устройство для кольматации стенок скважины

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЬМАТАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ, включающее корпус с радиальными насадками и установленными в них с возможностью перемещения вдоль их оси заглушками в виде полых цилиндров, заполненных твердым кольматантом и связанных с корпусом фиксаторами, отличающееся тем, что фиксаторы заглушек выполнены подпружиненными и помещены у выхода радиальных насадок, а заглушки со стороны нерабочей поверхности выполнены с наружными коническими проточками под подпружиненные фиксаторы, при этом корпус выполнен с дополнительными радиальными насадками на различных уровнях, помещенными в них заглушками с наружными коническими проточками и твердым кольматантом и имеет гидравлические каналы между основными и дополнительными радиальными насадками, выполненные с возможностью поочередного приведения в рабочее положение заглушек в радиальных насадках каждого последующего уровня после перемещения заглушек в радиальных насадках предыдущего уровня в крайнее фиксированное положение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для кольматации стенок скважины.

Известно устройство для кольматации стенок скважины. Оно устанавливается над долотом с соплом, включает полый корпус с радиально расположенным соплом, снабжено установленным на входе в корпус завихрителем с радиально расположенными лопастями, расположенными в нижней части корпуса патрубком, внутри которого расположено кольматирующее сопло. Недостатком данного устройства является низкая эффективности кольматации в высокопроницаемых трещинно-кавернозных породах со значительной раскрытостью каналов фильтрации [1] .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для кольматации стенок скважины. Оно включает полый корпус с радиальными насадками, содержит дополнительно заглушки, устанавливаемые в насадках с возможностью перемещения вдоль оси насадки. Заглушки выполнены в виде цилиндра из алюминия, бронзы, графита. Цилиндры заглушки выполнены полыми, полость заполнена твердым кольматантом. Недостатком данного устройства является несовершенство его конструкции, в результате чего продолжительность эффективной работы его не превышает 1,0-1,5 ч при существующей возможности продолжения рейса по времени чистого бурения кратно превышающего работу устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства путем увеличения продолжительности кольматирующего эффекта. Задача решается за счет того, что устройство для кольматации стенок скважины, включающее корпус с радиальными насадками и установленными в них с возможностью перемещения вдоль оси заглушек в виде полых цилиндров, заполненных твердым кольматантом и связанных с корпусом фиксаторами, фиксаторы заглушек выполнены подпружиненными и помещены у выхода радиальных насадок, а заглушки со стороны нерабочей поверхности выполнены с наружными коническими проточками, подпружиненные фиксаторы, при этом корпус выполнен с дополнительными радиальными насадками на различных уровнях, помещенными в них заглушками с наружными коническими проточками и твердым кольматантом и имеет гидравлические каналы между основными и дополнительными радиальными насадками, выполненные с возможностью поочередного приведения в рабочее положение заглушек в радиальных насадках каждого последующего уровня после перемещения заглушек в радиальных насадках предыдущего уровня в крайнее фиксированное положение.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для кольматации стенок скважины отличается от прототипа тем, что фиксаторы заглушек выполнены подпружиненными и помещены у выхода радиальных насадок, а заглушки со стороны нерабочей поверхности выполнены с наружными коническими проточками, под подпружиненные фиксаторы, при этом корпус выполнен с дополнительными радиальными насадками на различных уровнях, помещенными в них заглушками с наружными коническими проточками и твердым кольматантом и имеет гидравлические каналы между основными и дополнительными радиальными насадками, выполненные с возможностью поочередного приведения в рабочее положение заглушек в радиальных насадках каждого последующего уровня после перемещения заглушек в радиальных насадках предыдущего уровня в крайнее фиксированное положение.

Таким образом заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области не позволило выявить в последних признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг.2; на фиг. 4 - разрез по В-В на фиг.1; на фиг. 5 - узел II на фиг. 4.

Устройство для кольматации стенок скважин состоит из корпуса 1 с лопастями 2, в которых выполнены полости 3 с насадками 4. В насадках установлены заглушки 5 в форме полого цилиндра, заполненного твердым кольматантом 6. Цилиндрические полости 3 взаимосвязаны между собой выполненным в корпусе 1 и лопасти 2 гидравлическим каналом 7,8, который соединен с гидравлической камерой 9 последующей цилиндрической полости и перекрыт заглушкой 5 предыдущей полости. Одна из крайних цилиндрических полостей радиальным каналом 10 взаимосвязана с внутренней полостью 11 устройства. Заглушка 5 около своей сплошной торцевой поверхности имеет коническую проточку 12, а лопасть 2 имеет отверстие 13 с установленными в нем фиксатором 14, пружиной 15 и пробкой 16.

Перед спуском устройства для кольматации стенок в скважину полости 3 с насадками 4 заряжаются заглушками 5 с твердым кольматантом 6.

Устройство устанавливается в компоновку бурильного инструмента над долотом с соплами вместо наддолотного переводника (на фиг. 1-5 долото не показано).

Устройство работает следующим образом. Корпус 1 устройства соединяют с валом турбобура или колонной бурильной труб (на фиг. 1-5 не показаны). При спуске инструмента в скважину заглушки 5 утоплены в насадки 4 и поддерживаются в таком состоянии за счет перепада давления, направленного из кольцевого пространства скважины в полость бурильного инструмента, во время заполнения последнего буровым раствором.

После окончания спуска бурильного инструмента включают буровые насосы и восстанавливают циркуляцию бурового раствора. Так как в долоте установлены сопла, то над долотом, а следовательно, и в полости 11 устройства для кольматации стенок скважины возникает перепад давления. Через радиальный канал 10 этот перепад давления передается на сплошную торцевую поверхность заглушки 5, в результате чего последняя выдвигается из насадки, прижимается к стенке скважины и, абразивно изнашиваясь о породу, кольматирует трещины и поры проницаемого интервала. Дополнительное уплотнение кольматационного слоя в породе происходит за счет затирания каналов фильтрации кольматантом.

По мере износа заглушка 5 движется к выходу из насадки 4. После того, как сплошной торец заглушки 5 подходит к выходу из насадки 4 и коническая проточка 12 совмещается с фиксатором 14, последний под действием пружины 15 заходит в проточку 12 и останавливает дальнейшее движение заглушки 5. К этому моменту заглушка 5 открыла перекрываемый ею вход и гидравлический канал 7 лопасти 2. Через гидравлический канал 7 лопасти 2 и гидравлический канал 8 корпуса 1 перепад давления из лопасти 11 устройства передается в гидравлическую камеру 9 последующей цилиндрической полости и начинает воздействовать на сплошной торец заглушки 5, помещенной в насадке 4 этой полости. В результате этого заглушка второй цилиндрической полости выдвигается из насадки, прижмется к стенке скважины и начнет кольматировать ее.

Таким образом, после износа заглушки, находящейся в насадке предыдущей цилиндрической полости устройства, вступает в работу заглушка, которая находится в насадке последующей цилиндрической полости. Количество в устройстве цилиндрических полостей, а, соответственно, и заглушек в их насадках определяется необходимой продолжительностью бурения в течение одного рейса от спуска до подъема долота, скоростью абразивного износа одной заглушки о разбуриваемую породу и длины изнашиваемой части заглушки.

n = , где n - необходимое число пар цилиндрических полостей в устройстве;

Т - продолжительность одного рейса бурения, мин;

l - скорость абразивного износа заглушки о разбуриваемую породу, мм/мин;

l - длина изнашиваемой части заглушки, мм.

Для увеличения длины изнашиваемой части заглушки на боковой поверхности устройства установлены лопасти 2, которые имеют цилиндрические отверстия, являющиеся продолжением цилиндрических полостей корпуса, и составляют с ними единые полости с насадками и заглушками. За счет лопастей заглушки максимально приближаются к стенке скважины и минимальна их неизнашиваемая часть.

От внедpения предлагаемого изобретения может быть получен экономический эффект, обусловленный увеличением продолжительности работы устройства на забое скважины без спуско-подъемных операций в 10-15 и более раз при вскрытии бурением пластов значительной толщины.