ЦЕНТРАТОР-ТУРБУЛИЗАТОР ШАРОВОЙ Российский патент 2005 года по МПК E21B17/10 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам, входящим в оснастку бурильных колонн, обеспечивающих центровку бурильного инструмента относительно оси скважины и турбулизации потока промывочной жидкости. Может быть использовано в любых компоновках бурильных колонн при бурении любым известным способом.

Известен стабилизатор упругий СУ - 268, СУ - 241, СУ - 212 (Иогансен К.В. Спутник буровика. М.: Недра, 1981. - С.50). Стабилизатор содержит корпус в виде втулки с присоединительными резьбами, на корпусе надета резиновая накладка с четырьмя ребрами из резины.

Недостатком известного стабилизатора является: небольшой зазор между площадями сечения скважины и стабилизатором упругим, поэтому при спуске в скважину и вращении изделие сдирает фильтрационную корку, что является негативным процессом. Кроме того, стабилизатор является дополнительным соединением, что снижает надежность колонны перед разрушением при возникновении критических напряжений и осложняет проведение аварийных работ.

Анализ существующего уровня техники и технологии показал недостаточность мер и средств, применяемых для сохранения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС), продуктивных коллекторов при первичном вскрытии. Снижение ФЕС коллекторов происходит за счет: закупорки поровых каналов призабойной зоны (ПЗ) коллектора твердыми частицами промывочной жидкости, шлама и тампонажного раствора; уменьшении площади сечения межпоровых каналов вследствии набухания глинистого вещества цементирующего материала; образовании водонефтяных и маслянистоводяных эмульсий; образовании в порах нерастворимых осадков и твердых частиц; д) кольматации маханическими примесями и коллоидньми частицами содержащихся в "чистых" жидкостях; е) молекулярно-поверхностных и капиллярных эффектов.

В настоящее время определились следующие направления совершенствования технологии вскрытия продуктивных коллекторов: разработка рецептур буровых растворов и регулирование режима бурения скважины, а разработки технических приспособлений практически отсутствуют. Разработка рецептур буровых растворов подразумевает применение гидрофобизирующих буровых растворов с низкими показателями фильтрации, использование растворов без содержания или с малым содержанием твердой фазы, включение в состав буровых растворов химических элементов, исключающих набухания глинистого вещества цементирующего материала коллектора, образование в порах нерастворимых осадков и твердых частиц, образование водонефтяных и маслянистоводяных эмульсий. Регулирование режима бурения скважины состоит в следующем: поддержание необходимого забойного давления; создание необходимой нагрузки на забой и частоты вращения породоразрушающего инструмента для эффективного разрушения горной породы; обеспечение эффективного выноса шлама и работы забойного двигателя при определенной производительности буровых насосов.

Технология сохранения ФЕС подразумевает поддержание минимального превышения забойного над пластовым, равным ему или меньше пластового, для чего необходимо специальное наземное оборудование и комплекс подготовительных мероприятий.

Задачами, на решение которых направлено заявленное техническое решение, являются: центровка бурильной колонны относительно условной центральной оси скважины, что позволяет снизить негативное влияние полуволны бурильной колонны при бурении роторным способом; сохранение устойчивости бурильной колонны; сохранение стенки скважины от разрушения биением бурильной колонной; сохранение глинистой корки от разрушения биением бурильной колонной и сдирания ее во время спускоподъемных операций (СПО); качественное осуществление бурения скважин в заданной траектории; минимизация процесса кавернообразования; осуществление качественной промывки скважины буровым раствором с повышенными пластическими свойствами за счет турбулизации потока.

Техническим результатом является обеспечение плавного перемещения (без задиров глинистой корки) бурильного инструмента в скважине с одновременной центровкой бурильной колонны в скважине, улучшение гидравлических показателей промывки скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что в центраторе-турбулизаторе шаровом, содержащем корпус в виде цилиндрической втулки с тремя лопастями, расположенными снаружи корпуса симметрично через 120° относительно центральной оси, особенностью является то, что в основании каждая из лопастей имеет острый угол, плавно переходящий в концевой части в широкую полукруглую форму, в объем которой впрессован шар, предназначенный для обеспечения плавного скольжения и перекатывании при поступательном и вращательном движениях бурильной колонны. К тому же лопасти расположены под углом относительно горизонтальной плоскости, что позволяет турбулизировать восходящий поток промывочной жидкости.

Причинно-следственная связь между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения следующая. В основании лопасть начинается острым углом, далее расширяется и заканчивается полукруглой формой, имеющей достаточный объем, в который впрессован резиновый шар. Такая форма позволяет плавно скользить и перекатываться центратору, не сдирая глинистую корку при поступательном и вращательном движениях бурильной колонны. При поступательном перемещении центратор-турбулизатор шаровый скользит вместе с бурильной колонной, обеспечивая ее плавное перемещение, не сдирает глинистую корку, препятствует процессу сальнокообразования. При циркуляции промывочной жидкости лопасти изделия турбулизируют поток, улучшая гидравлические показатели промывки скважины. Данное устройство, изготовленное, например, из эластичного материала, позволяет применять его в сложных по конструкции горизонтальных скважинах. Число лопастей - три - является оптимальным числом для обеспечения центровки бурильной колонны при минимальном гидравлическом сопротивлении.

Таким образом, центратор-турбулизатор шаровый обеспечивает сохранность глинистой корки в скважине при спускоподъемных операциях, придает центрирование бурильной колонне, позволяет турбулизоровать восходящий поток промывочной жидкости, способствует сохранности ФЕС продуктивных коллекторов, улучшает вынос шлама с забоя и соответственно улучшает технико-экономические показатели бурения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид спереди центратора-турбулизатора шарового, на фиг.2 представлен вид сверху.

Центратор-турбулизатор шаровый (ЦТШ) имеет корпус 1, например резиновый, представляющий собой цилиндрическую втулку. Снаружи корпуса 1 установлены, по меньшей мере, три лопасти 2, расположенные симметрично, через 120°, относительно центральной оси и являющиеся опорами ЦТШ, обеспечивая центровку бурильной колонны (не показана). Лопасти 2 расположены под углом относительно горизонтальной плоскости, что позволяет турбулизировать восходящий поток промывочной жидкости. Лопасть 2 выполнена переменной по ширине с увеличением к концевой части. В основании лопасть 2 начинается острым углом, а в концевой части заканчивается широкой полукруглой формой, в которую впрессовано тело качения в виде, например, резинового шара 3. Указанная форма лопасти 2 позволяет плавно скользить и перекатываться ЦТШ, не сдирая глинистую корку при поступательном и вращательном движении бурильной колонны, а при промывке скважины не образовывать застойных зон в затрубном пространстве и не размывать стенки скважины.

Центратор-турбулизатор шаровой также является и опорно-центрирующим элементом. Он может быть изготовлен, например, из высокопрочной термостойкой резины 54-24 (9Та-24-1) или стеклопластика такой же формы и способом крепления на колонне.

Центраторы-турбулизаторы шаровые резиновые могут быть установлены в интервалах напротив обсаженной части ствола скважины и являться в то же время протекторами замков. Центраторы-турбулизаторы шаровые стеклопластиковые, более износостойкие к абразивным горным породам, предлагается устанавливать в открытом стволе.

Центратор-турбулизатор шаровой (ЦТШ) работает следующим образом.

При подаче бурильного инструмента на забой ЦТШ перемещается вместе с бурильными трубами относительно ствола скважины. Лопасти 2 с шарами 3 способствуют быстрому страгиванию и плавному перемещению бурильного инструмента без задира глинистой корки. При вращении бурильной колонны ЦТШ способствует плавному перемещению инструмента без задира глинистой корки и сохраняет целостность стенок скважины. Задается дополнительная турбулизация потока бурового раствора, что особенно полезно при высокой его пластической вязкости, снижается гидравлическое сопротивление раствора, увеличивается его несущая способность. В итоге снижается забойное давление, что положительно сказывается на работе забойного оборудования, увеличивается проходка и обеспечивается сохранность ФЕС продуктивных коллекторов. ЦТШ размещают на бурильных замках и крепят хомутами-стяжками.

Для промышленного или единичного изготовления центраторов-турбулизаторов шаровых не требуется больших затрат. Стандартные материалы и пресс-формы позволят создавать изделия в ремонтных мастерских на буровых предприятиях без особых материальных затрат. Способ крепления и установки обеспечивает снижение вероятности возникновения аварии, связанной с прихватом бурильных труб, излому из-за возникновения критических напряжений в опасных сечениях. Общая стабилизирующая способность изделия позволяет более качественно вести бурение скважин с высокими технико-экономическими показателями.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурению скважин. Оно может быть использовано при бурении скважин, в составе бурильной колонны, располагаться на поверхности замков бурильных труб. Задачей изобретения является совершенствование техники и технологии вскрытия продуктивных коллекторов бурением, снижение аварийности в бурении в связи с поглощением бурового раствора; потерей зенитного и азимутального угла скважины; сломом бурильной колонны; изменением номинального объема скважины и т.д. Позволяет получить экономию материально-технических ресурсов в бурении и сохранить природные фильтрационно-емкостные свойства. Центратор-турбулизатор шаровой имеет корпус, представляющий собой цилиндрическую втулку. Снаружи корпуса установлены три лопасти, расположенные симметрично, через 120°, относительно центральной оси и являющиеся опорами устройства, обеспечивая центровку бурильной колонны. Лопасть выполнена переменной по ширине с увеличением к концевой части, в которую впрессовано тело качения в виде резинового шара. 2 ил.

Центратор-турбулизатор шаровой, содержащий корпус в виде цилиндрической втулки с тремя лопастями, расположенными снаружи корпуса симметрично через 120° относительно центральной оси, причем в основании каждая из лопастей имеет острый угол, плавно переходящий в широкую полукруглую форму, в объем которой впрессован шар для обеспечения плавного скольжения и перекатывания при поступательном и вращательном движении бурильной колонны, при этом указанные лопасти расположены под углом относительно горизонтальной плоскости.