устройство для очистки скважин от шлама

Формула изобретения

1. Устройство для очистки скважин от шлама, включающее невращающиеся бурильные трубы, долото, забойный двигатель и центраторы с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильных труб, отличающееся тем, что оно снабжено турбинами, установленными за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, причем наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, а направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота.

2. Устройство для очистки скважин от шлама по п.1, отличающееся тем, что лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом 30 - 160^o.

3. Устройство для очистки скважин от шлама по п.1, отличающееся тем, что длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для промывки скважин при бурении на нефть и газ.

Известен турбулизатор восходящего потока промывочной жидкости, который содержит установленную на бурильной колонне муфту с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильной трубы, причем лопасти расположены на верхней торцевой части муфты и выполнены одинакового диаметра с муфтой по наружной поверхности (aвторское свидетельство СССР N 1006705, кл. E 21 В 21/00, 1981). Недостатком такого устройства является низкая эффективность работы из-за необходимости вращения всей колонны бурильных труб для передачи вращающего момента от привода, установленного на поверхности, к долоту.

Известна также забойная компоновка бурильной колонны, принятая за прототип, включающая невращающиеся бурильные трубы, долото, забойный двигатель и центраторы с лопастями (Султанов Б.З., Шаммасов Н.Х. Забойные буровые машины и инструмент. - М.: Недра, 1976, с. 203).

Недостаток известных устройств заключается в низкой эффективности очистки скважин от шлама, так как при бурении наклонных и горизонтальных участков ствола скважины в этой зоне накапливается значительное количество бурового шлама, который постепенно оседает и заполняет область лежачей стенки, что зачастую приводит к прихватам и заклиниванию бурильных труб в скважине.

Задачей изобретения является создание устройства для очистки скважин от шлама, обеспечивающее повышение эффективности бурения скважин за счет предотвращения прихватов и заклинивания бурильных труб в скважине благодаря полному удалению шлама из наклонных и горизонтальных участков ствола.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для очистки скважин от шлама, включающее невращающиеся бурильные трубы, долото, забойный двигатель и центраторы с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильных труб, согласно изобретению снабжено турбинами, установленными за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, причем наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, а направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота, лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом 30-160^o, длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Именно заявленное наличие турбин, установленных за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, а также то, что наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, обеспечивают принудительное механическое перемешивание промывочной жидкости с одновременным приданием потоку вращательно-поступательного движения и периодическим изменением угла закручивания потока и тем самым решение поставленной задачи.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены, поэтому оно обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Существенными признаками для предотвращения образования застойных зон и оседания шлама при этом являются следующие: наличие бурильных труб, центраторов с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильных труб, турбин, установленных за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, с наружным диаметром турбин меньше наружного диаметра центраторов и направлением лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости, совпадающим с направлением вращения долота, с лопастями центраторов, направленных по отношению к лопастям турбин под углом 30-160^o, причем длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Отличительными признаками являются наличие турбин, установленных над центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей, то, что наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, а направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота, лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом 30-160^o, длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему чертежом, где показан общий вид устройства.

Устройство для очистки скважин от шлама содержит долото 1, присоединенное к забойному двигателю 2 и невращающиеся бурильные трубы 3 с расположенными на них лопастными центраторами 4 и турбинами 5, установленными над центраторами 4 с возможностью вращения вокруг своих продольных осей, причем наружный диаметр d_т турбин 5 меньше наружного диаметра d_ц центраторов 4, равного диаметру D_скв скважины 6, а лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом, равным 30-160^o.

Устройство для очистки скважин от шлама реализовано следующим образом. В процессе бурения за счет работы забойного двигателя 2 происходит разрушение горной породы на забое скважины долотом 1. Образующийся шлам потоком промывочной жидкости транспортируется по зазору между наружной поверхностью невращающихся бурильных труб 3 и стенками скважины 6 на поверхность. При выходе из зазора между наружной поверхностью забойного двигателя 2 и стенками скважины 6 поток промывочной жидкости, обогащенный шламом, проходит через лопасти центратора 4 и попадает на турбины 5, которые за счет энергии потока начинают вращаться вокруг своих продольных осей и механически перемешивают промывочную жидкость, одновременно закручивают поток и придают ему вращательно-поступательное движение, что предотвращает образование застойных зон и оседание шлама в зазорах и способствует его полному удалению на поверхность. Для оптимального направления потока промывочной жидкости на лопасти турбин, направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота, а лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом, равным 30-160^o. Благодаря этому периодически при прохождении каждого центратора и турбины происходит изменение угла закручивания потока, что также способствует лучшей очистке скважины от шлама.

Свободное вращение турбины 5 обеспечивается также тем, что ее наружный диаметр d_т меньше наружного диаметра d_ц центратора 4, равного диаметру скважины D_скв. При этом для лучшего формирования потока и стабильного вращения турбин, длина каждого центратора l_ц больше его диаметра d_ц, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Использование предлагаемого устройства для очистки скважин от шлама позволяет по сравнению с существующими устройствами полностью очистить горизонтальные и наклонные участки ствола скважины от шлама, за счет чего на 30-40% снизить затраты времени на борьбу с осложнениями и авариями в скважинах и на 15-20% повысить производительность труда.

Предлагаемое устройство может быть реализовано при бурении любых скважин, где наблюдается зашламование кольцевого канала, однако использование наиболее эффективно при бурении на нефть и газ забойными двигателями преимущественно наклонных и горизонтальных участков стволов скважин. Устройство для очистки скважин от шлама может быть изготовлено на любом металлообрабатывающем предприятии.