УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИН ОТ ШЛАМА Российский патент 2025 года по МПК E21B21/10 E21B37/00 E21B12/06 

Изобретение относится к области буровых работ, в частности к устройствам для очистки скважин от шлама при бурении грунта [E21B 21/10, E21B 12/00, E21B 12/06, E21B 21/00].

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ПЕСКА В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ ПРЯМОГО ЦИКЛА ДЛЯ ОБЫЧНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ, [CN105041241 (A), ОПУБЛ. 11.11.2015], содержащий осевой однопоточный клапан, элеватор, фланцевую группу I, уплотнительный стержень I, радиальный однопоточный клапан, сквозное отверстие, седло пружины, пружину сжатия, пружинную оправку, круглое отверстие, серповидное отверстие, шаровое седло, расширяющееся сквозное отверстие, перепускное отверстие, боковую заслонку, уплотнительный цилиндр, уплотнительный резиновый сердечник II, уплотнительный резиновый сердечник III, группу фланцев II, фланец I, осевой однонаправленный клапан II, затвор I, затвор II.

Недостатком данного устройства является отсутствие ребер жесткости на боковой поверхности заслонки, вследствие чего теряется устойчивость и жесткость конструкции, что приводит к низкой надежности устройства. Ребра жесткости должно равномерно распределяться по боковой поверхности заслонки и иметь достаточную толщину.

Также известно ПРОМЫВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ [CN107524416 (A), ОПУБЛ. 29.12.2017], включающий в себя корпус и основание, закрепленные во внутренней стенке корпуса, изолирующую пластину, сквозное отверстие, выполненное с обеих сторон основания, и заглушку со второй пружиной, выполненную в средней части основания, направляющий выступ, выполненный с обеих сторон основания. На концах изолирующей пластины, пластина для остановки потока, снабженная пружиной бандажа, шарнирно закреплена на внутренней стенке нижнего конца направляющей, при этом кольцеобразное углубление, входящее в зацепление с подвижным концом пластины для остановки потока, расположено по окружности изолирующей пластины, полностью срезанной в нижней части. В средней части пластины имеется обратное направляющее устройство для подачи и зацепления с заглушкой торцевой формы.

Недостатком данного устройства является отсутствие ребер жесткости на боковой поверхности заслонки, вследствие чего теряется устойчивость и жесткость конструкции, что приводит к низкой надежности устройства. Ребра жесткости должно равномерно распределяться по боковой поверхности заслонки и иметь достаточную толщину.

Наиболее близким по технической сущности является ТРУБЧАТАЯ КОЛОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПРОМЫВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИН [CN104832116 (A), ОПУБЛ. 12.08.2015], включающий корпус цилиндра, неподвижную пластину и уплотнительную перегородку, которые прикреплены к внутренней стенке корпуса цилиндра. На двух сторонах неподвижной пластины соответственно выполнены сквозные отверстия, а в середине неподвижной пластины с возможностью проникновения расположена уплотнительная перегородка с пружиной. На двух концах уплотнительной перегородки соответственно выполнены каналы для прямого потока. К внутренней стенке нижнего конца каждого канала прямого потока шарнирно прикреплена перегородка с пружиной. По окружности уплотнительной перегородки выполнены кольцевые углубления, соответствующие свободным концам перегородок. В середине уплотнительной перегородки имеется канал обратного потока, соответствующий форме торца уплотнительной перегородки. Благодаря очистке нефтяной скважины с помощью жидкости для прямой и обратной очистки обеспечивается бесперебойная эксплуатация нефтяной скважины.

Основной технической проблемой прототипа является отсутствие ребер жесткости боковой поверхности заслонки, низкая жесткость перегородок с пружиной, которая может привести к их поломке при ударах или вибрациях. А также низкая жесткость уплотнительной перегородки, которая может привести к ее разрушению при высоком давлении жидкости. Что может привести к утечкам жидкости, потере давления и другим неисправностям.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости конструкции устройства.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для очистки скважин от шлама, содержащее корпус цилиндрической формы с основанием в виде усеченного конуса, при этом корпус цилиндрической формы выполнен полым, а также основание в виде усеченного конуса выполнено полым, в то же время корпус разделен посадочным местом на цилиндрическую часть корпуса и основание в виде усеченного конуса, также внутри цилиндрической части корпуса расположена крепежная резьба, по боковой поверхности основания в виде усеченного конуса расположены промывочные отверстия, внутри корпуса в посадочном отверстии размещена заслонка в виде усеченного конуса, при этом по всей площади боковой поверхности заслонки расположены ребра жесткости, в то же время в верхней части заслонки размещен уловитель, выполненный в виде воронки с наклоном стенок 45°, в нижней части заслонки размещена нижняя воронка, при этом уловитель в узкой части соединен с нижней воронкой, в узкой части нижней воронки расположен шариковый запорный элемент, верхней частью закрывающий отверстие заслонки, а нижней частью закрепленный с конической пружиной.

В частности, корпус выполнен из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ).

В частности, промывочные отверстия выполнены в виде четырех отверстий в каждом из четырех симметричных рядов.

В частности, диаметр шарикового запорного элемента больше диаметра отверстия заслонки.

В частности, коническая пружина нижней частью крепится к нижней внутренней поверхности корпуса с помощью креплений пружины.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для очистки скважин.

На фиг. 2 показан вид сбоку в продольном разрезе устройства для очистки скважин.

На фиг. 3 показан вид сбоку в продольном разрезе заслонки.

На фиг. 4 показан общий вид заслонки.

На фигурах обозначено: 1 - корпус, 2 - крепежная резьба, 3 - промывочные отверстия, 4 - посадочное отверстие, 5 - заслонка, 6 - уловитель, 7 - отверстие заслонки, 8 - нижняя воронка, 9 - шариковый запорный элемент, 10 - коническая пружина, 11 - крепления пружины, 12 - ребра жесткости.

Устройство для очистки скважин от шлама (см. фиг. 1-4) содержит корпус 1 цилиндрической формы с основанием в виде усеченного конуса, при этом корпус цилиндрической формы выполнен полым, а также основание в виде усеченного конуса выполнено полым, также внутри цилиндрической части корпуса расположена крепежная резьба 2, соединяющая устройство с обсадной колонной. Корпус 1 выполнен из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ). По боковой поверхности основания в виде усеченного конуса расположены промывочные отверстия 3 (фиг. 2). Промывочные отверстия 3 расположены в четыре симметричных ряда по четыре отверстия в каждом ряду, обеспечивающих равномерную промывку. Корпус 1 разделен посадочным местом 4 на цилиндрическую часть корпуса и основание в виде усеченного конуса. Внутри корпуса 1 в посадочном отверстии 4 расположена заслонка 5 в виде усеченного конуса. В верхней части заслонки расположен уловитель 6, выполненный в виде воронки, служащий для направления буровой штанги в отверстие заслонки 7. Наклон стенок уловителя 6 равен 45°. В нижней части заслонки 5 размещена нижняя воронка 8. Уловитель 6 в узкой части соединен с нижней воронкой 8, в узкой части нижней воронки расположен шариковый запорный элемент 9, верхней частью закрывающий отверстие заслонки 7, а нижней частью закрепленный с конической пружиной 10. Диаметр шарикового запорного элемента 9 больше диаметра отверстия заслонки 7. Коническая пружина 10 нижней частью крепится к нижней внутренней поверхности корпуса 1 с помощью креплений пружины 11. По всей площади боковой поверхности заслонки 5 расположены ребра жесткости 12, служащее для укрепления конструкции, за счет чего она становится более устойчивой к деформации и механическим воздействиям, а также позволяют заслонке 5 плотно прилегать к внутренним стенкам корпуса 1.

Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.

Устройство для очистки скважин от шлама крепится к нижней части обсадной колонны и опускается в скважину до забоя. Соединение с обсадной колонной скважины осуществляется с помощью крепежной резьбы 2, расположенной внутри цилиндрической части корпуса 1. Буровая штанга, используемая для бурения скважины, опускается вниз скважины и пропускается через уловитель 6, выполненный в виде воронки. Наклон стенок уловителя 6, равный 45°, обеспечивает точное направление буровой штанги в отверстие заслонки 7. За счет давления штанги на шариковый запорный элемент 9, расположенный в узкой части нижней воронки 8 и закрывающий отверстие заслонки 7, коническая пружина 10, закрепленная к внутренней нижней поверхности корпуса 1 и шариковому запорному элементу 9, сжимается, и заслонка 5 открывается. Благодаря ребрам жесткости 12, равномерно расположенным по боковой поверхности заслонки 5, нагрузка от буровой штанги распределяется по всей площади заслонки 5. Вода под давлением подается по трубам к устройству внутрь корпуса 1. Вода распределяется равномерно по всему объему основания в виде усеченного конуса и под давлением выходит из промывочных отверстий 3, расположенных по боковой поверхности основания в виде усеченного конуса. Благодаря симметричному расположению промывочных отверстий 3 в четыре ряда по четыре отверстия вода равномерно омывает всю площадь забоя скважины, эффективно удаляя шлам, песок и другие загрязнения, образовавшиеся в процессе бурения. Шлам и загрязнения под действием потока воды поднимаются вверх по скважине и выводятся на поверхность. После завершения промывки буровая штанга извлекается из заслонки 5. С извлечением буровой штанги освобождается отверстие заслонки 7. Вода осветляется достаточно одной бочки. Под действием конической пружины 10 шариковый запорный элемент 9 поднимается и герметично закрывает отверстие заслонки 7, что препятствует проникновению в скважину грязи, воды и других посторонних предметов, обеспечивая ее изоляцию. Устройство для очистки скважин от шлама выполнено в виде заглушки и поэтому по окончанию промывки не извлекается из скважины.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих примеров осуществления.

Пример 1. Местоположение: участок в Ярославской области, песчаный грунт, сезонные грунтовые воды на глубине 4-5 метров.

Цель: обеспечение дома чистой водой для питья, полива и бытовых нужд.

Потребление воды: 2-3 кубометра в сутки.

1. Параметры скважины:

Глубина: 190-200 метров (до первого водоносного горизонта в известняках).

Диаметр: 133 мм (под стандартный погружной насос).

Тип обсадных труб: НПВХ (поливинилхлоридные).

2. Бурение:

Происходит бурение скважины до проектной глубины. Обеспечивается промывка скважины водой или буровым раствором для удаления шлама и охлаждения бурового инструмента.

3. Очистка скважины:

Устройство для очистки скважин от шлама крепится к нижней части обсадной колонны и опускается в скважину до забоя. Буровая штанга, используемая для бурения скважины, пропускается через уловитель устройства. Включается подача воды и регулируется скорость промывки. Благодаря жесткости конструкции устройства можно осуществлять промывку при высоком давлении (до 15 атм.). Продолжается промывка до тех пор, пока вода не станет чистой.

Использование устройства для очистки скважины после бурения позволяет:

Удалить из скважины остатки грунта, воды и пены;

Обеспечить чистоту воды и бесперебойную работу насоса;

Продлить срок службы скважины;

Уменьшение трудозатрат при последующей очистке скважины (достаточно просто опустить штангу в заслонку устройства и подать воду).

Пример 2. Местоположение: участок в Ярославской области, на котором ранее проводилось бурение скважины на воду с применением устройства для очистки скважин от шлама.

Цель: обеспечить промывку скважины от ила и песка.

Очистка скважины:

Буровая штанга опускается в скважину, пока не попадет в уловитель устройства и не откроет заслонку. Затем вода под давлением подается по штанге к устройству внутрь корпуса. Вода распределяется равномерно по всему объему основания в виде усеченного конуса и под давлением выходит из промывочных отверстий. Загрязнения под действием потока воды поднимаются вверх по скважине и выводятся на поверхность. После завершения промывки буровая штанга извлекается из заслонки.

Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости конструкции устройства.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для очистки скважин от шлама, содержащее корпус цилиндрической формы с основанием в виде усеченного конуса, при этом корпус цилиндрической формы выполнен полым, а также основание в виде усеченного конуса выполнено полым, в то же время корпус разделен посадочным местом на цилиндрическую часть корпуса и основание в виде усеченного конуса, также внутри цилиндрической части корпуса расположена крепежная резьба, по боковой поверхности основания в виде усеченного конуса расположены промывочные отверстия, внутри корпуса в посадочном отверстии размещена заслонка в виде усеченного конуса, при этом по всей площади боковой поверхности заслонки расположены ребра жесткости, в то же время в верхней части заслонки размещен уловитель, выполненный в виде воронки с наклоном стенок 45°, в нижней части заслонки размещена нижняя воронка, при этом уловитель в узкой части соединен с нижней воронкой, в узкой части нижней воронки расположен шариковый запорный элемент, верхней частью закрывающий отверстие заслонки, а нижней частью закрепленный с конической пружиной.

Заявителем были собраны экспериментальные образцы устройств для очистки скважин от шлама в соответствии с настоящим описанием, и были проведены лабораторные и производственные испытания в сравнении с образцами, представляющими собой реализации аналогов и прототипа. Результаты исследования приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Сравнительный анализ показаний жесткости, допустимого давления воды и производительности

Критерий Заявленное устройство Аналог 1 Аналог 2 Аналог 3 Материал корпуса НПВХ Сталь Чугун Алюминий Толщина стенок корпуса 5 мм 1 мм 1 мм 1,5 мм Максимальная нагрузка при сжатии (кг) 422 405 390 367 Максимальная нагрузка при изгибе (кг) 298 276 243 239 Характер разрушения Пластичное Хрупкое Хрупкое Хрупкое Допустимое давление воды (атм) 15 14 14 13 Производительность (м³/час) 20 18 18 16

Испытания показали повышение жесткости устройства для очистки скважин от шлама, что выразилось в увеличении в среднем на 9% безотказности механизмов устройства в целом, на 10% увеличении максимального давления воды, на 15% повышении производительности и на 6% долговечности заслонки в частности и позволило подтвердить достижение на практике заявленного технического результата.

Указанный технический результат - повышение жесткости конструкции устройства достигается за счет использования в составе устройства для очистки скважин от шлама ребер жесткости на боковой поверхности заслонки, служащих для укрепления конструкции, за счет чего она становится более устойчивой к деформации и механическим воздействиям, а также позволяющих заслонке плотно прилегать к внутренним стенкам корпуса. Также на повышение жесткости конструкции на сжатие влияет выполнение корпуса в форме цилиндра с основанием в виде усеченного конуса. Коническая форма основания распределяет нагрузку более равномерно по всему сечению цилиндра, снижает концентрацию напряжений в местах перехода от конического основания к цилиндрической части, увеличивает сопротивление сжимающим нагрузкам. Цилиндрическая часть обеспечивает высокую прочность на сжатие за счет симметричной формы и равномерного распределения материала.

Эксплуатация образцов устройства для очистки скважин от шлама, изготовленных в соответствии с настоящим описанием, показала, что совокупность признаков настоящего изобретения, то есть корпуса, заслонки в виде усеченного конуса с ребрами жесткости, шарикового запорного элемента, пружины, уловителя с наклоном стенок 45°, нижней воронки, обеспечивает высокую жёсткость конструкции устройства во время работы, а следовательно, повышает его надежность.

Результаты испытаний на жесткость показали, что заявленное изобретение обеспечивает статистически значимое увеличение данного показателя на 9% по сравнению с существующими аналогами.

Таким образом, заявленное изобретение обладает более высокой жесткостью конструкции по сравнению с аналогами, что обуславливает его повышенную прочность, надежность и устойчивость к механическим нагрузкам.

Изобретение относится к области буровых работ, в частности к устройствам для очистки скважин от шлама при бурении грунта. Устройство для очистки скважин от шлама содержит корпус цилиндрической формы с основанием в виде усеченного конуса. Корпус цилиндрической формы выполнен полым, а также основание в виде усеченного конуса выполнено полым, в то же время корпус разделен посадочным отверстием на цилиндрическую часть корпуса и основание в виде усеченного конуса. Также внутри цилиндрической части корпуса расположена крепежная резьба, по боковой поверхности основания в виде усеченного конуса расположены промывочные отверстия, внутри корпуса в посадочном отверстии размещена заслонка в виде усеченного конуса. По всей площади боковой поверхности заслонки расположены ребра жесткости, в то же время в верхней части заслонки размещен уловитель, выполненный в виде воронки с наклоном стенок 45°, в нижней части заслонки размещена нижняя воронка. Уловитель в узкой части соединен с нижней воронкой, в узкой части нижней воронки расположен шариковый запорный элемент, верхней частью закрывающий отверстие заслонки, а нижней частью закрепленный с конической пружиной. Технический результат заключается в повышении жесткости конструкции устройства. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Устройство для очистки скважин от шлама, содержащее корпус цилиндрической формы с основанием в виде усеченного конуса, при этом корпус цилиндрической формы выполнен полым, а также основание в виде усеченного конуса выполнено полым, в то же время корпус разделен посадочным отверстием на цилиндрическую часть корпуса и основание в виде усеченного конуса, также внутри цилиндрической части корпуса расположена крепежная резьба, по боковой поверхности основания в виде усеченного конуса расположены промывочные отверстия, внутри корпуса в посадочном отверстии размещена заслонка в виде усеченного конуса, при этом по всей площади боковой поверхности заслонки расположены ребра жесткости, в то же время в верхней части заслонки размещен уловитель, выполненный в виде воронки с наклоном стенок 45°, в нижней части заслонки размещена нижняя воронка, при этом уловитель в узкой части соединен с нижней воронкой, в узкой части нижней воронки расположен шариковый запорный элемент, верхней частью закрывающий отверстие заслонки, а нижней частью закрепленный с конической пружиной.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ).

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что промывочные отверстия выполнены в виде четырех отверстий в каждом из четырех симметричных рядов.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр шарикового запорного элемента больше диаметра отверстия заслонки.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коническая пружина нижней частью крепится к нижней внутренней поверхности корпуса с помощью креплений пружины.