устройство для шароструйного бурения скважин

Формула изобретения

Устройство для шароструйного бурения скважин, состоящее из цилиндрического кожуха с окнами для выхода продуктов разрушения, соединенного в верхней части с колонной бурильных труб и снабженного в нижней части опорным башмаком, породоразрушающих шаров и струйного аппарата, включающего сопловую насадку и разгонную камеру, с окнами для прохода породоразрушающих шаров, отличающееся тем, что устройство снабжено бункером, а струйный аппарат расположен эксцентрично в кожухе и жестко прикреплен под углом 20 - 70^o к заглушке, связанной с колонной бурильных труб с возможностью кругового перемещения относительно вертикальной оси устройства, причем нижний торец разгонной камеры струйного аппарата не выходит за пределы вертикальной оси устройства, а бункер, жестко прикрепленный к разгонной камере, выполнен в виде полого цилиндра, расположенного соосно с кожухом, и его верхняя часть имеет форму полого усеченного эллиптического конуса с круговым основанием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике, именно к устройствам для шароструйного бурения скважин.

Известно устройство для шароструйного бурения скважин, содержащее цилиндрический полый корпус, соединенный в верхней части с колонной бурильных труб и снабженный в нижней части опорным башмаком, породоразрушающие шары и концентрично расположенный в корпусе выше его нижнего торца струйный аппарат, соединенный с ним при помощи герметизированного гнезда и включающий головку для захвата овершотом, сопло и разгонную камеру с окнами для прохода породоразрушающих шаров (авт. св. СССР N 417599, кл. E 31 В 7/18, 1970).

Однако так как разгонная камера установлена концентрично с корпусом, основной поток породоразрушающих шаров направлен в центральную часть забоя, а формирование периферийной части осуществляется путем обрушения в результате воздействия на нее опорного башмака. Поэтому при бурении в твердых, крепких и очень крепких породах возможно заклинивание устройства.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для шароструйного бурения скважин, содержащее струйный аппарат, включающий соосно установленные сопловую насадку и разгонную камеру, сочлененные шарнирно-поворотно, и расположенный коаксиально ему цилиндрический кожух с окнами для выхода продуктов разрушения и опорным башмаком. Кожух связан с сопловой насадкой с возможностью вращения и осевого перемещения и снабжен тягой, соединенной с разгонной камерой для ее поворота относительно сопловой насадки, и пружиной для его возврата (авт. св. N 1120733 А, кл. E 21 B 7/18, 1983).

Однако так как в данном устройстве угол наклона струи рабочего агента к забою составляет 90^o, то значительная часть энергии шара расходуется на его деформацию, то есть энергия шара расходуется не достаточно эффективно.

Целью данного изобретения является повышение эффективности бурения за счет наиболее полного использования энергии породоразрушающих шаров.

Указанная цель достигается при использовании устройства для шароструйного бурения скважин, содержащего цилиндрический кожух с окнами для выхода продуктов разрушения, соединенный в верхней части с колонной бурильных труб и снабженный в нижней части опорным башмаком, породоразрушающие шары и струйный аппарат, включающий соосно установленные разгонную камеру с окнами для прохода породоразрушающих шаров и сопловую насадку, в котором, согласно изобретению, струйный аппарат расположен эксцентрично в кожухе и жестко прикреплен под углом 20-70^o к заглушке, связанной с колонной бурильных труб с возможностью кругового перемещения относительно вертикальной оси устройства, причем нижний торец разгонной камеры струйного аппарата не выходит за пределы вертикальной оси устройства. Бункер, жестко прикрепленный к разгонной камере, выполнен в виде полого цилиндра, расположенного соосно с кожухом, а его верхняя часть имеет форму полого усеченного эллиптического конуса с круговым основанием.

Технический эффект достигается за счет того, что наклон струйного аппарата под углом 20 - 70^o к заглушке обеспечивает максимальную работу шара по разрушению забоя, так как разрушение осуществляется путем ударного воздействия, скалывания и истирания, смещение места закрепления струйного аппарата относительно оси устройства позволяет увеличить путь шара за один цикл, а его вращение относительно вертикальной оси устройства обеспечивает равномерное разрушение забоя. Бункер позволяет уловить шары и направить их точно в окна разгонной камеры.

Предлагаемое устройство для шароструйного бурения скважин изображено на чертеже.

Лучший вариант реализации устройства.

Устройство содержит цилиндрический полый кожух 1 с окнами 2 для выхода продуктов разрушения, соединенный в верхней части с колонной бурильных труб 3 и снабженный опорным башмаком 4, и породоразрушающие шары 5. Отрезок трубы 6 присоединен к нижней части колонны бурильных труб 3 посредством подшипника 7 и, благодаря ему, может вращаться относительно оси устройства. Нижняя часть трубы 7 снабжена заглушкой 8. Эксцентрично расположенный в кожухе 1 струйный аппарат 9, содержащий соосно установленные сопловую насадку 10 и разгонную камеру 11 с окнами 12 для прохода породоразрушающих шаров 5, жестко прикреплен к заглушке 8 под углом 20 - 70^o к горизонтальной оси. Если угол наклона струйного аппарата меньше 20^o, то путь шара не достаточно велик для наиболее полного использования энергии шара, а если угол наклона больше 70^o, то энергии шара не хватает для эффективного разрушения периферийной части забоя. Нижний торец разгонной камеры 11 не должен выходить за ось устройства, в противном случае возможно заклинивание устройства вследствие слабого разрушения центральной части забоя. В месте прикрепления сопловой насадки 10 заглушка 8 имеет сквозное отверстие, диаметр которого равен диаметру сопловой насадки 10, для подачи рабочего агента в струйный аппарат 9. Бункер 13, жестко прикрепленный к разгонной камере 11, выполнен в виде полого цилиндра, расположенного соосно с кожухом 1. Верхняя часть бункера 13 имеет форму полого усеченного эллиптического конуса с круговым основанием.

Устройство работает следующим образом. Струя рабочего агента, подаваемого по бурильным трубам 3, истекает через отверстие в заглушке 8 в сопловую насадку 10 и разгоняет породоразрушающие шары 5 в разгонной камере 11. Благодаря вращению струйного аппарата 9 относительно оси устройства породоразрушающие шары 5 равномерно обрабатывают забой. Вращение заглушки 8 с закрепленным на ней струйным аппаратом 9 может осуществляться за счет приложения электрических сил, создаваемых работой электродвигателя и др. Отработавшие на забое породоразрушающие шары 5 восходящим потоком рабочего агента поднимаются вверх по зазору между стенкой бункера 13 и кожухом 1. В связи с расширением зазора выше уровня бункера 13 породоразрушающие шары 5 теряют скорость, падают в бункер 13 и через окна 12 попадают в разгонную камеру 11. Таким образом осуществляется циркуляция породоразрушающих шаров 5. Продукты разрушения выносятся восходящим потоком рабочего агента через окна 2 кожуха 1 в затрубное пространство и поднимаются на поверхность.

Изобретение найдет применение при бурении скважин для добычи нефти, газа и других полезных ископаемых в твердых и крепких породах.