RU2715576C1 - Drill pipe with centralizers - Google Patents

Abstract

FIELD: soil or rock drilling.

SUBSTANCE: invention relates to the field of drilling equipment and can be used in assembly of a drill string intended for drilling of hollow-inclined and horizontal sections of wells. Drill pipe with centralizers comprises housing and connecting elements, at that on metal housing of drill pipe there are round tubular centralizers with ribs, on which eccentric hollow container with metal balls inside is fixed.

EFFECT: reduction of forces of column resistance to longitudinal movement in horizontal shaft and provision of driving of more extended wells with horizontal termination.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области буровой техники и может использоваться в компоновке бурильной колонны, предназначенной для бурения полого-наклонных и горизонтальных участков скважин.The invention relates to the field of drilling equipment and can be used in the layout of the drill string intended for drilling hollow-inclined and horizontal sections of wells.

Известен упругий центратор (патент RU №2088742, Е21В 17/10, публ. 27.08.1997), содержащий ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными опорными планками.Known elastic centralizer (patent RU No. 2088742, ЕВВ 17/10, publ. 08/27/1997), containing the barrel and mounted on it using radial bearings and spacer sleeve frame with arcuate support strips.

Известен также центратор (патент RU №2387794, Е21В 17/10, публ. 27.04.2010), содержащий ствол и раздвижные уплотнительные элементы выполненные из упругого материала и установленные на стволе. Раздвижные уплотнительные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, двух переходящих один в другой шаровых пояса с равновеликими радиусами сфер, замыкаемых дальними торцами навстречу друг другу на цилиндрической по преимуществу части ствола, и армированы относительно упругим бандажом типа замкнутой лестницы или беличьего колеса, устанавливаемым в распор шаровых поясов.A centralizer is also known (patent RU No. 2387794, ЕВВ 17/10, publ. 04/27/2010) containing a barrel and sliding sealing elements made of elastic material and mounted on the barrel. Sliding sealing elements are made in the form of at least two spherical belts converging one into another with equal radii of spheres closed by distant ends facing each other on a cylindrical part of the barrel, and are reinforced with a relatively elastic bandage such as a closed staircase or squirrel-wheel mounted in spacer of ball belts.

Недостатком указанных изобретений является малая площадь соприкосновения опорных элементов со стенкой скважины, что может привести к возрастанию деформации упругих элементов, увеличению сопротивления при движении центратора по неровностям стенки скважины. Известен упругий центратор (патент RU №2333343, Е21В 17/10, публ. 10.09.2008), содержащий ствол и установленный на нем с помощью радиальных опор и распорной втулки каркас с дугообразными планками. На стволе установлен дополнительный каркас. Дугообразные планки обоих каркасов жестко соединены прямыми опорными планками.The disadvantage of these inventions is the small area of contact of the support elements with the wall of the well, which can lead to an increase in the deformation of the elastic elements, an increase in resistance when the centralizer moves along the irregularities of the well wall. Known elastic centralizer (patent RU No. 23333343, ЕВВ 17/10, publ. 09/10/2008) containing a barrel and a frame with arcuate planks mounted on it using radial bearings and a spacer sleeve. An additional frame is installed on the barrel. The arcuate planks of both frames are rigidly connected by straight support planks.

Недостатком данного технического решения является его низкая эффективность при бурении горизонтальных участков скважин вследствие высокого сопротивления колонны бурильных труб продольному перемещению в процессе бурения из-за отсутствия, механизмов, снижающих силы сопротивления продольному перемещению колонны бурильных труб.The disadvantage of this technical solution is its low efficiency when drilling horizontal sections of wells due to the high resistance of the drill string to longitudinal movement during drilling due to the absence of mechanisms that reduce the resistance to longitudinal movement of the drill pipe string.

Известен центратор бурильного инструмента, содержащий муфту для присоединения к колонне бурильных труб, соединенный с муфтой полый шток, крышку, являющуюся ограничителем хода для плашек, перемещающихся по конусному корпусу, переводник с гидравлическими каналами для промывочной жидкости, к которым приварены фонари с отверстиями, внутри которых расположены полые тефлоновые шары с плотностью, меньшей плотности промывочной жидкости, и цилиндр, являющиеся направляющими для поршня-толкателя, разрезанного на четыре части по числу плашек, резиновое кольцо, четыре винта, манжету, стальное нажимное кольцо, образующие сальниковый узел, башмак, гибко связывающий переводник и цилиндр, служащий также для соединения центратора с колонной бурильных труб. (RU 2151853 от 23.11.1998, опубл. 27.06.2000 Бюл. №18) Однако, данное изобретение решает техническую задачу улучшения очистки ствола горизонтальных скважин за счет эксцентричного расположения колонны бурильных труб, смещенной к верхней стенке горизонтального ствола, и не направлено на снижение сил сопротивления продольному продвижению горизонтального участка колонны с целью повышения эффективности бурения скважин. Изобретение взято за прототип.A known drill tool centralizer comprising a sleeve for connecting to a drill pipe string, a hollow rod connected to the sleeve, a cover that is a travel limiter for dies moving along the conical body, an adapter with hydraulic channels for flushing fluid, to which lanterns are welded with openings inside which there are hollow Teflon balls with a density lower than the density of the washing liquid, and a cylinder, which are guides for the plunger piston, cut into four parts according to the number of dies, ynoic ring four screws cuff steel pressure ring forming the gland assembly shoe flexibly connecting sub cylinder and serving as a centralizer for connection with the drill string. (RU 2151853 dated 11/23/1998, publ. 06/27/2000 Bull. No. 18) However, this invention solves the technical problem of improving the cleaning of the horizontal wellbore due to the eccentric location of the drill pipe offset to the upper wall of the horizontal wellbore, and is not aimed at reducing resistance forces to the longitudinal advancement of the horizontal section of the column in order to increase the efficiency of well drilling. The invention is taken as a prototype.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение сил сопротивления продольному продвижению горизонтальному участку колонны с целью повышения эффективности бурения скважин с горизонтальным окончанием, а также увеличения максимально возможной протяженности горизонтального участка при бурении скважин для повышения качества отработки месторождений нефти и газа.The objective of the invention is to reduce the forces of resistance to the longitudinal advancement of the horizontal section of the column in order to increase the efficiency of drilling wells with horizontal endings, as well as increase the maximum possible length of the horizontal section when drilling wells to improve the quality of oil and gas fields.

Достигается это тем, что бурильная труба с центраторами, содержащая корпус, соединительные элементы, на металлическом корпусе бурильной трубы расположены круглые трубчатые центраторы с ребрами, на которых закреплена эксцентричная полая емкость с металлическими шарами внутри.This is achieved by the fact that the drill pipe with centralizers, comprising a housing, connecting elements, round tubular centralizers with ribs are located on the metal housing of the drill pipe, on which an eccentric hollow container with metal balls inside is fixed.

Такое выполнение конструкции одновременно обеспечивает снижение веса компоновки бурильных труб, центрацию колонны, эксцентриситет вращающейся колонны и генерирование механических колебаний.This design at the same time provides a reduction in the weight of the drill pipe assembly, centering of the string, eccentricity of the rotating string and the generation of mechanical vibrations.

Снижение веса участка компоновки обеспечивается благодаря наличию эксцентричной полой емкости 5, соединенной с обоих концов с круглыми трубчатыми центраторами 3. Кроме того, наличие эксцентричной полой емкости 5 обеспечивает при вращении колонны бурильных труб повышения центробежной силы, что в процессе бурения будет способствовать «поднятию» участка колонны бурильных труб с обеспечением вращения колонны вокруг оси скважины. Подобный вид вращения колонны будет снижать коэффициент трения между колонной и станками скважины, способствовать более эффективному очищению ствола скважины от шлама, снижать силу необходимую для продольного перемещения горизонтального участка ствола скважины.The weight of the assembly section is reduced due to the presence of an eccentric hollow tank 5 connected at both ends with round tubular centralizers 3. In addition, the presence of an eccentric hollow tank 5 provides an increase in centrifugal force when the drill string is rotated, which will help to “lift” the section during drilling drill pipe strings, ensuring the rotation of the string around the axis of the well. This type of rotation of the string will reduce the coefficient of friction between the string and the well tools, contribute to more efficient cleaning of the wellbore from sludge, reduce the force necessary for the longitudinal movement of the horizontal section of the wellbore.

Заявляемая конструкция иллюстрируется на чертеже.The inventive design is illustrated in the drawing.

Где: металлический корпус 1, соединительные элементы 2, трубчатый центратор 3, ребра трубчатого центратора 4, эксцентричная полая емкость 5, стальные шары 6.Where: metal body 1, connecting elements 2, tubular centralizer 3, ribs of the tubular centralizer 4, eccentric hollow tank 5, steel balls 6.

В процессе бурения трубчатый центратор 3 и ребра трубчатого центратора 4 обеспечивают центрацию в стволе скважины участка колонны бурильных труб горизонтального участка, при этом обеспечивается снижение площади соприкосновения колонны бурильных труб о стенки скважины, что способствует более эффективному продольному продвижению колонны бурильных труб. Также в процессе бурения трубчатый центратор 3 и эксцентричная полая емкость 5 из-за эффекта плавучести снижают вес участка колонны бурильных труб, что также благоприятно сказывается на продвижении горизонтального участка скважины. Кроме того, эксцентричная полая емкость создает эксцентриситет центра масс поперечного сечения трубы с центрирующими элементами, что в процессе бурения приводит к возникновению центробежной силы, которая в свою очередь заставляет двигаться прилегающий к ней участок колонны вокруг оси скважины, тем самым создавая благоприятные условия для продвижения колонны бурильных труб в горизонтальном участке скважины. При этом эксцентричная полая емкость 5 содержит размещенные в ней стальные шары 6, которые в процессе вращения колонны, ударяясь о стенки и соударяясь друг с другом, начинают генерировать вибрационные колебания, возникновение которых приводит к снижению коэффициента трения между колонной бурильных труб и стенками скважины. Кроме того, наличие металлических шаров 6 увеличивает эксцентриситет эксцентричный полой емкости.During drilling, the tubular centralizer 3 and the ribs of the tubular centralizer 4 provide centering in the borehole of the section of the drill pipe string of the horizontal section, while reducing the contact area of the drill pipe string against the borehole wall, which contributes to more efficient longitudinal advancement of the drill pipe string. Also, during the drilling process, the tubular centralizer 3 and the eccentric hollow tank 5 reduce the weight of the section of the drill pipe string due to the buoyancy effect, which also favorably affects the advancement of the horizontal section of the well. In addition, the eccentric hollow tank creates an eccentricity of the center of mass of the cross section of the pipe with centering elements, which during drilling leads to the appearance of centrifugal force, which in turn forces the adjacent section of the column to move around the axis of the well, thereby creating favorable conditions for the advancement of the column drill pipe in a horizontal section of the well. In this case, the eccentric hollow tank 5 contains steel balls 6 located in it, which during the rotation of the string, hitting the walls and colliding with each other, begin to generate vibrational oscillations, the occurrence of which reduces the coefficient of friction between the drill pipe string and the borehole walls. In addition, the presence of metal balls 6 increases the eccentricity of the eccentric hollow tank.

Работа устройства:Device operation:

Крутящий момент и осевое усилие передается на корпус 1 посредством соединительных элементов 2, при этом трубчатый центратор 3 и ребра трубчатого центратора 4 обеспечивают центрацию корпуса 1 в стволе скважины с одновременным снижением контактной площади поверхности.Torque and axial force are transmitted to the housing 1 by means of connecting elements 2, while the tubular centralizer 3 and the ribs of the tubular centralizer 4 provide centering of the housing 1 in the wellbore while reducing the contact surface area.

Эксцентричная полая емкость 5 в процессе вращения обеспечивает вид вращения бурильных труб вокруг оси скважины, а металлические шары 6, ударяясь о стенки и соударяясь друг с другом, начинают генерировать вибрационные колебания, возникновение которых приводит к снижению коэффициента трения между колонной бурильных труб и стенками скважины увеличивая смещение центра масс эксцентричный полой емкости 5.The eccentric hollow tank 5 during rotation provides a view of the rotation of the drill pipe around the axis of the borehole, and metal balls 6, hitting the walls and colliding with each other, begin to generate vibrational oscillations, the occurrence of which leads to a decrease in the friction coefficient between the drill pipe string and the borehole walls increasing center of mass displacement eccentric hollow tank 5.

Технический результат заявляемой конструкции заключается в снижении сил сопротивления колонны продольному продвижению в горизонтальном стволе и обеспечению проходки более протяженных скважин с горизонтальным окончанием.The technical result of the claimed design is to reduce the resistance forces of the column to longitudinal advancement in a horizontal wellbore and to ensure the penetration of longer wells with a horizontal end.

Claims (1)

Бурильная труба с центраторами, содержащая корпус, соединительные элементы, отличающаяся тем, что на металлическом корпусе бурильной трубы расположены круглые трубчатые центраторы с ребрами, на которых закреплена эксцентричная полая емкость с металлическими шарами внутри.A drill pipe with centralizers, comprising a housing, connecting elements, characterized in that on the metal housing of the drill pipe there are round tubular centralizers with ribs on which an eccentric hollow container with metal balls inside is fixed.

Images