a General view of the stabilizer and the cross-sectional view.

Стабилизатор состоит из корпуса 1, осевого промывочного канала 2, присоединительных резьб 3, лопастей 4, армированных вставками из износостойкого материала. The stabilizer consists of a housing 1, an axial flushing channel 2, connecting threads 3, blades 4, reinforced with inserts of wear-resistant material.

Устройство работает следующим образом. Собирается и спускается в скважину с уже возможно имеющимся зенитным и азимутальным искривлением компоновка низа бурильной колонны, имеющая в своем составе предлагаемый стабилизатор, установленный, в зависимости от целей управления искривлением скважины, либо над долотом, либо на некотором удалении от него. Ввиду малой жесткости стабилизатора относительно одной из осей своего поперечного сечения он свободно проходит через места резкого изменения зенитного и азимутального искривления скважины, не вызывая посадок и заклинок. Способ бурения преимущественно роторный. Поскольку первоначальный диаметр стабилизатора равен или всего на 0,6-1,0 мм меньше диаметра долота, а его длина в 10-30 раз больше диаметра долота, он надежно центрирует компоновку низа бурильной колонны в определенном специальным расчетом месте и создает нужную величину и направление действующей на долоте поперечной силы, обеспечивая возможность управления искривлением скважины при бурении. The device operates as follows. It is assembled and lowered into the well with the already possible anti-aircraft and azimuthal curvature of the bottom of the drill string, incorporating the proposed stabilizer installed, depending on the goals of controlling the curvature of the well, either above the bit or at some distance from it. Due to the low rigidity of the stabilizer relative to one of the axes of its cross section, it freely passes through the places of a sharp change in the anti-aircraft and azimuthal curvature of the well, without causing landings and spells. The drilling method is predominantly rotary. Since the initial diameter of the stabilizer is equal to or only 0.6-1.0 mm smaller than the diameter of the bit, and its length is 10-30 times larger than the diameter of the bit, it reliably centers the layout of the bottom of the drill string in a place determined by special calculation and creates the desired size and direction acting on the bit shear force, providing the ability to control the curvature of the well during drilling.

Преимущества предлагаемой конструкции стабилизатора состоят в том, что его малая жесткость при изгибе относительно одной из главных центральных осей инерции создает условия безаварийного спуска и подъема бурильного инструмента в искривленной скважине, а неравножесткость стабилизатора обуславливает его вращение при бурении только вокруг оси скважины, т.е. самоцентрирование и соответственно центрирование низа бурильной колонны даже при возникновении зазора между стенками скважины и лопастями за счет естественного износа последних. The advantages of the proposed stabilizer design are that its low bending stiffness relative to one of the main central axes of inertia creates the conditions for trouble-free descent and lifting of the drilling tool in a curved well, and the uneven rigidity of the stabilizer determines its rotation when drilling only around the axis of the well, i.e. self-centering and, accordingly, centering of the bottom of the drill string even when there is a gap between the borehole walls and the blades due to the natural wear of the latter.

Claims (2)

1. Стабилизатор нижней части бурильной колонны, включающий корпус с осевым промывочным каналом и присоединительными резьбами, с двумя лопастями, армированными вставками из износостойкого материала, отличающийся тем, что стабилизатор выполнен неравножестким при изгибе с поперечным сечением в форме кольца со срезанными с противоположных сторон сегментами, причем наружный диаметр кольца соответствует диаметру используемого долота. 1. The stabilizer of the lower part of the drill string, comprising a housing with an axial flushing channel and connecting threads, with two blades reinforced with inserts of wear-resistant material, characterized in that the stabilizer is made uneven when bent with a cross section in the form of a ring with segments cut off from opposite sides, moreover, the outer diameter of the ring corresponds to the diameter of the bit used. 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что его жесткость при изгибе относительно одной из главных центральных осей инерции в 2,0-2,5 раза меньше относительно другой и в 1,2-1,5 раза меньше, чем жесткость применяемых с ним утяжеленных бурильных труб. 2. The stabilizer according to claim 1, characterized in that its bending stiffness relative to one of the main central axes of inertia is 2.0-2.5 times less than the other and 1.2-1.5 times less than the stiffness used with it weighted drill pipes.

Images