Гидромониторная насадка для бурового долота Советский патент 1983 года по МПК E21B10/60 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к гидромониторным насадкам, устанавливаемым в корпусе буровых долот и может быть использовано в горнодобывающей промышленности при гидромониторном разрушении пород. Известна гидромониторная насадка для бурового долота, содержащая корпус с винтовыми направляющими канавками, проточенными в теле насадки для закручивания струи жидкости 1 . Недостаток данной насадки заключается в нарушении винтового потока жидкости при попадании в нее твердых частиц. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является гидромониторная насадка для бурового долота, содержащая корпус с сообщенными между собой продольными промывочными каналами 2 . По закону сохранения энергии с увеличением скорости закрученного потока и его интенсивности закручивания в насадке перепад давления возрастает, а кинетическая энергия затопленного турбулентного потока на выходе интенсивно гасится окружающей средой. Это снижает эффективность работы долота. Цель изобретения - повышение эффективности работы бурового долота путем снижения рассеивания энергии потока при движении в вязкожидкостной среде. Поставленная цель достигается тем, что в гидромониторной насадке для бурового долота, содержащей корпус с сообщенными между собой продольными промывочными каналами, продольные промывочные каналы имеют спирально-закрученную форму в виде по крайней мере одной полуволны изгиба, причем каналы сообщены между собой по образующей. На фиг. 1 изображена насадка, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 и 4 - соответственно схемы образования струй предлагаемой и известной насадками. Насадка содержит корпус 1 с несколькими продольными промывочными каналами 2, имеющими спирально-закрученную форму в виде по крайней мере одной полуволны изгиба сообщающимися между собой по образующей. Форма каналов насадки в виде многозаходных спирально-изогнутых цилиндрических каналов при прохождении через нее под напором жидкости придает струе на выходе из насадки вид закрученной спирали 3 (фиг. 3), а разделение общего потока на ряд струй, закрученных между собой, придает потоку ламинарное или приближающееся к нему течение. Так, расход промывочной жидкости .Q 30 л/с при трех 15-миллиметровых гидромониторных насадках, устанавливаемых в промывочных каналах бурового долота, создает скорость истечения V ,- 573- 56,6 м/с для воды с условной вязкостью по СПВ-5 Т 15 с, а кинематическая вязкость 0,01, тогда для глинистого раствора с Т 45 с 0,03. При этих значениях критерий Рейнольдса равен Re - , т.е. режим течения турбулентный. При замене одного промывочного 15-миллиметровОго канала на два 10,5-миллиметровых спирально-закрученных канала общая площадь живого сечения не изменяется и скорость истечения остается прежней ,5 м/с, но при этом Re составляетi Re , т.е. режим течения ламинарный. Ламинарное течение струи имеет ряд преимуществ перед турбулентным течением, особенно в случае затопленного движения струи. В обычной гидромониторной насадке с эллипсным входом и цилиндрическими каналами и вспрыском затопленная струя образует конусное ядро равных скоростей и турбулентный слой (фиг. 4). Скорость потока в турбулентном слое значительно ниже, чем в ядре равных скоростей, а ядро равных скоростей, как показано на фиг. 4, не всегда может достигнуть поверхности забоя скважины, при этом действие гидромониторного эффекта снижается. При приближении потока к ламинарному течению при сохранении скорости истечения на равнозначном уровне исключается или значительно снижается турбулентный слой, а длина ядра равных скоростей увеличивается. Механическая скорость бурения связана с гидравлической мощностью потока гидромониторной струи прямопропорциональной зависимостью ,. гдеУм -механическая скорость бурения; Мтд - гидравлическая мощность, срабатываемая в насадках, л.с.; f - степенной показатель, зависит от ,от типоразмера долот, режима бурения, глубины залегания и крепости пород. Потери гидравлической мощности струи можно представить как разность между теоретической и фактической мощностью, определяемой из выражения AM .S.Q.-4P /1 „ 75.- гдеАКгд-потери гидравлической мощности, О. - расход промывочной жидкости, л/с; ЛР - перепад давления в насадке, кгс см 1 - КПД гидромониторной насадки; f - длина ядра равных скоростей. tg.d/J;.N,.()

ГИДРОМОНИТОРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ БУРОВОГО ДОЛОТА, содержащая корпус с сообщенными между собой промывочными каналами, отличающаяся тем что, с целью повышения эффективности работы долота путем снижения рассеивания энергии потока при движении в вязкожидкостной среде, продольные промывочные каналы имеют спирально-закрученную форму в виде по крайней мере одной полуволны изриба, причем каналы сообщены между собой по образующей. W to СП СХ) О5