Устройство для обработки стенок скважины Советский патент 1991 года по МПК E21B37/00 E21B33/138 

Изобретение относится к нефтегазовой Промышленности, а именно к средствам для гидромеханической кольматации стенок скважин.

Ujflb изобретения - повышение эффективности его работы за счет улучшения качества кольматацш,.

Н& фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху: на фиг. 3 - вид А на фиг. 2,

Устройство включает в себя полый корпус 1, нижний струеформирующий элемент () 2, вышерасположенный струеформирующий элемент (насадку) 3, калибрующие лопасти 4, упругие очистные элементы 5.

Насадку 3 уст овливают в корпусе 1 таким образом, что расстояние 4 от ее выходного сечения до оси устройства больше такового для насад) и 2. Такое расположение насадок обеспечивает минимальное гидродинамическое давление на стенку скважины струи, истекающей из насадки 2, по сравнению со струей, истекающей из насадки 3.

Вместо насадки 2 с сужающимся профи- лом можно установить насадку с расширяющимся профилем или насадку с частично перекрытым верхним сечением, что также способствует снижению гидродинамического давления струи на стенку скважины. Диаметр выходного сечения насадки 2 меньше диаметра выходного сечения насадки 3.

Осо каждого упругого очистительного элемента 5 лежит в горизонтальной плоскости под углом 70-80f к плоскости, касательной к цилиндрической поверхности корпуса 1 в точке пересечения с ней оси упругого элемента. Все упругие очистные элементы 5 располагаются за жесткими лопастями 4 по напоавлению врашения устройства. Лопасти 4 могут быть армированы твердым сплавом с целью увеличения их износостойкости. Упругие очистительные элементы 5 могут быть выполнены в виде витого цилиндра из упругого материала с контактирующими друг с другое витками.

Гидродинамическое давление по оси струи при прочих равных условиях определяется расстоянием I от выходного сечения насадки до рассматриваемой точки, а точнее отношением i/do, где do диаметр выходного сечения насадки. При изменении I от 0 до(4-6) do гидродинамическое давление струи не изменяется и имеет максимальную величину. При дальнейшем увеличении I величина гидродинамического давления струи (ГДС) резко уменьшается и на расстоянии I 12do величина ГДС составляет

лишь около 25% от максимальной величины.

Величину ГДС по оси l7(4-6)do можно определить по формуле

р РО-JL5

где РО - перепад давлений на насадке,МПа а 0,28

Увеличивая расстояние от выходного сечения насадки до оси корпуса, тем самым уменьшают величину I, т.е. приближают насадку к стенке скважины, а значит, увеличивают величину ГДС на стенку скважины.

Что касается выполнения насадок с разными диаметрами выходного сечения, то данное решение преследует ту же цель - обеспечение увеличенного значения ГДС на

стенку для Струи, истекающей из вышерасположенной насадки. Дело в том, что регулировать величину ГДС только за счет изменения I не всегда целесообразно. Слишком малые значения I приводят к увеличению гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, а максимальные значения I ограничены наружным диаметром бурилы.ой колонны.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается над долотом, что обеспечивает его вращение и осевое перемещени в процессе бурения. Лопасти 4 осуществляют калибровку ствола

скважины путем удаления со стенок скважины глинистой корки, а упругие элементы 5 обеспечивают зачистку неровней поверхности стенки скважины. Струя бурового раствора, истекающая из нижней насадки 2 и

оказывающая осевое гидродинамическое давление на стенку скважины заведомо ниже той величины, при которой начинается разрушение горной породы, обеспечивает снижение проницаемости последней за

счет ее кольматации. Однако степень кольматации при этом невелика из-за невысоко- го значения осевогэ гидродинамического давления струи, истекающей из насадки 2. По мере углубления забоя скважины струя

бурового раствора, истекающая из выше- расположенкой насадки 3, воздействует на порогу с низкой проницаемостью, обеспечивая при этом высокую степень кольматации за счет достаточно высокого осевого

гидродинамического давления на породу и не вызывая разрушения последней, так как породы с низкой проницаемостью разрушаются струей жидкости только при весьма высоких осевых гидродинамических давлениях струи.

Приме р.Исходные данные: диаметр скважины 216 мм; перепад давлений на насадке 10 МПа; диаметр насадки 6 мм: удаление насадки от стенки скважины 20мм и 80мм.

При I 20 мм (I - 3.33do) на основании вышеизложенного величина ГДС составит 10 МПа. При I 80 мм (I 13,3do) величина ГДС составит Р 2,45 МПа.

Таким образом, увеличивая расстояние от выходного сечения насадки до оси корпуса или, что одно и то же. уменьшая с 80 мм до 20 мм. можно увеличить гидродинамическое давление струи на стенку скважины с 2,45 до Ш МПа.

Проведенные нами экспериментальные исследования по разрушению горных пород струями жидкости показали, чти осевое гидродинамическое давление струи на породу. при котором начинается процесс ра.фум-е- ния породы, зависит от таких факторов, как прочность породы на разрыв и проницаемость породы. Установлено, что при nuo in- цдемости пород свыше 0,1 мд величина осевого гидродинамического давления струи, при котором начинается процесс разрушения не зависит от величин: .г.1 f мости перо; Л. В сбл V,:T /I H-ITUIX .),-, г .-С..,

М,,;чО:|,и- ПрПНПЦ.Зег/О |1Г | ;,; . /fV H:.июшем г,сспогн°й Г1Г;|1 - чйокэго давления -, ;m. давления), при котором гл-i; :

рЗЗруН ЧИЯ мОрОДЫ Гь -,.-;

Отмеченное явление позе

Vifb ГОЛР МНу КОИ I ИЧ.Х КО.Ч

L- UT и. менени, проницаемое ким образом,если пгедпэои

1/.;Я . рИ П Дс

с i в о в и : ь на п р о ;; -щ г е м у ч: г; о бурового раствора с .; ческим давлением -з едомо -и- критячес .ого д в/ения и. г:,ч-, с

3

V );.; - 1 Ч О r.jTVlPiV:. : . Ч У - . -.пд..н-.,--и1 ОЛ/.1 : : ЫМ 3Vt

нить ее проницаемость зч сче, кольматации ее поверлносгного слоя, i j . ит эту ,.е породу можно бе i огмсени ее р;/зрушения воздейггзо зать струей fj porjoru p;jC(Ho;:a с достаточно высоким дзиг.е .мег.г и еопйчи- вакзщим высокую степи:«ь Ki./:t,i-ir, ации .у ой породы. Такой поосб мно ократгой обработки гк. перхисс: vi re; , )й пород - струям/ бурового растворй с р зличн м ;, ое и--i/.вч- ющимся для каждой после ;ющей cvpyn) ocuBiJM гидрод1Н1ами |;зС: 1лм (Ч. а пятне контакта сфуи о ног. одсй ;-;: воляО предотвратить разрушение nopo,:,i жидки ,ти и обеспечить би.н.м плотное :j. пориваг И ,: пор и трещин пород слагающих стенки скважин,

Опьт работе с механическими очистителями стено сквьжин показал, что ни ч.е- сткие лопасти, ни упругие з/.ементы не

0

5

0

0

5

являются универсальным средством для очистки стенок скважин от глинистой корки. Жесткие лопасти не обеспечивают очистку неровной поверхности стенок скважин, а упругие очистительные элементы оказываются не способными удалить толстую глинистую корку. Кроме того, эксперименты показали, что эффективность работы упругих очистительных элементов зависит от их ориентации в горизонтальной плоскости.

Установлено, что при расположении их нормально к цилиндрической поверхности корпуса очистительного устройства (нормально к поверхности стенки скважины)они в процессе работы сминаются и раздавливаются При установке упругого элемента под углом 50 и 60° к плоскости, касательной к цилиндрической поверхности корпуса в том-. ке пересечения с ней оси упругого элемента, он не имеет достаточной упругости и не так тщательно очищает стенку скважины. Это естественно, гак как большой угол требует меньших усилий для отклонения упругого элемента. Оптимальный угол установки упругого элемента оказался в пределах 70- 80°. Размещение насадок с увеличением рагсто

)r-:, О

сеч- ;iii ; i ч г . i ОУ / .6:1.

ь;,:ер:.-спо

:, их сечениг до оси

,Ttf ; ;-il-: 4 r: г,га . Ртпл см ход МП ГО

и. 1Эрчг.||олож(.-.нь х предотвра- :., ; Ч1-е С н-11- .я .пни : гоуяги ;:Г.твор, зл постепе: эгс

ГИДи )ДИ . о ;;д.- Ч:НИЯ

о.. струи и снсжгч;;. пр.о- iiHU-v iMO1.;: ii при гсч- деис р ..и нч не

НПЖСраГГ 0 ОЖР-| - Г.,й ;.i ;.; ., Об Cri ЧИЬЛЮlUf-n fu- ii ..jii, - e i ..аро.и..ическое д в- лемие на стенку скважины

Ф : р м ,п : л з о б р е т с н и Устрой тао длч сбработки стенок сква- л.ипы. bi ;юч;- ют teij имлиндпичосл-п полый корПу,. с р::Д .1о-1ьными от г.сгрстидми, пыпол- немчь ми н;; разной ЁШСО ;С, v, с,ь гри кото- рь;х размещет Ы гидромониторные насадчи установленные на корпусе упругие счист- ные элементы , оси которых расположены в гииизэ- гальной плоска (1.1 под острым у г лом к п юскости,кас ,-;тольной к поверхности корпусе в T,VI,;S пересечения с ней оси очи- стно,.- :. Ли .: :н1 - и н.клонет-пыс а сюрону ..ротиитлтоложнук ; .раш.енпя корпуса, о т- л и ч а ю ,:ц е е с я тем, что. с целью повышения эффективности его р; 5мы зз счет улучшения ;ачес.тза кольматлции, оно снабжено установленнь1ми на корпусе калибруюидими лопастями, величину острого угла между очистными элементами и корпусом выпол- н-пот v. интервале 70-80°, а расстояние от выходного сечения насадки до вертикальной оси корпуса каждой вышерасположенной масадки больше; чем у нижерасположенной, причем диаметр выходного сечения каждой нижерасположенной насадки

меньше диаметра выходного сечения каждой вышерасположенной насадки.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к средствам для гидромеханической кольматации стенок скважины. Цель - повышение эффективности его работы за счет улучшения качества кольматации. Устройство включает полый корпус (К) 1, гидромониторные насадки (Н), калибрующие лопасти 4, упругие очистные элементы (Э) 5. Вышерасположенную Н устанавливают в К 1 таким образом, что расстояние от ее выходного сечения до оси К 1 больше расстояния,чем у нижерасположенной Н. Это обеспечивает меньшее гидродинамическое давление вытекающей струи, чем для струи вышерасположенной Н Диаметр нижерасположенной Н меньше диаметра вышерасположенной Н. Ось Э 5 в горизонтальной плоскости- расположена под углом 70-80° к плоскости, к поверхности К 1 в точке пересечен, я с ней оси Э 5. Все Э 5 располагаются оэ лопастями 4 по направлению врлщиния устройства. Устройство устанавливается над до., ом с возможностью вращения. Лопас и4сн ,щ-;- ствляют калибровку СТВОЛУ скважин, а Э 5 - зачистку поверхности IK. Слруя б го раствора истекающая из ш.жеоасполо- жснчой Н, обеспечивает снижение проницаемости породы. Струя, PL одящчя из вышерасположенной Н и имеющая большее гидродинамическое давление, обеспечивает высокую степень кольматации без разрушения породы. 3 ил. ic о ю -vl ON Ю Фиг 1

70-80.

/

Фиг. 2

Вид 4

pL/e.3