УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1994 года по МПК E21C7/08 E21B10/18 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в устройствах для бурения скважин с очисткой от продуктов разрушения преимущественно воздушно-водяной смесью и пылеподавлением в затрубном пространстве.

Известно устройство для бурения скважин с пылеподавлением в затрубном пространстве, включающее шарошечное долото, штангу и влагоотделитель, состоящий из патрубка и отражателя, установленных с кольцевым зазором между собой и внутренними стенками штанги [1] .

Недостатком этого устройства является нерациональное соотношение в размерах площадей поперечного сечения входного сопла влагоотделителя и проходного сечения штанги в месте размещения влагоотделителя, что существенно снижает сепарирующую способность последнего, в результате чего на забой скважины попадает значительное количество воды, которая способствует образованию на забое жидкого шлама. Это резко ухудшает условия очистки забоя от продуктов разрушения и снижает эффективность работы долота по разрушению породы долотом. Кроме того, в этом устройстве не исключена возможность проникновения жидкого шлама как в ниппельную полость и опоры долота, так и во внутреннюю полость штанги в месте расположения влагоотделителя, что может привести к прекращению продувки и быстрому выходу долота из строя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бурения скважин с пылеподавлением в затрубном пространстве, содержащее шарошечное долото, корпус, размещенную внутри корпуса трубу, образующую с корпусом кольцевой канал, сообщенный с атмосферой посредством отверстий в корпусе, и влагоотделитель в виде установленного на трубе отражателя, образующего кольцевые зазоры с корпусом и трубой, из которых последний посредством радиальных отверстий в трубе сообщен с ее внутренней полостью [2] .

Данное устройство позволяет повысить коэффициент сепарации воды из воздушно-водяной смеси за счет оптимального соотношения площадей поперечного сечения кольцевых зазоров между отражателем влагоотделителя, корпусом и трубой. Его недостаток состоит в том, что в нем, как и в предыдущем устройстве, не исключена возможность проникновения жидкого шлама в ниппельную полость и опоры долота, а также в кольцевой канал через отверстия в корпусе при кратковременном (наращивание штанг) или длительном (аварийное отключение электроэнергии) оставлении устройства с долотом в скважине без продувки. Особенно велика опасность зашламовывания долота и кольцевого канала устройства при бурении скважин в обводненных породах.

Цель изобретения - предотвращение проникновения жидкого шлама как в ниппельную полость и опоры долота, так и в кольцевой канал устройства.

Для этого известное устройство, содержащее долото, корпус, размещенную внутри корпуса трубу, образующую с корпусом кольцевой канал, сообщенный с атмосферой посредством отверстий в корпусе, и влагоотделитель в виде установленного на трубе отражателя, образующего кольцевые зазоры с корпусом и трубой, из которых последний посредством радиальных отверстий в трубе сообщен с ее внутренней полостью, снабжено двумя последовательно расположенными обратными клапанами с подпружиненными запорными элементами, один из которых установлен на выходе трубы, а другой - на входе кольцевого канала, причем жесткость пружины запорного элемента первого клапана больше жесткости запорного элемента второго, при этом влагоотделитель расположен между указанными клапанами.

Снабжение устройства двумя последовательно расположенными обратными клапанами позволяет защищать от шлама долото и кольцевой канал за счет создания "воздушной подушки" в ниппельной полости долота и указанном канале, которая препятствует проникновению шлама в опоры долота со стороны его продувочных каналов и торцов шарошек и в кольцевой канал со стороны отверстий в корпусе. Большая жесткость пружины запорного элемента, установленного на выходе трубы обратного клапана, обеспечивает его первоочередное закрытие после прекращения продувки скважины, чем достигается отделение ниппельной полости долота от сообщенного с ней кольцевого канала устройства и уменьшение за счет этого объема полости, в которой "воздушная подушка" создается обратным клапаном, установленным на входе кольцевого канала, что существенно повышает защитные функции обеих клапанов. Если бы жесткость пружины запорного элемента клапана, установленного на входе кольцевого канала, была равна или больше жесткости пружины запорного элемента клапана на выходе трубы, то он закрылся бы первым, так как находится ближе к источнику воздуха. В этом случае над обратным клапаном на входе трубы появилось бы избыточное давление "воздушной подушки" от обратного клапана на входе кольцевого канала, которое препятствовало бы закрытию этого клапана и уменьшению общего объема полости, находящегося под действием такой подушки, а это создало бы условия для проникновения шлама как в ниппельную полость долота, так и в кольцевой канал. Размещение влагоотделителя между клапанами позволяет предотвратить скапливание отсепарированной жидкости в кольцевом канале устройства при обеспечении минимального объема полости, в которой создается "воздушная подушка", и, следовательно, повысить эффективность шламозащиты.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содержит шарошечное долото 1 с центральным продувочным каналом 2 (возможен вариант с тремя боковыми продувочными каналами) и каналами 3 для продувки опор, соединенный с долотом корпус 4 и размещенную внутри корпуса трубу 5, образующую с корпусом кольцевой канал 6. В корпусе 4 выполнены отверстия 7, сообщающие кольцевой канал 6 с атмосферой. На выходе трубы 5 установлен обратный клапан 8 с подпружиненным запорным элементом 9, а на входе кольцевого канала 6 - обратный клапан 10 с подпружиненным запорным элементом 11. Жесткость пружины запорного элемента 9 клапана 8 больше жесткости пружины запорного элемента 11 клапана 10. На трубе 5 между обратными клапанами 8 и 10 установлен влагоотделитель 12 в виде отражателя, который образует с корпусом 1 кольцевой зазор 13, а с трубой 5 - кольцевой зазор 14. Кольцевой зазор 14 посредством радиальных отверстий 15 в трубе 5 сообщен с ее внутренней полостью 16.

В процессе бурения на долото передаются осевая нагрузка и крутящий момент, под действием которых происходит разрушение породы на забое скважины.

Для очистки скважины от продуктов разрушения в устройство подается воздушно-водяная смесь (ВВС). Под давлением ВВС обратный клапан 10 открывается и ВВС поступает в кольцевой канал 6, где с помощью влагоотделителя 12 происходит выделение воды из потока ВВС. Отсепарированная вода по внутренней стенке корпуса 1 стекает к отверстиям 7 и через них с частью воздуха подается в затрубное пространство скважины выше долота, создавая сплошной водяной заслон на пути движения восходящего пылевоздушного потока и осуществляя пылеподавление на некотором удалении от забоя. Осушенный воздух по кольцевому зазору 14 и далее через радиальные отверстия 15 поступает во внутреннюю полость 16 трубы 5. Под давлением воздуха открывается обратный клапан 8 и воздух поступает в ниппельную полость долота 1. Из ниппельной полости часть воздуха по каналам 3 долота поступает в опоры шарошек для охлаждения подшипников, а основная масса воздуха через центральный канал 2 долота подается непосредственно на забой скважины для его очистки от продуктов разрушения. При прекращении подачи в устройство ВВС, например при наращивании бурового става, сначала закрывается обратный клапан 8 на входе трубы 5, создавая "воздушную подушку" в ниппельной полости долота 1, а затем обратный клапан 10, создавая такую же подушку в кольцевом канале 6. В результате устройство оказывается защищенным от шлама как со стороны долота, так и со стороны отверстий 7 в корпусе 1.

Таким образом, при осуществлении изобретения может быть получен технический результат, состоящий в защите устройства от шлама со стороны забоя скважины.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 361280, кл. Е 21 С 15/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР N 866167, кл. Е 21 С 7/08, 1979.

Использование: бурение скважин различного назначения с очисткой забоя воздушно-водяной смесью. Сущность изобретения: устройство содержит долото, соединенный с долотом корпус и размещенную внутри корпуса трубу. Труба образует с корпусом кольцевой канал, сообщенный с атмосферой посредством отверстий в корпусе. На выходе трубы и на входе кольцевого канала установлены обратные клапаны с подпружиненными запорными элементами. Жесткость пружины запорного элемента первого клапана больше жесткости пружины запорного элемента второго клапана. На трубе между клапанами установлен влагоотделитель в виде отражателя. Отражатель образует с корпусом и трубой кольцевые зазоры. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, содержащее долото, корпус, размещенную внутри корпуса трубу, образующую с корпусом кольцевой канал, сообщенный с атмосферой посредством отверстий в корпусе, и влагоотделитель в виде установленного на трубе отражателя, образующего кольцевые зазоры с корпусом и трубой, из которых последний посредством радиальных отверстий в трубе сообщен с ее внутренней полостью, отличающееся тем, что оно снабжено двумя последовательно расположенными обратными клапанами с подпружиненными запорными элементами, один из которых установлен на выходе трубы, а другой - на входе кольцевого канала, причем жесткость пружины запорного элемента первого клапана больше жесткости пружины запорного элемента второго клапана, при этом влагоотделитель расположен между указанными клапанами.