устройство для бурения скважин

Формула изобретения

1. Устройство для бурения скважин, содержащее полый корпус, размещенный внутри него с образованием полостей низкого и высокого давления многозаходный героторный механизм, включающий соосно расположенный статор и эксцентрично установленный внутри статора ротор, при этом внутренняя поверхность статора дополнительно содержит эластичную оболочку и он установлен таким образом, что между внутренней стенкой полого корпуса и наружной поверхностью статора образована кольцевая полость, в которой создан вакуум, для чего полый корпус снабжен клапаном.

2. Устройство для бурения скважин по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность эластичной оболочки статора выполнена армированной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к забойным двигателям героторного типа и может быть использовано для бурения нефтяных, газовых и разведочных скважин.

Известен винтовой забойный двигатель [SU 1717782 A1, E21B 4/02, опубл. 07.03.92], снабженный коллектором с замкнутой кольцевой полостью, установленным в корпусе и обратным клапаном. Кольцевая полость коллектора гидравлически сообщена с выходными отверстиями каналов, а обратный клапан установлен в корпусе с возможностью сообщения кольцевой полости коллектора с пространством за корпусом. В каждом поперечном сечении статора вершина выступа статора и центр проходного сечения канала расположены на одной радиальной линии. На внутренней поверхности корпуса имеются винтовые пазы, а винтовые каналы статора размещены в винтовых пазах. Часть статора с винтовыми каналами выполнена в виде вставных шлангов.

Известен винтовой забойный двигатель [SU 1594258 A1, Кл. E21B 4/02, опубл. 23.09.90], снабженный центрирующими дисками с закрепленными на них стержнями, причем эластичная оболочка статора расположена с зазором относительно корпуса с образованием кольцевой полости и армирована стержнями, а центрирующие диски установлены по торцам оболочки и закреплены в корпусе двигателя, при этом в верхнем центрирующем диске со стороны полости высокого давления выполнены отверстия для подачи промывочной жидкости в кольцевую полость.

Известен статор забойной героторной машины [RU 2018620 C1, E21B 4/02, 30.08.94], содержащий металлическую основу, выполненную в виде тонкостенной втулки, кольцевая полость изолирована от внешней среды, отношение толщины втулки в ее средней части к наружному диаметру гильзы составляет 0,02-0,09, а отношение радиального размера полости к толщине втулки в ее средней части - в пределах 0,02-0,15.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, в известных технических решениях является низкий показатель ресурса работы двигателя при бурении скважин в интервалах высоких забойных температур за счет снижения надежности элементов двигателя по причине выхода из строя эластичного (резинового) уплотнения статора, имеющего ограничения по температурным условиям эксплуатации.

В настоящее время большое внимание уделяется бурению глубоких (до 3500 м) и сверхглубоких (от 4000 до 11000 м) скважин. Это вызвано разработкой, исследованиями и освоением продуктивных интервалов с подсчетами запасов нефти и газа. Температурный градиент по разрезу скважин составляет в среднем 3,3°С на 100 м. Температура на забое скважин в интервалах от 4000 м до 11000 м варьируется от 130 до 270°С.

Базовая конструкция винтовой пары не позволяет избежать выхода из строя эластичной (резиновой) обкладки статора. Прежде всего это связано со свойствами резиновых смесей для статоров винтовых забойных двигателей (ВЗД), имеющих ограниченный температурный диапазон. Результаты испытаний применяемых резиновых смесей, например таких, как Н-407-14 и ИРП-1226-3, показали, что условная прочность после термического воздействия от 120 до 140°С снизилась до 85%. Снижение прочности эластичной (резиновой) обкладки статора при высоких забойных температурах в скважине приводит к отказу ВЗД вследствие прямоточных утечек закачиваемого под высоким давлением (от 4,0 до 8,0 МПа) реагента (бурового раствора) по профилю винтовых линий ротора и статора. Это приводит к частым остановкам и запускам двигателя, невозможности бурения ВЗД в условиях высоких забойных температур. Бурение скважин в местах высоких температур осуществляется роторным способом. Бурение роторным способом осуществляется путем вращения бурильной колонны. В результате взаимодействия (трения) о стенки скважины происходит износ бурильных труб, элементов оснастки бурильной колонны, что снижает технико-экономические показатели бурения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение ресурса работы двигателя, повышение технико-экономических показателей бурения скважин в интервалах высоких забойных температур путем создания вакуума в измененной конструкции забойного двигателя.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в снижении теплопроводности между корпусом двигателя и эластичной (резиновой) оболочкой в интервалах высоких забойных температур за счет образования кольцевой вакуумной полости в корпусной части забойного двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для бурения скважин содержит полый корпус, размещенные внутри него с образованием полостей низкого и высокого давления многозаходный героторный механизм, включающий соосно расположенный статор и эксцентрично установленный внутри статора ротор, внутренняя поверхность статора дополнительно содержит эластичную оболочку. Статор установлен таким образом, что между внутренней стенкой полого корпуса и наружной поверхностью статора образуется кольцевая полость. Полый корпус оборудован клапаном для обеспечения возможности создания в образованной кольцевой полости вакуума. Кроме того, наружная поверхность эластичной оболочки статора выполнена армированной.

Причинно-следственная связь между заявленным техническим результатом и существующими признаками изобретения следующая. Увеличение ресурса работы двигателя, повышение технико-экономических показателей бурения скважин в интервалах высоких забойных температур осуществляется за счет снижения теплопроводности между корпусом двигателя и эластичной (резиновой) оболочкой путем создания вакуума в кольцевой полости, образованной между внутренней стенкой полого корпуса и наружной поверхностью статора. Это прежде всего связано со снижением диффузионных свойств (снижением плотности газа в вакуумной полости) за счет изменения скорости (средней длины свободного пути) движения молекул в полости с пониженным давлением (менее 760 мм рт.ст.). Созданный в образованной кольцевой полости вакуум снижает количество молекул газа в единице объема, тем самым уменьшает количество и время соударений частиц, что способствует снижению теплопроводности между корпусом двигателя и эластичной (резиновой) обкладкой.

На чертеже представлено устройство для бурения скважин.

Устройство содержит полый корпус 1, размещенные внутри него с образованием полостей низкого и высокого давления многозаходный героторный механизм, включающий соосно расположенный статор и эксцентрично установленный внутри статора ротор 2. Статор дополнительно содержит на внутренней поверхности эластичную оболочку 3 с армированной наружной поверхностью 4. Между полым корпусом 1 и наружной поверхностью статора образована кольцевая полость 5. Для создания вакуума в кольцевой полости 5 полый корпус 1 оборудован клапаном 6.

Устройство для бурения скважин работает следующим образом.

В процессе сборки и подготовки устройства (на буровой или ремонтной базе) для бурения скважин в условиях высоких забойных температур в кольцевой полости 5 создают вакуум с использованием клапана 6.

Создание вакуума производят через клапан 6, установленный в полом корпусе 1, посредством вакуумного насоса, например НВР 4,5Д; НВР 90; НВР 150Д и др. При этом предельное остаточное давление в полости должно быть не менее 0,015 мм рт. ст. (1,97·10^-6 МПа).

Подготовленное устройство спускают в скважину и приступают к бурению. Буровой раствор поступает под давлением в полости низкого и высокого давления многозаходной винтовой пары героторного механизма, образованные статором и ротором 2. Под действием перепада давления происходит вращательное движение ротора 2. В процессе бурения скважин в интервалах повышенных забойных температур созданный в кольцевой полости 5 вакуум снижает теплопроводность между полым корпусом 1 двигателя и наружной поверхностью статора за счет снижения количества молекул в единице объема (скорости их движения, количества соударений и т.д.) и тем самым препятствует выходу из строя внутренней поверхности эластичной оболочки 3 статора, имеющей ограничения по температурным показателям.

Устройство для бурения скважин даст возможность повысить ресурс работы двигателя, технико-экономические показатели бурения скважин в интервалах высоких забойных температур.