Тампонажное устройство Советский патент 1992 года по МПК E21B33/132 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования.

Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет обеспечения возможности тампонирования с подъемом устройства по стволу скважины.

На фиг. 1 изображено предлагаемое тампонажное устройство в рабочем положении, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант выполнения устройства, общий вид; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 6 - вариант выполнения устройстг.а, общий вид; на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 6; на фиг.

8- сечение Д-Д на фиг, 6; на фиг. 9 - сечение Е-Е на фиг. 6.

Тампонажное устройство содержит контейнер 1 с осевым каналом, имеющий наружный диаметр, равный диаметру колонковой трубы бурового снаряда, которым проходился подлежащий тампонированию интервал гкоажины, поршнем 2, разделяющим контейнер на надпоршневую полость 3 и рабочую полость 4, заполненную тампонажным раствором, и установленный над контейнером пульсатор 5 с верхним переходником 6, содержащим ка- 7 подвода рабочей жидкости, и нижним переходником 8, в котором выполнен канал

9пульсатора, сообщающийся с надпоршне ч

&

ON N

О

вой полостью 3 контейнера. На контейнере 1 ниже рабочей полости 4 установлена перегородка 10, в которой выполнено центральное отверстие 1 1 для выхода тампонажного раствора из контейнера. Ко- аксиально нижней части 12 контейнера 1 под перегородкой 10 установлен наружный перепускной патрубок 13 с возможностью образования кольцевого канала 14,верхняя часть которого сообщается со скважиной 15 через радиальные заборные отверстия 16, выполненные в трубке 13. Соединенная с перегородкой 10 нижняя часть 12 сообщается с рабочей полостью 4 через отверстие 11 перегоррдки 10, а в контейнере 1 выполнены радиальные сливные отверстия 17, расположенные ниже патрубка 13 и гидравлически связанные через патрубки

18с внутренней полостью нижней части 12 контейнера, причем патрубки 18 установлены с образованием между ними отверстий

19(фиг. 2) для прохода бурового раствора из кольцевого канала 14. Перед заправкой тампонажного раствора в рабочую полость 4 контейнера в отверстие 11 перегородки 10 или в суженое отверстие 20 в нижней части 12, расположенное над патрубками 18,устанавливается заглушка 21 (деревянная или резиновая пробка). При этом под отверстиями 17 устанавливается днище 22, удерживающее заглушку 21 после ее выхода из отверстия 20 и исключающее попадание тампонажного раствора из полости контей- мера 1 под тампонажное устройство в процессе тампонирования.

Для исключения закупорки заборных отверстий 16 тампонажным раствором, движущимся по кольцевому затрубному пространству 23 при работе устройства в скважине, сливные отверстия 17 удалены от заборных отверстий 16 на расстояние h, определяемое из соотношения:

Н

4(0-и)

7rV(D2-d2)

- 1

(D

где Н - протяженность тампонируемого интервала скважины (м);

Q - обьемная подача тампонажного раствора в единицу времени через сливные отверстия 17 в скважину (осредненная для всего тампонируемого интервала величина), см3/с;

От - объемный расход тампонажного раствора в единицу времени, идущий на заполнение трещин, пор и каверн тампонируемого интервала (осредненная для всего тампонируемого интервала величина), см3/с;

V - скорость подъема тампонажного устройства в процессе тампонирования, см/с; D - диаметр скважины в тампонируемом интервале (осредненная для всего тампонируемого интервала величина), см;

d - наружный диаметр перепускного патрубка 13, см.

Входящие в представленное соотношение величины Q и От определяются теорети0 ческими расчетами и экспериментальными исследованиями с учетом конструктивных параметров устройства, гидравлических параметров подводимого к пульсатору потока бурового раствора, геолого-технических па5 раметров осложненных интервалов скважин, подлежащих тампонированию, а также с учетом свойств тампонажных растворов. Скорость V подъема тампонажного устройства в процессе тампонирования выбирают

0 из условия, чтобы при выбранной величине указанной скорости тампонажный раствор успевал выйти из контейнера в затрубное пространство 23 и проникнуть на нужную глубину в трещины, поры и каверны ствола

5 скважины.

Устройство выполнено с возможностью регулировки расстояния h между заборными 16 и сливными 17 отверстиями е зависимости от протяженности Н тампонируемого

0 интервала скважины, скорости V подъема тампонажного устройства и других параметров, входящих в соотношение, для чего нижняя часть контейнера 12 содержит набор съемных патрубков 24, а перепускной патру5 бок 13 содержит набор съемных патрубков 25.

Для обеспечения возможности регулирования величины полезного гидравлического сопротивления (подпора) на пути

0 движения тампонажного раствора вниз от сливных отверстий 17 по затрубному пространству 23 в зависимости от вязкости используемого тампонажного раствора, степени разработки ствола скважины (уве5 личения ее диаметра в процессе проводки е сравнении с начальной величиной указанного диаметра) и других факторов нижняя часть контейнера 1 под днищем 22 соединена с составным патрубком 26, с полостью

0 которого гидравлически связаны отверстия 19. В целях повышения полезного гидравлического сопротивления (подпора) на пути движения тампонажного раствора по затрубному пространству 23 вверх и вниз от

5 сливных отверстий 17 на нижней части 12 наружной поверхности контейнера 1 вниз от заборных отверстий 16 до сливных отверстий 17 (включая патрубки 25) и от последних до нижнего конца патрубка 26 могут быть выполнены кольцевые проточки 27, которые вместе со стенками скважины создают эффект лабиринтного уплотнения, уплот- нительные свойства которого возрастают с увеличением длины кольцевого затрубного пространства 23 (от заборных отверстий 16 до сливных отверстий 17 и от последних до нижнего конца устройства), вязкости тампо- нажного раствора и степени шероховатости стенок ствола скважины, а также с уменьшением степени разработки последнего.

При использовании быстросхватываю- щихся тампонажных растворов в рабочую полость 4 (фиг. 3) может быть залита нейтральная по отношению к тампонажному раствору жидкость 28 (например, буровой раствор, различного рода эмульсии, смазочный материал и т.п.), объем которой достаточен для замещения данной жидкостью тампонажного раствора, остающегося в нижней части 12 и патрубках 24, в конце рабочего хода поршня 2. Благодаря этому исключается схватывание указанного тампонажного раствора при подъеме устройства на поверхность. При необходимости исключения смешения жидкости 28 с тампо- нажным раствором между ними может быть установлен разделитель 29 (например, пыж из тряпок, ветоши и т.п. материалов). В целях упрощения конструкции и изготовления гидравлического разделения потоков буро- вого и тампонажного раствора его патрубки 18 могут быть заменены прямоугольными или цилиндрическими стержнями (фиг. 3-5) (например из проволоки), изогнутыми в соответствии с формой сливных отверстий 17 и сливных отверстий 30 в нижней части 12 и прикрепленными (например, сваркой) к сливному патрубку 13 и нижней части 12 п периметру указанных отверстий с обеспечением полной герметичности стыков.

Пульсатор 5 может иметь различное конструктивное исполнение. Он может быть выполнен, например, в виде струйного пульсатора (фиг. 6, 7), размещенного над контейнером и содержащего помимо верх- него переходника 6 с подводящим каналом 7 и нижнего переходника 8 с выходным каналом 9 также размещенные внутри осевого канала корпуса 1 питающее сопло 31 с корпусом 32 и приемное сопло 33, выполнен- ное в переходнике 8, при этом питающее сопло 31 сообщается с подводящим каналом 7 верхнего переходника 6 с помощью патрубка 34, соединенного с корпусом 32 питающего сопла, а приемное сопло 33 - с надпоршневой полостью 3. Корпус 32 питающего сопла 31 соединен с переходником 8 при помощи центрального стержня 35, а сопла 31 и 33 установлены соосно друг с другом и эксцентрично относительно оси

устройства с образованием между ними межсопловой полости 36, в которой размещен дефлектор 37 с отверстиями 38, снабженный патрубком 39, соединяющим его с верхним переходником 6. При этом из межсопловой полости 36 выполнены сливные отверстия 40, верхний конец контейнера 1 опирается через подшипник 41 на патрубок 39 дефлектора 37, а для исключения утечек жидкости по зазору между патрубками 34 и 39 в полость 36 между указанными патрубками установлено уплотнение 42, поджимаемое пружиной 43. Для облегчения доступа тампонажного раствора к тампонируемым стенкам ствола скважины по всему ее поперечному сечению в контейнере 1 может быть выполнено два и более рядов радиаль- ных сливных отверстий 17 (фиг. 6, 8, 9) и соответственно патрубков 18с таким расчетом, чтобы участки поверхности стенок ствола скважины, находящиеся в стороне от сливных отверстий, оказались в процессе подъема устройства при -тампонировании скважины в зоне сливных отверстий 17 верхнего ряда. Кроме того, устройство может быть снабжено сигнализатором окончания рабочего хода поршня 2, оповещающим бурового мастера об окончании процесса тампонирования (не показано).

Тампонажное устройство работает следующим образом.

На поверхности производят сборку нижней части устройства. При этом в соответствии с приведенным выше соотношением определяют требуемую величину расстояния h между сливными 17 и заборными 18 отверстиями и устанавливают требуемое количество съемных патрубков 24 и 25, обеспечивающих указанную величину h в устройстве, а на нижнюю часть 12 устанавливают требуемое количество съемных патрубков 26, число которых увеличивают при использовании тампонажного раствора с пониженной вязкостью или при большой степени разработки ствола скважины в тампонируемом интервале. После этого заправляют рабочую полость 4 тампонажным раствором и опускают устройство в скважину на колонне бурильных труб к нижней границе тампонируемого интервала. Затем включают буровой насос и нагнетают промывочную жидкость по колонне бурильных труб в подводящий канал 7 пульсатора 5 (фиг. 1), преобразующего подводимый к нему поток статического давления в силовые гидравлические импульсы давления в выходном канале 9 пульсатора. Применительно к струйному пульсатору, представленному на фиг. 6, 7, указанное преобразование статического потока в импульсный осуществляется следующим образом.

Приводят во вращение с заданными оборотами буровую колонну, вращающую верхний переходник 6 пульсатора. От переходника 6 через патрубок 39 вращение передается дефлектору 37. Одновременно с этим на выходе питающего сопла 31 в меж- сопловой камере 36 формируется мощная турбулентная затопленная струя, направленная в сторону приемного сопла 33. В процессе вращения дефлектора 37 струя периодически попадает через его отверстия 38 в приемное сопло 33. При каждом попадании струи в сопло 3 на его выходе и, соответственно, в надпоршневой полости 3 формируется импульс давления, а в периоды, когда струя пересекается дефлектором

37и не попадает в сопло 33, жидкость, попадающая в полость 36 из сопла 31, сливается из нее через сливные отверстия 40 в затрубное пространство скважины. В результате подводимый к устройству поток промывочной жидкости постоянного давления трансформируется с помощью пульсатора в пульсирующий поток, частота которого равна частоте вращения буровой колонны, умноженной на число отверстий

38в дефлекторе 37.

Формируемые в надпоршневой полости 3 (фиг. 1) гидравлические импульсы передаются через поршень 2 тампонажному раствору в рабочей полости 4. Под действием импульсного давления со стороны тампо- нажного раствора заглушка 21 опускается на днище 22, после чего тампонажный раствор совершает импульсное движение через патрубки 18 и сливные отверстия 17 в кольцевое затрубное пространство 23 скважины 15, заполняя трещины, поры и каверны, имеющие место в горных породах тампонируемого интервала скважины (направление движения тампонажного раствора отмечено на фиг. 1 пунктирными стрелками). Одновременно с вытеснением тампонажного раствора в затрубное пространство 23 тампонажное устройство поднимают вверх по стволу скважины. При этом свободное пространство, образующееся под тампонажным устройством в процессе его подьема, заполняется буровым раствором, который забирается из затрубного пространства через заборные отверстия 16 и перепускается по кольцевому каналу 14 и через отверстия 19 под тампонажное устройство (направление движения бурового раствора отмечено на схеме сплошными стрелками). Благодаря этому исключается эжекция тампонажного раствора из затрубного пространства 23 под тампонажное устройство. При подъеме тампонажного устройства, имеющего один ряд сливных отверстий 17 (фиг. 1. 3), контейнер 1 может приводиться во вращение в случае, если

конструкция пульсатора 5 допускает совместное его вращение с верхним переходником 6. Подъем устройства с вращением обеспечивает при одним ряде сливных отверстий 17 их прямое сообщение со стенками скважины по всей площади ее ствола в интервале тампонирования, чем достигаются равные условия для проникновения тампонажного раствора в трещины, поры и каверны по всей площади ствола тампонируемого интервала скважины. Тампонажный раствор, попавший в затрубное пространство 23, не успевает за время подь- / ема устройства подняться до уровня заборных отверстий 16 и закупорить их, что

достигается за счет удаления при монтаже устройства заборных отверстий 16 от сливных отверстий 17 на расстояние h, определяемое приведенным выше соотношением, а также за счет выдержки скорости подьема

устройства.

Формула изобретения

1. Тампонажное устройство, включающее контейнер с патрубком в нижней части, днищем, установленным над последним, сливными отверстиями над днищем, поршнем, разделяющим контейнер на надпорш- невую полость и рабочую полость с

тампонажным раствором, и заглушкой в нижней части над сливными отверстиями, и установленный над контейнером пульсатор с выходным каналом, гидравлически связанным с надпоршневой полостью, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет обеспечения возможности тампонирования с подъемом устройства по стволу скважины, оно снаб- - Жено наружным перепускным патрубком,

установленным коаксиально контейнеру в нижней его части над сливными отверстиями с возможностью образования кольцевого канала, гидравлически связанного с полостью патрубка, при этом в перепускном

патрубке в верхней части выполнены радиальные заборные отверстия на расстоянии h от сливных отверстий, определяемом по формуле

55

h H

4(Q-а) ;

7rV(D2-d2)

где Н - протяженность тампонируемого интервала скважины;

Q - объемная подача тампонажного раствора в единицу времени через сливные отверстия;

От- объемный расход тампонажного раствора в единицу времени, идущий на заполнение трещин, пор и каверн тампониру- емого интервала:

V - скорость подъема тампонажного устройства;

D - диаметр скважины;

d - наружный диаметр перепускного патрубка,

2.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что перепускной патрубок и часть контейнера на уровне последнего выполнены составными по длине.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что патрубок выполнен составным подлине.

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение эффективности работы за счет обеспечения возможности тампонирования с подъемом устройства по стволу скважины. Для этого коаксиально контейнеру в нижней его частихад сливным отверстием установлен наружный перепускной патрубок с возможностью образования кольцевого канала, гидравлически связанного с полостью патрубка. В патрубке в верхней части выполнены радиальные заборные отверстия. Расстояние между отверстиями определяют по математической формуле Патрубок и часть контейнера на уровне последнего выполнены составными по длине. Подъем устройства с вращением обеспечивает при одном ряде сливных отверстий их прямое сообщение со стенками скважины по всей площади ее ствола в интервале тампонироьания, чем достигаются равные условия для проникновения тампо- нажного раствора в трещины, поры и каверны по всей площади ствола тампонируемого интервала скважины. Тампонажный раствор, попавший в затрубное пространство, не успевает за время подъема устройства подняться до уровня отверстий и закупорить их, что достигается за счет удаления при монтаже устройства заборных отверстий от сливных отверстий на определенное расстояние 2 з.п. ф-лы, 9 ил. v V Ё

А

Фиг. 3

видб

4-

«Ni

- «s

Ik & § E

4j f

Ц ъ«

m iijbi7,

lA- ; w Л Л Al-fru//// // /sssrsss/sr/sstn Ltm

k

Ik & § E

Ц ъ«

7,

y Vjy j yyyxx r/x| I

г - г

1

Фиг 7

л-л

13

Фиг. в

flue 9