Устройство для очистки бурового раствора Советский патент 1992 года по МПК E21B21/06 

Изобретение относится к технике бурения скважин, конкретно к устройствам для очистки бурового раствора от продуктов разрушения забоя и может быть использовано по прямому назначению при бурении скважин в различных отраслях народного хозяйства: в геологоразведке, горной промышленности, при строительстве эксплуатационных скважин на воду, нефть, газ.

Для очистки оборотных буровых растворов от продуктов разрушения забоя при бурении скважин применяются различные гидроциклонные установки 1. Указанные установки содержат преимущественно цилиндроконический циклон с входным, сливным и разгрузочным natpy6ками, оборудованными соответственно заслонками и клапанами.

Особенностью работы циклонов в буровых установках является переменный расход потока бурового раствора во входном патрубке. Причем степень обогащения раствора продуктами разрушения забоя (кер- ношламовым материалом) в каждый момент времени различна. В этих условиях обеспечение эффективной очистки раствора требует оперативного и согласованного друг с другом изменения параметров циклона, в частности проходных сечений его патрубков.

В известных конструкциях площадь сечения входного патрубка регулируется заслонкой, положение которой обеспечиваXI

ho

00

:о

ется либо винтом, либо регулятором крыловидной формы, установленным во входном патрубке и связанным с заслонкой системой шарниров 2.

Недостатком анализируемых конструкций является то, что заслонки в них оказывают на поток жесткое управляющее воздействие. При большой крупности обломочного кернового материала (что обычно имеет место при бурении с двойной колонной и транспортированием продуктов разрушения по ее внутреннему каналу) это может привести к перекрытию входного патрубка кусками выбуренной породы.

Соотношение площадей сечения сливного и разгрузочного патрубков обычно обеспечивается установкой на разгрузочном патрубке сменных Песковых насадок различной конструкции. Подобная наладка циклона требует, с одной стороны, остановки технологического процесса и проведения слесарно-монтажных работ, с другой стороны, она (наладка) не обеспечивает качества очистки раствора в условиях переменного расхода и различной степени его обогащения продуктами разрушения.

Известное устройство содержит ци- линдроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, сливным и разгрузочным патрубками, расположенный по оси корпуса полый шток с регулирующим клапаном на нижнем конце, установленный с возможностью осевого перемещения, и клапан для перекрытия сливного патрубка снизу.

Однако данная конструкция имеет достаточно жесткую регулировочную характеристику рассчитанную на малые колебания расхода бурового раствора. Кроме того., в известном устройстве не предусмотрено регулирования сечения разгруозочмогс патрубка, что приводит к непроизводительным потерям раствора, особенно в условиях его переменного расхода и пульсации скорости потока во входном патрубке, и не позволяет эффективно регулировать содержание твердой фазы в растворе.

Целью изобретения является повышение очистки бурового раствора при различных расходах и условиях переменного темпа его обогащения продуктами разрушения (шламом).

Достигается это тем, что устройство для очистки бурового раствора, содержащее ци- линдроконический корпус с тангенциальным входным патрубком, сливным и разгрузочным патрубками, расположенный по оси корпуса полый шток с регулирующим клапаном на нижнем конце, установленный с возможностью осевого перемещения,

снабжено заслонкой с рычагом управления, установленной во входном тангенциальном патрубке, и полой штангой, установленной коаксиально полому штоку в сливном патрубке с возможностью продольного перемещения, при этом клапан для перекрытия сливного патрубка установлен на полой штанге, а шток на участке ниже торца штанги выполнен перфорированным.

0 Предлагаемое устройство для очистки бурового раствора отличается от известного тем, что оно снабжено заслонкой с рычагом управления, установленной во входном тангенциальном патрубке, и полой штангой, ус5 тановленной коаксиально полому штоку в сливном патрубке с возможностью продольного перемещения, при этом кля.пан для перекрытия сливного патрубка установлен на полой штанге, а шток на участке ниж& торца

0 штанги выполнен перфорированным.

На фиг.1 схематически изображено устройство, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2- вид устройства в плане; на фиг. 3 - вариант конструктивного исполнения за6 слонкис рычагом управления.

Устройство содержит цилиндрокониче- ский КООПУС 1 с патрубками: тангенциальным входным 2, сливным 3 и разгрузочным 4. В патрубке 2 на оси 5 установлена пово0 ротнуя заслонка 6. С внешней стороны патрубка 2 на оси 5 закреплен рычаг управления 7, поджатый пружиной 8. Последняя размещена между регулировочными гайками 9 и 10 на винтовой скалке 11,

5 шарнирно закрепленной на корпусе 1. С помощью гайки Э устанавливается первоначальное положение заслонки 6, а посредством гайки 10 регулируется усилие поджатия рыча а управления 7.

0 В полости 12 сливного патрубка 3 с возможностью осевого перемещения установлена полая штанга 13, нижний конец которой оборудован клапаном 14 для перекрытия сливного патрубка 3 снизу. Верхнее

5 положение клапана 14 на фиг.1 показано пунктиром. Коаксиально штанге 13 с возможностью независимого продольного перемещения установлен полый шток 15 с регулирующим клапаном 16 на нижнем кон0 це. Шток 15 на участке ниже торца штанги 13 перфорирован отверстиями 17.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от расхода бурового рас5 твора, степени его обогащения продуктами разрушения и крупности твердой фазы в растворе устанавливают первоначальное положение заслонки 6 с помощью гайки 9. Посредством гайки 10 и пружины 8 создают усилие поджатия рычага управления 7. При

этом заслонка 3 частично перекрывает сечение входного патрубка 2. Величина сечения определяется необходимой скоростью входа шламового потока в полость устройства.

В процессе работы буровой раствор, обогащенный продуктами разрушения, через тангенциальный входной патрубок 2 поступает в полость устройства, где движется (закручивается) по спирали. Под действием центробежных сил происходит сепарация раствора, крупнообломочная и тяжелая фракции выпадают в осадок и через разгрузочный патрубок 4 удаляются из устройства. Жидкая фаза раствора концентрируется в центральной зоне и вытесняется через полость 12 сливного патрубка 11.

Условия переменного темпа обогащения бурового раствора продуктами разрушения различного фракционного состава от крупных кусков керна до мелко тертого шлама, а также пульсирующая подача раствора в полость устройства диктуют необходи мость оперативного и независимого друг от друга регулирования площадей проходных сечений сливного 3 и разгрузочного 4 патрубков.

Путем продольного перемещения полой штанги 13 с клапаном 14 производится перекрытие сечения сливного патрубка 3 снизу. Площадь проходного сечения разгрузочного патрубка 4 регулируется(независимо от сечения 12) посредством клапана 16 при осевом перемещении полого штока 15 (см. пунктирное изображение на фиг.1). Для обеспечения эффективной работы устройства площадь сечения разгрузочного патрубка 4 устанавливается с учетом величины полого штока 15. При этом воздух, инжектированный в полость устройства, проходит через центральный канал штока 15 и отверстия 17 его перфорированного участка, не

препятствуя разгрузке устройства через патрубок 4.

В процессе бурения скважины в растворе возможно появление крупных кусков керна (например, при использовании двойных колонн с обратной внутритрубной циркуляцией потока), превышающих размер сечения входного патрубка 2. В этом случае происходит кратковременное закупоривание входного патрубка 2. Под действием давления нагнетаемого потока заслонка 6 повертывается вокруг оси 5 и пропускает негабаритный кусок керна. Поворот заслонки 6 через управляющий рычаг 7 сжимает пружину 8, которая после снятия усилия, возвращает заслонку 6 в исходное положение.

Формула изобретения

Устройство для очистки бурового раствора, содержащее цилиндроконический корпус с тангенциально входным патрубком, сливными и разгрузочными патрубками, расположенный по оси корпуса полый штоке регулирующим клапаном на нижнем конце, установленный с возможностью осевого перемещения, и клапан для перекрытия сливного патрубка снизу, отличающееся тем, что, с целью повышения очистки бурового раствора при различных расходах и условиях переменного темпа его обогащения продуктами разрушения, оно снабжено заслонкой с рычагом управления, установленной во входном тангенциальном патрубке, и полой штангой, установленной коаксиально полому штоку в сливном патрубке с возможностью продольного перемещения, при этом клапан для перекрытия сливного патрубка установлен на полой штанге, а полый шток на участке ниже торца полой штанги выполнен перфорированным.

Использование: в технике бурения для очистки бурового раствора от продуктов разрушения забоя для повышения качества очистки бурового раствора при различных расходах и условиях переменного темпа его обогащения продуктами разрушения. Сущность изобретения: установка заслонки с рычагом управления 7 во входном тангенциальном патрубке 2 и полой штанги 13 коак- сиально полому штоку 15 в сливном патрубке 3 с возможностью осевого перемещения с регулировочным клапаном 14 у нижнего торца сливного патрубка 3. Рычаг управления 7 регулирует площадь сечения входного патрубка 2 и обеспечивает оптимальную скорость движения бурового раствора. Связь заслонки с рычагом управления 7 предохраняет входной патрубок 2 от закупоривания. Такое выполнение устройства обеспечивает возможность независимого друг от друга изменения площадей сечений сливного 3 и разгрузочного 11 патрубков.3 ил. / со с