ВИБРАТОР ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СКВАЖИННЫЙ Российский патент 2014 года по МПК E21B28/00 E21B33/14 

Предполагаемое изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для воздействия вибрацией на тампонажный раствор с целью обеспечения его оптимального размещения в заколонном пространстве при креплении скважин.

Известно устройство для цементирования скважин (патент РФ №1544952, опубл. 23.02.1990 г.). Устройство включает полый цилиндрический корпус. Внутри размещен вал с дебалансом, установленный с возможностью вращения. Над валом установлен гидравлический вихревой излучатель, выполненный в виде воронки с тангенциальными входными окнами. Нижний торец воронки соединен с цилиндрическим соплом, которое размещено внутри вала. Внутренняя поверхность вала выполнена зубчатой с зубцами. Устройство работает следующим образом. Струи цементного раствора, входя в воронку, движутся по спирали, что приводит к возникновению ультразвукового поля, а при срыве струй с цилиндрического сопла - и к возникновению кавитационных эффектов и диспергированию цементного раствора. Дебаланс, вращаясь вместе с валом, возбуждает вибрационные колебания в обсадной колонне.

Недостатки устройства заключается в следующем.

Устройство устанавливается фиксировано и не имеет возможности перемещения по стволу скважины, что снижает эффективность воздействия на удаленные от него участки. Длительность работы устройства ограничена, так как оно действует только в процессе прокачки тампонажного раствора.

Тем самым исключается возможность направленного воздействия на тампонажный раствор в отдельных интервалах после размещения его в заколонном пространстве.

Известен вибрационный башмак обсадной колонны (патент РФ №2093664, опубл. 20.10.1997 г.). Устройство содержит гидравлический двигатель, который имеет статор, закрепленный на нижней части обсадной колонны, и ротор, зафиксированный в статоре. Ротор зафиксирован посредством осевых и радиальных опор. Ротор образует со статором полость рабочих органов. Он выполнен с дебалансом. Он закреплен на нижнем конце ротора гидравлического двигателя. Дебаланс выполнен, по меньшей мере, с одной лыской на наружной поверхности и каналом против лыски. Этот канал сообщает внутреннюю полость дебаланса с внешним пространством. Ротор выполнен тоже с внутренней полостью и с отверстиями. Они сообщают полость органов с внутренней полостью ротора и через нее с внутренней полостью дебаланса.

Известное изобретение направлено на решение задачи по повышению качества цементажа обсадных колонн. При использовании изобретения обеспечивается контакт вращающегося дебаланса со стенками скважины.

Известное устройство обладает недостатками, присущими аналогу по пат.№1544952. Кроме того, устройство устанавливается на конце первой трубы обсадной колонны и не может быть извлечено по завершению процесса цементирования, т.е. является устройством одноразового применения и сопряжено с существенными экономическими издержками.

Более прогрессивными являются электромеханические вибраторы общего назначения со встроенными электродвигателями. Их конструкция компактна, обладает высокой маневренностью. Вибраторы электромеханические ИВ-78, ИВ-95А, ИВ-102А, ИВ-103 состоят из вибронаконечника, узла рукоятки, выключателя и соединяющего их резинотканевого рукава с расположенным в нем кабелем. В корпус вибронаконечника встроен электродвигатель с короткозамкнутым ротором с установленными на валу дебалансами (Электромеханические вибраторы - ООО ПКП «Мир Промтехники» - электронный каталог: http://armprod.com/prod 5/vibrator.php).

Недостатком вибраторов общего назначения является то, что их конструкция не предназначена для использования в обсаженных скважинах в среде бурового раствора на больших глубинах под действием гидростатического давления, достигающего значительных величин.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения электромеханических вибраторов за счет изменения конструкции с целью обеспечения работоспособности в условиях гидростатического давления бурового раствора и избирательного воздействия на интервал осложненного разобщения пластов при цементировании скважин.

Указанная задача решается тем, что в вибраторе электромеханическом скважинном, содержащем полый корпус, вал с дебалансом, установленным внутри корпуса с возможностью вращения, и механизм вращения вала в виде электродвигателя, дебаланс внутри корпуса установлен в цилиндрической оболочке на торцевых экранах, имеющих технологические отверстия, сообщающие внутреннюю полость цилиндрической оболочки с внутренней полостью корпуса, кроме того, между электродвигателем и дебалансом установлена соединительная муфта, а корпус снабжен компенсатором гидравлического давления. Указанные полости заполнены жидким диэлектриком, например трансформаторным маслом, а торцевые экраны и цилиндрическая оболочка расположены соосно оси вала дебаланса.

На фиг.1 представлена конструкция прибора.

На фиг.2 представлен прибор, установленный в скважине.

Прибор состоит из корпуса 1, головки вибратора (прибора) 2, компенсатора гидравлического давления 3, электродвигателя 4, соединительной муфты 5, дебаланса 6, вал 7 которого установлен на опорах 8. На валу 7 на торцевых экранах 9 установлена цилиндрическая оболочка 10. Торцевые экраны 9 и цилиндрическая оболочка 10 расположены соосно оси вала 7 дебаланса 6. В торцевых экранах 9 выполнены технологические отверстия 11.

Внутренняя полость А корпуса 1 и внутренняя полость В, образованная дебалансом 6, торцевыми экранами 9 и цилиндрической оболочкой 10, сообщаются посредством технологических отверстий 11. Вал ротора электродвигателя 4 и вал 7 дебаланса 6 соединены муфтой 5. Полости А и В заполнены жидким диэлектриком, например трансформаторным маслом. Головка 2 прибора стыкуется с кабельным наконечником 12 на кабеле 13 (фиг.1).

Корпус 1 прибора расположен в колонне обсадных труб 14 скважины 15 с цементной пробкой 16 на стоп-кольце 17. Прибор установлен в интервале зоны неполного замещения бурового раствора 18 тампонажной смесью 19, таком как: кавернозные участки ствола скважины, неустойчивые перемычки 20 между нефтеносным пластом 21 и водоносным пластом 22, эксцентричное расположение обсадной трубы в скважине и т.п. (фиг.2).

Работа осуществляется следующим образом.

С пульта управления с поверхности подается электрический ток по кабелю 13 в электродвигатель 4, который через соединительную муфту 5 приводит во вращение вал 7 дебаланса 6. При этом цилиндрическая оболочка 10 и торцевые экраны 9, установленные на дебалансе, снижают потери на трение дебаланса в жидком диэлектрике, что обеспечивает оптимальный уровень нагрузки электродвигателя 4. Колебания вращающегося вибратора с его корпуса через буровой раствор 18 и стенку колонны обсадных труб 14 передаются на тампонажную смесь 19. Колебания, передаваемые вибратором, способствуют наиболее полному заполнению каверн тампонажной смесью в уплотненной неустойчивой перемычке 20 между нефтеносным 21 и водоносным пластами 22, тем самым исключается возможность возникновения заколонных перетоков.

После завершения цикла воздействия прибор перемещают на следующий интервал, где необходимо провести обработку и процесс повторяется.

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для воздействия вибрацией на тампонажный раствор с целью обеспечения его оптимального размещения в заколонном пространстве при креплении скважин. Вибратор содержит полый корпус, вал с дебалансом, установленным внутри корпуса с возможностью вращения, и механизм вращения вала в виде электродвигателя. Дебаланс внутри корпуса установлен в цилиндрической оболочке на торцевых экранах, имеющих технологические отверстия, сообщающие внутреннюю полость цилиндрической оболочки с внутренней полостью корпуса. Между электродвигателем и дебалансом установлена соединительная муфта, а корпус снабжен компенсатором гидравлического давления. Указанные полости заполнены жидким диэлектриком, например трансформаторным маслом, а торцевые экраны и цилиндрическая оболочка расположены соосно оси вала дебаланса. Обеспечивает работоспособность в условиях гидростатического давления бурового раствора и избирательного воздействия на интервал осложненного разобщения пластов при цементировании скважин. 2 ил.

Вибратор электромеханический скважинный, содержащий полый корпус, вал с дебалансом, установленным внутри корпуса с возможностью вращения, и механизм вращения вала в виде электродвигателя, отличающийся тем, что дебаланс внутри корпуса установлен в цилиндрической оболочке на торцевых экранах, имеющих технологические отверстия, сообщающие внутреннюю полость цилиндрической оболочки с внутренней полостью корпуса, кроме того, между электродвигателем и дебалансом установлена соединительная муфта, а корпус снабжен компенсатором гидравлического давления, при этом указанные полости заполнены жидким диэлектриком, например трансформаторным маслом, а торцевые экраны и цилиндрическая оболочка расположены соосно оси вала дебаланса.