устройство для бурения

Формула изобретения

1. Устройство для бурения, включающее буровую трубу, соединенную с наддолотным переводником с закрепленным в нем породоразрушающим инструментом, выполненные в корпусе наддолотного переводника каналы для подсоса, соединенные с нижней частью эжекторных камер, эжекторные узлы, установленные на выходе из боковых каналов, выполненных под углом 10-15 градусов к оси наддолотного переводника и примыкающих к каналу для подачи промывочной жидкости, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью регулирования степени разряжения в призабойной зоне скважины за счет выполнения эжекторных узлов с возможностью установки в определенном их количестве съемных втулок и съемных заглушек.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что съемная втулка выполнена в форме усеченного конуса.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что съемная втулка содержит канал, продольное сечение которого выполнено в форме равнобокой трапеции.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что съемная втулка выполнена из победита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности, в частности к нефтегазодобыче, и предназначено для строительства скважины.

Известно устройство для бурения, включающее буровую трубу, соединенную с наддолотным переходником, на котором закреплен породоразрушающий инструмент (Иночкин П.Т. Справочник бурового мастера. М.: Недра, 1968).

Известное устройство имеет недостаточно высокую скорость продвижения вглубь породы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является наддолотный эжекторный гидронасос, содержащий корпус с центральным вертикальным каналом для подачи к долоту промывочной жидкости, не менее трех активных сопел, равномерно расположенных по окружности вокруг центрального канала и сообщающихся с ним с помощью подводящих каналов, и соосные с соплами камеры смешения, которые сообщены с нижней торцевой частью корпуса при помощи сквозных соединительных каналов. Подводящие каналы выполнены прямолинейными, оси камер смешения расположены под углом 13-20^o к оси вертикального канала [SU 1736345, F 04 А 5/10, 1992].

Недостатком данного устройства, как и предыдущего, является его недостаточно высокая скорость продвижения вглубь породы.

В основу изобретения поставлена задача повышения скорости продвижения устройства для бурения вглубь породы за счет снижения гидростатического давления в призабойной зоне скважины, а также создание высокоэффективного способа бурения скважины за счет увеличения скорости продвижения устройства для бурения вглубь породы путем снижения гидростатического давления в призабойной зоне скважины.

Поставленная задача решается тем, что устройство для бурения, включающее буровую трубу, соединенную с наддолотным переводником с закрепленным в нем породоразрушающим инструментом, выполненные в корпусе наддолотного переводника каналы для подсоса, соединенные с нижней частью эжекторных камер, эжекторные узлы, установленные на выходе из боковых каналов, выполненных под углом 10-15^o к оси наддолотного переводника и примыкающих к каналу для подачи промывочной жидкости, согласно изобретению, выполнено с возможностью регулирования степени разрежения в призабойной зоне скважины за счет выполнения эжекторных узлов с возможностью установки в определенном их количестве съемных втулок и съемных заглушек. Съемная втулка выполнена в форме усеченного конуса. Съемная втулка содержит канал, продольное сечение которого выполнено в форме равнобокой трапеции. Втулка выполнена из победита.

Бурение производится на значительных глубинах. Для того чтобы извлечь разрушенную породу, через канал в буровой трубе подается промывочная жидкость, которая вымывает разрушенную породу и выводит ее в радиальном направлении от центра бурения и затем на поверхность. Большие глубины, на которых производится бурение, и промывочная жидкость оказывают высокое гидростатическое давление на частицы разрушенной породы. Чтобы преодолеть силы, вызванные присутствием гидростатического столба, и произвести отрыв и вывод породы из призабойной зоны скважины, необходимо прикладывать значительные силы, которые обеспечиваются подающейся в призабойную зону скважины промывочной жидкостью. Разрушенная породоразрушающим инструментом порода покидает призабойную зону скважины медленно и тем самым существенно замедляет процесс бурения в целом.

Таким образом, снижение гидростатического давления производят, используя поток промывочной жидкости, направляемый в призабойную зону. Часть потока отбирают и ускоряют за счет изменения площадей поперечных сечений в эжекторном узле, а также за счет давления промывочной жидкости, создаваемого буровыми насосами. Промывочная жидкость с высокой скоростью попадает в полость, в которой генерируется зона разрежения. Конструктивно зону разрежения связывают с призабойной зоной, что обеспечивает откачку промывочной жидкости из призабойной зоны. Таким образом, гидростатическое давление в призабойной зоне снижается, что позволяет затрачивать меньшие усилия для отрыва и вывода частиц разрушенной породы из призабойной зоны, тем самым увеличивая механическую скорость бурения.

Снижать гидростатическое давление необходимо лишь непосредственно в призабойной зоне скважины. Снижение давления вдоль ствола скважины приводит к разрушению породы, расположенной вокруг буровой колонны, что, в свою очередь, приводит к негативным последствиям. Поэтому устройство, реализующее данный способ бурения, следует располагать неподалеку от призабойной зоны. Наиболее подходящее место - это наддолотный переводник, соединяющий буровую трубу и породоразрушающий инструмент. В наддолотном переводнике выполнены боковые каналы и эжекторные камеры. Между ними установлены эжекторные узлы. Часть объема промывочной жидкости, идущая по основному каналу для подачи промывочной жидкости, попадает в боковые каналы, затем под давлением в эжекторные узлы, проходит через них, ускоряясь за счет разности сечений канала эжекторного узла. Затем потоки промывочной жидкость входят в эжекторные камеры с высокой скоростью, создавая в них зону разрежения, которая конструктивно связана при помощи канала с призабойной зоной. Тем самым понижается давление в призабойной зоне.

Конструкция представленного наддолотного переводника рассчитана на то, чтобы выполнять три основные функции. Первые две - это передача вращающего момента и подача промывочной жидкости к призабойной зоне скважины, а третья - снижение гидростатического давления в призабойной зоне скважины. Третья функция - снижение гидростатического давления в призабойной зоне скважины обеспечивается следующими конструктивными особенностями наддолотного переводника: в корпусе наддолотного переводника выполнены боковые каналы, примыкающие к каналу для подачи промывочной жидкости; на выходе боковых каналов установлены эжекторные узлы, в свою очередь, сообщенные с эжекторными камерами. Эжекторные камеры соединены с призабойной зоной скважины через каналы подсоса. Через боковые каналы отбирается часть объема промывочной жидкости и подается в эжекторные узлы.

В нескольких эжекторных узлах установлены съемные втулки, через которые проходит жидкость под давлением. Поэтому съемные втулки выполнены из износостойкого материала, например победита. В съемной втулке выполнен канал конической формы, то есть поперечное сечение эжектора на входе в эжекторную камеру мало и обеспечивает очень высокую скорость выхода промывочной жидкости из эжекторного узла в эжекторную камеру. Зона выхода промывочной жидкости из эжекторных узлов в эжекторные камеры конструктивно расположена рядом с местом сообщения каналов подсоса с эжекторными камерами. Высокая скорость выхода промывочной жидкости из эжекторных узлов в эжекторные камеры создает зону разрежения, присутствие которой обеспечивает откачивание промывочной жидкости из призабойной зоны, то есть снижает гидростатическое давление непосредственно в призабойной зоне. Высокое давление обеспечивает высокую скорость перемещения промывочной жидкости через эжекторные узлы, поэтому имеет место "вымывание" материала вставки. Победит является износостойким материалом, наиболее приспособленным к работе в подобных условиях. Коническая форма съемной втулки способствует ее надежному креплению в эжекторном узле. Диапазон 10-15 градусов угла наклона оси бокового канала к оси наддолотного переводника выбран исходя из того, что если использовать угол менее 10 градусов, то промывочная жидкость, выходящая из эжекторной камеры с высокой скоростью, будет оказывать абразивное воздействие на наддолотный переводник и буровую трубу, что будет приводить к преждевременному износу инструмента; если же угол будет выбран больше 15 градусов, то промывочная жидкость, выходящая с высокой скоростью из эжекторной камеры, будет разрушать стенку скважины. Как отмечено выше, в наддолотном переводнике выполнены боковые каналы с эжекторными узлами. Чем больше их число, тем интенсивнее происходит откачивание промывочой жидкости из призабойной зоны, тем больше снижается гидростатическое давление в призабойной зоне. Устанавливая съемные заглушки в определенном количестве эжекторных узлов, имеем возможность регулировать степень разрежения в призабойной зоне.

Таким образом, совокупность признаков представленного устройства для бурения обеспечивает снижение гидростатического давления в призабойной зоне скважины, что, в свою очередь, обеспечивает повышение скорости продвижения устройства для бурения вглубь породы.

Устройство для бурения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение устройства для бурения;

на фиг. 2 - разрез А - А устройства для бурения;

на фиг. 3 - разрез Б - Б устройства для бурения;

на фиг. 4 изображена схема бурения скважины.

Устройство для бурения состоит из буровой трубы 1, породоразрушающего инструмента 2, закрепленного в наддолотном переводнике 3. Буровая труба 1 соединена с наддолотным переводником 3. Наддолотный переводник 3 содержит корпус 4, канал 5 для подвода основного потока промывочной жидкости 6, боковые каналы 7 для отвода боковых потоков промывочной жидкости 8, несколько эжекторных узлов 9, установленных на выходе боковых каналов 7, выполненных под углом 10-15 градусов к оси наддолотного переводника 3 и примыкающих к каналу 5 для подвода основного потока промывочной жидкости 6.

В определенном количестве эжекторных узлов 9 установлены съемные втулки 10, выполненные в форме усеченного конуса. Эжекторные узлы 9 содержат каналы 11, поперечное сечение которых выполнено в форме трапеции. Устройство также содержит эжекторные камеры 12 для прохождения ускоренных потоков промывочной жидкости 13 и зоны разрежения 14, каналы 15 для подсоса для прохождения потока 16 из призабойной зоны 17, соединенные с нижней часть эжекторных камер 12, съемные заглушки 18, установленные в остальном количестве эжекторных узлов 9. Устройство выполнено с возможностью регулирования степени разрежения в призабойной зоне 17 за счет выполнения эжекторных узлов 9 с возможностью установки в определенном количестве съемных втулок 10 и съемных заглушек 18.

Устройство для бурения работает следующим образом. Через буровую трубу 1 передается вращающий момент и основной поток промывочной жидкости 6 направляют через наддолотный переводник 3 в призабойную зону 17. Вращаясь, породоразрушающий инструмент 2 разрушает породу. Для снятия гидростатического давления в призабойной зоне 17 в корпусе 4 наддолотного переводника 3 к каналу 5 для подвода основного потока промывочной жидкости 6 примыкают боковые каналы 7 для отвода боковых потоков промывочной жидкости. Боковые потоки промывочной жидкости 8 попадают в эжекторные узлы 9, где в каналах 11 съемных втулок 10 жидкость ускоряется за счет разности поперечных сечений канала 11, и ускоренный поток промывочной жидкости 13 попадает в эжекторные камеры 12, где создается зона разрежения 14. Через каналы подсоса 15 поток 16 покидает призабойную зону 17, тем самым снижая гидростатическое давление в призабойной зоне 17 и повышая скорость продвижения устройства для бурения вглубь породы.