Наддолотный эжекторный гидронасос Советский патент 1992 года по МПК F04F5/10 E21B21/00 

Изобретение относится к технике бурения скважин и может быть использовано в компановках бурильных колонн для улучшения очистки забоя от выбуренной породы.

Цель изобретения - повышение произво- дительности за счет увеличения механической скорости проходки и улучшения очистки забоя.

На фиг.1 представлен наддолотный зжекторный гидронасос (тонкими линиями показаны стенки скважин и прикрепленные к гидронасосу сверху и снизу элементы колонны), общий вид; на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1; на фиг.З - узел I на фиг.1.

Гидронасос содержит корпус 1 с выполненным в нем центральным вертикальным каналом 2 для подачи промывочной жидкости в зону Б работы долота. С центральным вертикальным каналом 2 соединены выполненные в корпусе 1 наклоненные прямолинейные подводящие каналы 3, заканчивающиеся соплами 4 и смесительными камерами 5.

Каждое из сопл 4, снабженных наклонным подводящим каналом 3, в совокупности со смесительной камерой 5 образует струйный насос, предназначенный для транспорти- рования промывочной жидкости, содержащей измельченную выбуренную породу из зоны работы долота Б в зону А, расположенную сверху от наддолотного эжекторного гидронасоса.

Гидронасос может содержать три и бо- лее струйных насосов в зависимости от диаметра долота.

Каждая из смесительных камер 5 сообщается с зоной Б посредством вертикального соединительного канала 6, конец которого выходит на нижний торец 7 корпуса 1 эжекторного гидронасоса. При этом отношение величины диаметра вертикального канала б (величины di) к величине диаметра смесительной камеры (величине cte) составляет от 0,4 до 1,0.

Отношение величины минимального диаметра отверстия сопла 4 (величины ds) к величине диаметра соединительного каьа- ла 6(величины di) в предложенном гудрона- сосе составляет при нормальной плотности промывочной жидкости от 0,18 до 0,36.

В качестве возможных вариантов исполнения гидронасоса предлагается выполнить входящие в него струйные насосы с углами наклона а, определяемыми в зависимости от характера горных пород и составляющими угол 13 - 20°.

Такое выполнение устройства с различными углами наклона позволяет дополни- тельно влиять на процесс кольматации стенок скважины и повышать, тем самым, производительность бурения за счет создания дополнительной-репрессии на разбуриваемый пласт.

Наддолотный эжекторный гидронасос работает следующим образом.

В составе компановки бурильной колонны эжекторный гидронасос спускают в скважину и подают в зону работы долота Б через центральный канал 2 промывочнуюжидкость.

Одновременно часть промывочной жидкости из центрального канала 2 попадает в наклонные подводящие каналы 3 и через сопла 4 подводится к смесительным камерам 5, откуда она поступает в пространство А над эжекторным гидронасосом, При этом за счет эжектирующей способности струй жидкости, движущихся в смесительных камерах, промывочная жидкость с содержащейся измельченной породой транспортируется по соединительным вертикальным каналам б из зоны Б и выбрасывается в зону А. Прямолинейная форма каналов 3 и 6 обеспечивает минимальные потери на гидравлические сопротивления.

После выхода струй из смесительных камер в зону А над гидронасосом происходит их взаимодействие со стенками скважины, при этом стенки скважины в зоне А кольматируются выбуренной породой, и одновременно возникает эффект эжекции в зазоре между боковой цилиндрической поверхностью корпуса 1 гидронасоса и стенкой скважины (направление струй промывочной жидкости показано стрелками на (фиг.1).

Предлагаемый гидронасос по сравнению с известным более многофункционален и позволяет в зависимости от реализуемой на долоте гидравлической мощности соответственно снижать дифференциальное давление, что влечет за собой увеличение механической скорости проходки.

Для проверки эффективности созданного устройства были проведены исследования по использованию наддолотных гидронасосов, обладающих различными соотношениями конструктивных размеров, в том числе и исследования известного наддолотного эжекторного гидронасоса.

Исследования показали, что при работе в различных горных породах (мягких, средних, твердых) скорость проходки при использовании известного гидронасоса составляет от 2,2 до 4,1 м/ч, а заявленного гидронасоса - от 4,2 до 8,1 м/ч.

В табл.1 - 3 обобщены результаты исследования эжекторного насоса предлагаемой конструкции при различных диаметрах отверстий вертикальных соединительных каналов (di), диаметрах смесительных камер (d2) и наименьших диаметрах сопл (da). В табл.1 представлена зависимость механической скорости проходки V от соотношения di/d2, т.е. отношение диаметра вертикального соединительного канала к диаметру смесительной камеры.

В табл.2 представлена зависимость механической скорости проходки V от величины угла наклона осей струйных насосов к оси центрального вертикального канала (2°) для случаев работы в различных по твердости грунтах (твердых, средних, мягких). В табл.3 представлены данные, характеризующие изменение механической скорости проходки в зависимости от отношения минимального диаметра отверстия сопла (Ьз) к диаметру соединительного канала (di) для случая работы на промывочной жидкости нормальной плотности (плотность 1000....1400 кг/м3) и для случая работы на утяжеленной промывочной жидкости (плотностью от 1400 кг/м3 и более).

Формула изобретения 1. Наддолотный эжекторный гидронасос, содержащий корпус с выполненным в

0

5

0

нем центральным вертикальным каналом для подачи к долоту промывочной жидкости, не менее трех активных сопл, равномерно расположенных по окружности вокруг центрального канала и сообщающихся с ним с помощью подводящих каналов, и соосные с соплами камеры смешения, при этом последние сообщены с нижней торцовой частью корпуса при помощи сквозных соединительных каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения механической скорости проходки и улучшения очистки забоя от выбуренной породы, подводящие каналы выполнены прямолинейными, оси камер смешения расположены под углом к оси вертикального канала, отношение величин диаметров соединительных каналов и камер смешения состав- ляетО,4 -1,0, а отношение диаметра выходного сечения каждого сопла к диаметру соединительного канала составляет 0,18 - 0,35,

2. Гидронасос по п. 1, отличающий с я тем, что углы наклона осей камер смешения составляют 13 - 20°.

Таблица 1

Таблица

Таблица 3

ел ел

ел о

Редактор В.Данко

Техред М.Моргентал

Заказ 1826ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

„.. И

/ о

- -

Корректор В.Гирняк