гидроакустическое устройство для бурения скважины
Классы МПК: | E21B7/00 Особые способы или устройства для бурения |
Автор(ы): | Муфазалов Роберт Шакурович (RU), Климова Лилия Робертовна (RU), Мубаракшин Гумер Кирямович (RU), Зарипов Рустем Ралифович (RU), Климов Тимур Владимирович (RU), Тазиев Марат Миргазиянович (RU), Гайсин Марат Равилевич (RU), Самигуллин Рустам Фанузович (RU) |
Патентообладатель(и): | Муфазалов Роберт Шакурович (RU), Климова Лилия Робертовна (RU), Климов Тимур Владимирович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-05-22 публикация патента:
20.06.2009 |
Изобретение относится к буровому породоразрушающему инструменту, особенно для проводки глубоких скважин в геологически осложненных условиях и для вскрытия бурением продуктивного пласта. Гидроакустическое устройство включает корпус с промывочным каналом, буровое долото, узел генерирования гидроакустических волн, эжекционный узел с соплами для создания депрессии. Узел генерирования гидроакустических волн выполнен в виде тороидальной резонансной камеры с совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами и снабжен обтекателем, установленным на центрирующих ребрах коаксиально корпусу с образованием кольцевого сопла, а поверхность обтекателя, направленная навстречу потоку, выполнена или в виде конуса, или параболоида, а его противоположная часть - в виде экспоненциальной поверхности вращения. Промывочный канал корпуса гидравлически сообщается с соплами эжекционного узла и совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами тороидальной резонансной камеры, причем нормальное сечение тороидальной резонансной камеры к ее оси имеет или круглую, или эллиптическую форму. Обеспечивает сохранение естественной продуктивности пласта в процессе его первичного вскрытия. 1 ил.
Формула изобретения
Гидроакустическое устройство для бурения скважины, включающее корпус с промывочным каналом, буровое долото, узел генерирования гидроакустических волн, эжекционный узел с соплами для создания депрессии, отличающееся тем, что узел генерирования гидроакустических волн выполнен в виде тороидальной резонансной камеры с совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами и снабжен обтекателем, установленным на центрирующих ребрах коаксиально корпусу с образованием кольцевого сопла, а поверхность обтекателя, направленная навстречу потоку, выполнена или в виде конуса, или параболоида, а его противоположная часть - в виде экспоненциальной поверхности вращения, кроме того, промывочный канал корпуса гидравлически сообщается с соплами эжекционного узла и совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами тороидальной резонансной камеры, причем нормальное сечение тороидальной резонансной камеры к ее оси имеет или круглую, или эллиптическую форму.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к буровому породоразрушающему инструменту, особенно для проводки глубоких скважин в геологически осложненных условиях и для вскрытия бурением продуктивного пласта.
Прототипом предполагаемого изобретения является гидроакустическое устройство для бурения скважины, включающее корпус с промывочным каналом, узел генерирования гидроакустических волн, эжекционный узел для создания депрессии и буровое долото (см. патент РФ № 2270315, кл. Е21В 7/00, Е21В 21/00, заявка № 2004108275/03 от 22.03.04).
Недостатком прототипа является слабое гидроакустическое воздействие на забой скважины в процессе бурения. Это значительно ухудшает технико-экономические показатели бурения. Кроме того, ухудшает качество вскрытия продуктивного горизонта, приводит к загрязнению пласта и существенному снижению его продуктивности.
Указанные недостатки прототипа устраняются в предложенном устройстве.
Целью и техническим результатом изобретения является разработка и создание высокоэффективной конструкции гидроакустического устройства для проводки глубоких скважин в геологически осложненных условиях и сохранение естественной продуктивности пласта в процессе его первичного вскрытия.
Для достижения цели и технического результата в конструкции гидроакустического устройства для бурения скважины, содержащего корпус с промывочным каналом, буровое долото, узел генерирования гидроакустических волн, эжекционный узел для создания депрессии, согласно изобретению узел генерирования гидроакустических волн выполнен в виде тороидальной резонансной камеры с совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами и снабжен обтекателем, установленным на центрирующих ребрах коаксиально корпусу с образованием кольцевого сопла, а поверхность обтекателя, направленная навстречу потоку, выполнена или в виде конуса, или параболоида, а его противоположная часть - в виде экспоненциальной поверхности вращения, кроме того, промывочный канал корпуса гидравлически сообщается с соплами эжекционного узла и кольцевыми входными каналами тороидальной резонансной камеры.
Кроме того, нормальное сечение тороидальной резонансной камеры к ее оси имеет или круглую, или эллиптическую форму.
Обоснование некоторых отличительных признаков.
В предложенном устройстве в отличие от прототипа узел генерирования гидроакустических волн выполнен в виде тороидальной резонансной камеры. При одинаковой потребляемой гидравлической мощности по сравнению с другими гидродинамическими излучателями тороидальные резонансные камеры являются мощными гидродинамическими излучателями с высокой амплитудой и направленностью волн и широким спектром частот.
На приведенном чертеже изображен общий вид гидроакустического устройства для бурения скважины.
Устройство состоит из корпуса 1 с промывочным каналом 2, бурового долота 3, узла генерирования гидроакустических волн, выполненного в виде тороидальной резонансной камеры 4 с совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами 5.
Узел генерирования гидроакустических волн снабжен обтекателем 6, установленным на центрирующих ребрах 7 коаксиально корпусу 1. Обтекатель 6 с корпусом 1 образует кольцевое сопло 8. Резонансная камера 4 имеет активную кольцеобразную кромку 9. Обтекатель 6 образован двумя поверхностями вращения - А и Б. Поверхность А выполнена или в виде конуса, или параболоида и образует внутреннюю стенку кольцевого сопла 8, а поверхность Б выполнена в виде экспоненциальной поверхности вращения. Промывочный канал 2 гидравлически сообщается с соплами 10 эжекционного узла 11 и совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами 5 тороидальной резонансной камеры 4.
Устройство работает следующим образом. Буровая жидкость по бурильной колонне подается в промывочный канал 2 корпуса 1. Затем часть потока через сопла 10 поступает в эжекционный узел 11, а другая часть потока, обтекая поверхность А обтекателя 6 через кольцевое сопло 8, поступает в тороидальную резонансную камеру 4. (На чертеже стрелками указан путь движения буровой жидкости). Кольцевой поток, выходящий из тороидальной резонансной камеры 4 с определенной частотой, прерывает основную кольцевую струю, истекающую из кольцевого сопла 8. Вследствие этого у активной кольцеобразной кромки 9 резонансной камеры 4 генерируются периодические гидродинамические импульсы в виде сжатия и разрежения потока буровой жидкости. Генерируемые кольцевые гидроакустические волны, усиливаясь по амплитуде вдоль поверхности Б обтекателя 6, концентрируются и направляются на поверхность забоя скважины в виде гидроакустической энергии.
Эжекционный узел 11 способствует созданию депрессии, снижению дифференциального давления на забой. Забой скважины одновременно подвергается депрессионному и гидроакустическому воздействиям. При этом на забое скважины создаются механоактивационные процессы с проявлением гидродинамической и гидроакустической кавитации.
Амплитудно-частотные параметры устройства зависят от формы поверхности и объема тороидальной резонансной камеры, скорости истечения из кольцевого сопла буровой жидкости, ее расхода и плотности.
Гидроакустические волны, депрессионное воздействие и кавитационные эффекты способствуют высокоэффективно вести бурение глубоких скважин в геологически осложненных условиях, сохранению естественной продуктивности пласта в процессе первичного его вскрытия. Устройство без конструктивных изменений может быть использовано в качестве гидроакустического диспергатора, эмульгатора, гомогенизатора многофазных жидкостей, для диспергирования бурового и тампонажного растворов непосредственно в скважине в процессе выполнения технологических операций.
Устройство имеет простую конструкцию, надежность в работе, технологичность в изготовлении.
Класс E21B7/00 Особые способы или устройства для бурения