ПРОМЫВОЧНЫЙ УЗЕЛ БУРОВОГО ДОЛОТА Российский патент 2003 года по МПК E21B10/60 E21B10/18 E21B10/38 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к буровому породоразрушающему инструменту, в частности, к шарошечным долотам гидромониторного типа.

Шарошечные долота представляют собой очень сложный механизм и в процессе изготовления требуют выполнения примерно 414 размеров, при этом размерные цепи достигают до 224 звеньев, геометрически связанных линейными и угловыми размерами, выполняемыми по различным системам допусков и посадок.

В обеспечении эффективности бурения достигается не только этим, но и вооружением долота, а также за счет улучшения очистки вооружения шарошек и плоскости забоя. Последнее решается использованием известного технического решения [1] , защищенного авт. св. СССР. Под названием: "Буровое шарошечное долото". Оно содержит корпус с внутренней полостью, закрепленные на корпусе шарошки с вооружением и установленный во внутренней полости корпуса с возможностью вращения центральный промывочный узел, нижняя часть которого выполнена в виде конуса с боковыми тангенциальными каналами, при этом последние выполнены спиральными.

Технический эффект при использовании этого долота достигается за счет веерообразной струи жидкости, восходящие из спиральных каналов, которые направлены по касательной к поверхности набегающих шарошек и плоскости забоя.

Известен также промывочный узел бурового долота [2], включающий корпус с каналом и гнездом, в котором посредством резьбовой втулки закреплена насадка, над которой установлен диск с выступами на наружной поверхности и винтовыми лопастями на внутренней поверхности.

Это техническое решение более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Недостатком, как аналога, так и прототипа является недостаточность энергии истекающих жидкостей из насадков то есть промывочного узла. Как известно интенсификация разрушения забоя долотом особенно в мягких породах может быть повышена за счет эффективного использования энергии струи бурового раствора (промывочной жидкости). Чем выше скорость истечения жидкости из насадок, тем больше гидромониторный эффект, следовательно скорость бурения и проходка на долото.

В техническом решении, принятом в качестве прототипа, струи жидкости, проходящие через винтовые лопасти дисков не приобретают достаточную энергию, поскольку вращение потока бурового раствора не обеспечивается, а создают лишь зону колебаний жидкости - звукового и ультразвуковых диапазонов. Таким образом, существенное повышение эффективности разрушения породы и рост скорости бурения не обеспечивается.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции промывочного узла бурового долота, позволяющего значительно повысить эффективность разрушения породы, следовательно и повышения производительности работы долота (проходка и механическая скорость бурения).

Поставленная задача решается описываемым промывочным узлом бурового долота, включающим корпус с каналом и гнездом, в котором закреплена насадка и установленный над ней полый элемент винтовыми лопастями на внутренней стенке.

Новым является то, что полый элемент с винтовыми лопастями выполнен в виде втулки, а винтовые лопасти ее размещены так, что обеспечивают закручивание потока бурового раствора не менее 2,5 оборота, при этом длина затопленной струи от выходного отверстия насадки до соприкосновения с породой забоя скважины выбрана из равенства:
L=(5-6)d_н,
где L - длина затопленной струи, мм;
d_н - диаметр выходного отверстия насадки, мм.

Патентные исследования на новизну проводились по патентному фонду института "ТатНИПИнефть" на глубину 20 лет. Объекты, как показали результаты исследований, приведенной выше совокупностью существенных признаков как у предлагаемого, не обнаружены. Таким образом, по нашему мнению, заявляемое техническое решение ново и удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

Приведенный чертеж поясняет суть изобретения, где изображено трехшарошечное гидромониторное долото в общем виде, боковой промывочный узел которого изображен в разрезе.

Промывочный узел бурового долота содержит корпус 1 с каналом и гнездом, в котором закреплена насадка 2. В канале над насадкой неподвижно установлена втулка 3 с винтовыми лопастями 4. Закрепление насадки 2 и втулки 3 в гнезде и в канале осуществляют известными способами, поэтому из-за простоты они на фигуре не изображены.

Винтовые лопасти 4 выполнены на внутренней поверхности втулки 3 по всей ее длине и обеспечивают вращение потока бурового раствора 1,5÷2,5 оборота, что дает ему возможность приобретать дополнительную скорость, следовательно, и кинетическую энергию. Насадку изготавливают из износостойкого твердого материала или минералокерамического сплава. Насадка 2 выполнена удлиненной из расчета, чтобы длина затопленной струи бурового раствора от входного отверстия насадки до соприкосновения с породой забоя скважины подчинялась равенству:
L=(5-6)d_н,
где L - длина затопленной струи, мм;
d_н - диаметр выходного отверстия насадки, мм.

Промывочный узел работает следующим образом.

При прокачке бурового раствора (жидкости) в процессе бурения скважины часть бурового раствора попадает на винтовые лопасти 4 втулки 3, где он получает вращательное движение, благодаря чему приобретает дополнительную скорость и следовательно истекает из выходного отверстия с большой кинетической энергией, и обладает тем самым большей разрушающей способностью, при соблюдении оптимальной длины L затопленной струи, которая была отмечена выше.

При вращении потока жидкости с плотностью, превышающей плотность дисперсионной среды, за счет центробежного эффекта дисперсионная фаза направляется к внутренним стенкам, обеспечивая концентрацию дисперсных частиц на периферии струи, которые при выходе из насадок обладают большей ударной силой и соответственно большей разрушающей способностью. А в центральной части струи, находившаяся дисперсная среда, обладая большой проникающей способностью в поры породы и снижая ее прочность, также способствует повышению эффективности по ее разрушению.

Использование изобретения позволит улучшить показатели работы долота в целом (проходка и механическая скорость бурения).

Источники информации
1. А.с. СССР 1781410, М. кл. Е 21 В 10/18, опубл. в Б.И. 46, 15.12.92 г. "Буровое шарошечное долото".

2. А.с. СССР 1643696, М. кл. Е 21 В 10/18, опубл. в Б.И. 15 от 23.04.91 г., (прототип).

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к буровому породоразрушающему инструменту, в частности к шарошечным долотам гидромониторного типа. Промывочный узел бурового долота включает корпус с каналом и гнездом, в котором закреплена насадка и установленный над ней полый элемент с винтовыми лопастями на внутренней стенке. Полый элемент выполнен в виде втулки, а винтовые лопасти ее размещены так, что обеспечивают закручивание потока бурового раствора 1,5÷2,5 оборота. Длина затопленной струи от выходного отверстия насадки до соприкосновения с породой забоя скважины выбрана из равенства: L=(5-6)d_н, где L - длина затопленной струи, мм; d_н - диаметр выходного отверстия насадки, мм. Использование изобретения позволит улучшить показатели долота в целом (проходка и механическая скорость бурения). 1 ил.

Промывочный узел бурового долота, включающий корпус с каналами и гнездом, в котором закреплена насадка и установленный над ней полый элемент с винтовыми лопастями на внутренней стенке, отличающийся тем, что полый элемент с винтовыми лопастями выполнен в виде втулки, а винтовые лопасти ее размещены так, что обеспечивают закручивание потока бурового раствора 1,5÷2,5 оборота, при этом длина затопленной струи от выходного отверстия насадки до соприкосновения с породой забоя скважины выбрана из равенства
L= (5-6)d_н,
где L - длина затопленной струи, мм;
d_н - диаметр выходного отверстия насадки, мм.