Устройство для бурения скважин

Устройство для бурения скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е < 844761

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.05. 79 (21) 2769290/22-03 (51)М. Кл.

Е 21 В 21/00 с присоединением заявки,%

Гасударственный комитет (23) Приоритет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.07 ° 81. Бюллетень Рй 25 (53) УДК 622.243. .13 (088.8) Дата опубликования описания

А.О. Межлумов, Л.10. Динер, З.N. Шахмаев, М.С. Айинев, Н.Х. Мусин и В.И. Иванников

) (72) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт буровой техники (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН жине P2).

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано при проходке скважин в разрезах, осложненных наличием каверн большого размера и зон поглощений промывочной жидкости, создающих бла" гоприятные условия для накопления шлама в стволе, и, тем самым, препятствующих выносу его из скважины на поверхность.

1о

Известно устройство для бурения скважин, предназначенное для очистки каверн радиально-направленной струей промывочной жидкости, иатекаиицей из одной гидромониторной насадки, 15 смонтированной в переводнике с заглушенным нижним концом, установленным на нижнем конце бурильной колонны и располагаемом напротив каверны в стволе скважины 111. Однако это устройство дает возможность вымывать шлам только из участка каверны, расположенного непосредственно в зоне действия гидромониторной струи. При этом подавляющая часть вымываемого шлама не выносится на поверхность в восходящем потоке жидкости, а создает в нижерасположенном участке ствола скважины. В дальнейшем при попытке его удаления путем разбуривания долотом с обычной (или усиленной) промывкой шлам вновь осаждается в этой же каверне и после прекращения циркуляции жидкости выпадает в ствол с образованием шпамового стакана, вызывающего осложнения при дальнейшей проходке скважины.

Известно устройство для бурения скважин, включающее долото, переводник вала, забойный двигатель, шламоуловитель и бурильные трубы, обеспечивающее вынос накопившегося в стволе и в кавернозной его части, шлама, принцип действия которого основан на перепаде скоростей восходящего потока промывочной жидкости в сква844761

В данном устройстве при бурении скважины промывочная жидкость поступает к породоразрушающему инструмен.ту1и к насадкам горизонтального ряда, осуществляя вымыв шлама из кавернозных участков ствола скважины. В случае, когда промывка затрудняется в результате накопления большого количества шлама на забое, бросается бросовый клапан, который садится на втулки и смещает ее вниз, тем самым открываются насадки, направленные вверх,и перекрываются насадки горизонтального ряда. Там осуществляется

40 размыв осевшего шлама.

Недостатком данного устройства является то, что при использовании гидравлических забойных двигателей для вращения долота, усложняется процесс промывки, т.к. утечки жидкости из шпинделя забойного двигателя действуют вниз навстречу восходящему потоку, и, тем самым, уменьшается скорость восходящего потока и его выносная способность.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности промывки в процессе бурения забойными гидравлическими двигателями за счет предотвращения влияния утечек из двигателя на восходящий поток промывочной жидкости.

55

Однако применение этого устройства в кавернозном стволе скважины является малоэффективным. Оно не обеспечивает удаление шлама из участка ствола, находящегося ниже шламоуловителя, расположенного над забойным двигателем. Поскольку объем шламоуловителя имеет ограниченную (длиной бурильной трубы1 величину„ для удаления шлама приходится делать 10 несколько рейсов. Кроме того, удаление шлама из шламоуловителя на по.верхности представляет. значительную трудность.

Известно также устройство для бурения скважин, включающее бурильную колонну с породоразрушающим инструментом и узел промывки, установленный над породоразрушающим инструментом и имеющий два ряда насадок, 20 насадки одного из которых расположены горизонтально, а другого — расположены выше первого, направлены вверх под углом к оси узла промывки и пе1 рекрыты подпружиненной втулкой (3). 25

Указанная цель достигается тем, что насадки первого и второго рядов гидравлически сообщены между собой в момент бурения, а угол наклона насадок второго ряда равен 65-75О.

Принципиальное отличие удаления шлама из скважины с применением данного устройства от известных сос-. тоит в том,что благодаря вращению узла промывки с двумя рядами насадок, из которых истекают струи промывочного агента, создаются основной и вспомогательный гидравлические экраны в радиальном направлении и под углом к оси скважины, с помощью которых не только вымывается шлам из всего объема каверн (на расстоянии действия напора струк), но и обеспечиваются условия, препятствующие осаждению шлама в нижерасположенный ствол скважины и способствующие тран— спортированию его на поверхность.

Нижний ряд насадок узла промывки, выполненный радиально (или тангенциально ) под углом 90 к оси устройства, создает основной гидравлический экран, вымывающий шлам из каверн и способствующий выносу его на поверхность.

Верхний ряд насадок, выполненный под углом 65-75О к оси устройства, образует вспомогательный гидравлический экран, защищающий основной гидрав. лический экран от воздействия утечек (струй) из ниппеля забойного двигателя и формирующий направление потока промывочной жидкости вверх.

Кроме того, с целью поддержания высокой плотности гидравлических экранов, промывочные отверстия в породоразрушающем инструменте могут быть выполнены меньшего (против обычного} диаметра (согласно расчету . Через уменьшенные отверстия небольшая часть промывочного агента направляется к забою для его очистки и охлаждения инструмента при разбуривании осадка шлама в стволе и для предупреждения осаждения небольшой части шлама, способного оказаться ниже действия основного гидравлического экрана, а также для более эффективного формирования потока промывочного агента вверх.

Количество насадок в узле промывки устройства и породоразрушающем инструменте и их диаметры определяются расчетным путем в зависимости

844761

Формула изобретения

5 от расхода промывочного агента. Расход агента определяет скоростной напор струй и скорость вращения вала забойного двигателя и, как следствие, эффективность удаления шлама из каверн и зашламованной призабойной зоны.

На фиш.1 изображено устройство и схема работы его в скважине; на фиг.2 показаны некоторые геометрические параметры устройства и сква\ жины, определяющие эффективность действия устройства.

Устройство для бурения (фиг.1) содержит породоразрушающий инструмент 1, узел промывки 2 с двумя рядами насадок: нижними 3 и верхними 4, перевод«ик вала двигателя 5, щабойный двигатель 6 и бурильную колонну 7.

Операцию по удалению шлама из скважины, включая шламовый стакан

8 и осадок шлама в кавернозном участ- ке ствола 9, производят следующим образом. 25

Устройство спускается в скважину до головы шламового стакана 8. После этого создают циркуляцию промывочного агента, а следовательно, и гидравлические экраны 10 и 11. Нап- ур равления потоков промывочного. агента при этом в стволе скважины, сформиро— ванные промывочными насадками 3 и 4 промывочного узла 2 и инструмента

1, показаны на чертеже стрелками.

После этого разбуривают шламовый стакан 8 в стволе (ниже кавернозного участка 9) до забоя и, не превращая циркуляции, медленно перемещают бурильную колонну 7 вверх на макси— мально допустимую высоту, по возможности таким образом, чтобы гидравлические экраны 10 и 11 переместились выше кавернозного участка ствола до части скважины номинального диаметра.

При этом создаваемые гидравлические экраны, перемещаясь вверх вдоль кавер«озного участка ствола, очищают его от шлама и способствуют транспортированию последнего вверх по стволу скважины на поверхность.

Следует отметить, что лучший вынос шлама при этом обеспечивается при использовании в качестве промывочного агента аэрированной жидкости.

Принципиально данное устройство может использоваться в сочетании с любыми типами забойных двигателей..

Поскольку дополнительный экран должен направить поток, обусловленный утечками из шпинделя забойного двигателя, в кольцевой зазор между корпусом двигателя и стенкой скважины, величина угла о . между осями отверстия 4 и дополнительного переводника 2 может быть определена из следующего соотношения:

2-3„

С = с гctg I

4(S+hR+ где D †. номинальный диаметр скважины, мм;

D — наружный диаметр корпуса за1 бойного двигателя, мм;

Ь вЂ” расстояние между нижнимй торцами ниппеля забойного двига- теля 6 и переводника вала двигателя 5, мм;

Ь — величина, определяемая конструктивными особенностями устройства, Ь 1 = 100-200 мм; о — диаметр отверстия, 4 мм.

При существующих требованиях к величине технологически необходимого зазора между забойным двигателем и стенкой скважины, а также геометрических параметрах применяемых двигателей, величина О! должна находиться в пределах 65-75 о

К примеру, для турбобура ЗТСШ-240

« долота диаметром 295 мм 5 =71 20, Использование настоящего устройства для бурения скважин выгодно отличается от указанного прототипа, так как о«о просто в изготовлении, может быть выполнено в условиях мастерских

УБР, не требует проведения дополнитель«ых технологических операций и обеспечивает более эффективный вынос шлама из скважины в осложнениых условиях, т.е. при наличии в стволе зон поглощений и каверн большого размера, за счет создания гидравлических экранов.

На удаление шлама из скважины в указанных условиях с помощью существующих устройств расходуется много непроизводительного времени (иногда несколько суток). Применение настоящего устройства позволит значительно сократить эти затраты.

Устройство для бурения скважин, включающее бурильную колонну с породоразрушающим инструментом и узел

7 844761 8 промывки, установленный над породораз" момент бурения, а угол наклона нарушающим инструментом и имеющий два садок второго ряда равен 65-750. ряда насадок, насадки одного из ко- Источники информации, торых расположены горизонтально, . принятые во внимание при экспертизе а другого — расположены выше первого 5 1. Губерман Д.M. Исследование и направлены вверх под углом к оси и совершенствование технико-технолоузла промывки, о т л и ч а ю щ е— гических средств проводки сверхглуе с я тем, что с целью повышения боких скважин в эффузивно-осадочных эффективности. промывки в процессе породах, дис.на соиск,учен. степени бурения забойными гидравлическими 10 канд. технических наук, М., 1973. двигателями за счет предотвращения 2. Акопов 3.А. Очистка забоев влияния утечек из двигателя на вос- глубоких скважин, И., "Недра", 1970, ходящий поток промывочной жидкости, с.77. насадки первого и второго рядов гид- 3. Патент США Р 3795282, равлически сообщены между собой в кл. 175-65, опублик. 1974 (прототип) .

1. )

ВНИИПИ Заказ 4434/13 Тираж Подписное

627

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4