гидродинамическое устройство для разбуривания цементных мостов в скважине

Формула изобретения

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗБУРИВАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ В СКВАЖИНЕ, включающее корпус, размещенный в корпусе и соединенный выходным концом с долотом вал и приводящие вал во вращение рабочие органы, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет увеличения на валу крутящего момента, вал по всей длине выполнен полым с открытой с обоих концов вала внутренней полостью, причем рабочие органы для приведения вала во вращение размещены во внутренней полости вала и жестко соединены с ним.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам вращательного бурения, и предназначается в основном для разбуривания цементных мостов и песчаных пробок в эксплуатационной колонне скважины.

Известен забойный двигатель, включающий объемный двигатель и турбобур, каждый из которых состоит из корпуса и вала, при этом корпус объемного двигателя и корпус турбобура гидравлически связаны между собой патрубком, а их валы кинематически связаны между собой, например, с помощью карданного вала [1] .

Однако этот известный двигатель имеет низкий КПД из-за того, что при размещении объемного двигателя и турбобура на одном валу имеет место торможение скорости вращения вала турбобура.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к устройству является винтовой забойный двигатель, содержащий статор, выполненный в виде стального корпуса, к внутренней поверхности которого привулканизирована резиновая обкладка, имеющая на своей внутренней поверхности винтовые зубья левого направления, и размещенный внутри статора стальной ротор, который имеет наружные винтовые зубья левого направления, число которых на единицу меньше, чем у статора. Зубья ротора и статора находятся в непрерывном контакте между собой, в результате чего происходит разделение полостей высокого и низкого давлений и осуществляется рабочий процесс двигателя [2] .

При прокачивании промывочной жидкости через известный двигатель его ротор совершает планетарное движение относительно оси статора, обкатываясь по зубьям резиновой обкладки. Сам ротор при этом вращется по часовой стрелке. Планетарное движение ротора преобразуется в соосное вращение вал шпинделя при помощи карданного вала, передающего крутящий момент и гидравлическую осевую нагрузку от ротора на долото. В шпинделе известного двигателя размещены резино-металлические нижние опоры и многорядный шариковый радиально-упорный подшипник, воспринимающий гидравлическую и забойную нагрузку.

Однако известный винтовой забойный двигатель из-за малого диаметра ротора и малой его массы способен развивать на рабочем валу, соединяемом с долотом, крутящий момент ограниченной величины, что снижает эффективность работы известного двигателя, значительно увеличивает время бурения цементного моста в эксплуатационной колонне скважины.

Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройства за счет увеличения на его валу крутящего момента.

Дополнительно изобретение позволяет увеличить срок его надежной работы при температуре в интервале разбуривания выше 100^оС.

Изобретение также обеспечивает упрощение его эксплуатации за счет обеспечения возможности использования в качестве промывочной жидкости кроме технической воды любой практически доступной жидкости, например, отработанного бурового раствора, сброшенного в амбар после бурения скважин.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, размещенный в корпусе и соединенный выходным концом с долотом вал и приводимые вал во вращение рабочие органы, вал по всей длине выполнен полым с открытой с обоих концов вала внутренней полостью, причем рабочие органы для приведения вала во вращение размещены во внутренней полости вала и жестко соединены с ним.

На чертеже представлен общий вид одного из возможных вариантов устройства, продольный разрез.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого размещен вал 2, с помощью верхнего 3 и нижнего 4 подшипников. Между корпусом 1 и валом 2 установлен уплотнительный элемент 5. При этом выходной конец вала 2 посредством переводника 6 соединен с долотом 7. Вал 2 по всей длине выполнен полым с открытой с обоих концов внутренней полостью 8, в которой размещены рабочие органы 9, предназначенные для приведения вала во вращение. Рабочие органы 9 при этом жестко прикреплены к внутренней поверхности 10 полого вала 2.

Рабочие органы 9 могут быть выполнены, например, в виде шнека, как изображено на чертеже. Рабочие органы 9 могут быть выполнены также в виде отдельных частей такого шнека или, например, в виде лопаток или винтов пропеллерного типа. В случае выполнения рабочих органов 9 в виде шнека его наружные кромки по всему внешнему винтовому периметру или частично, как показано штриховыми участками на чертеже, но обязательно должны быть жестко соединены с валом 2. Аналогично должно быть осуществлено жесткое соединение с валом 2 рабочих органов 9 в случае выполнения их в виде отдельных частей шнека. При выполнении рабочих органов 9 в виде лопаток (например, длина которых будет выполнена менее внутреннего диаметра вала 2), то каждая такая лопатка ее боковой кромкой должна быть соединена жестко с валом 2.

В случае выполнения рабочих органов 9 в виде винтов пропеллерного типа последние обоими противоположными концами должны быть соединены с валом 2. Корпус 1 устройства своей верхней частью крепится к нижнему концу колонны бурильных труб 11.

Устройство работает следующим образом.

Устройство на колонне бурильных труб 11 опускают в скважину до касания долотом 7 верхней поверхности цементного моста. Приподняв на колонне бурильных труб 11 устройство с долотом над цементной пробкой, как и обычно перед бурением на 20-25 см, по колонне бурильных труб 11 в устройство подают под давлением промывочную жидкость, которая, благодаря выполнению вала полым по всей длине с открытой с обоих концов внутренней полостью, поступает во внутреннюю полость 8 вала 2 и непосредственно на рабочие органы 9 и, пройдя через все рабочие органы, т. е. через всю длину вала 2, а далее - через долото, промывочная жидкость поступает в межколонное пространство ствола скважины. Благодаря тому, что рабочие органы 9 жестко прикреплены к внутренней поверхности 10 полого вала 2, при прохождении под давлением промывочной жидкости по внутренней полости вала 2 через рабочие органы 9 происходит вращение вала 2 и соединенного с ним долота 7 вокруг их продольной оси.

При использовании устройства на его валу, соединенном с долотом, обеспечивается получение крутящего момента, не менее чем в 2-3 раза превосходящего крутящий момент в устройстве по прототипу при одинаковых габаритных размерах устройств.

Конструкция устройства простая. Она содержит небольшое количество деталей, которые сами по себе просты конструктивно, просты в изготовлении и просты в сборке устройства. В устройстве нет резиновых обкладок, которые необходимо было бы, как в прототипе привулканизировать к корпусу устройства. Все детали устройства являются металлическими, они высокопрочны, износостойки и температуростойки. Это позволяет увеличить срок надежной работы устройства при температуре в интервале разбуривания скважины выше 100^оС.

Устройство может работать на промывочной жидкости любой вязкости, включая жидкости высокой вязкости, не требуя при этом жестких регламентированных способов их очистки, т. е. отпадает необходимость в использовании громоздких желобных систем, например, таких, какими оборудуются буровые для очистки бурового раствора от шлама. Поэтому эксплуатация устройства существенно упрощается, т. к. при его работе отпадает необходимость производить тонкую очистку промывочной жидкости.

Устройство позволяет увеличить проходку при разбуривании цементных мостов и снизить трудовые и материальные затраты на разбуривание цементных мостов в скважине за счет сокращения спуско-подъемных операций бурильных труб для промывки ствола скважины после разбуривания цементного моста, т. к. при разбуривании таким устройством уже обеспечивается полный вынос разбуриваемого цемента при использовании в качестве промывочной жидкости, например, вязкого глинистого раствора. Это особенно важно при разбуривании цементных мостов, находящихся в интервале продуктивного пласта, где глубина зумпфа ограничена башмаком эксплуатационной колонны. (56) Авторское свидетельство СССР N 346967, кл. E 21 B 4/02, 1970.

Северинчик Н. А. Машины и оборудование для бурения скважин. - М. : Недра, 1986, с. 119-122.