Стенд для исследования процесса выноса шлама при бурении нисходящих скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B21/14 

t

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для исследования процесса выноса буровой мелочи при бурении скважин и шпуров в горных породах - ,5

Известен стенд для изучения закономерностей распределения воздушных потоков в зоне долота, состоящий из большой и малой труб, торцовой крышки, разделяющего диска, позволяющей Ю трубы, шарошечного долота и штуцеров для подключения измерительных приборов tl

Однако данный стенд предназначен только для исследования распределе- j ния воздушных потоков в прйзабойной -зоне скважины и для измерения аэродинг1мических сопротивлений различных каналов долота-.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является стенд для испытаний шарошечных долот, состоящий из буровой штанги с долотом, размещенных в цилиндре, имитирующем 25 скважину, системы для передачи давления на долото, системы подачи давления на долото, системы подачи очищающего агента, стола, расположенного под,долотом, системы вращения и ЗО

бункера-питателя стенда буровой мелочью 2j .

Однако на данном стенде возможно определять лишь работоспособность опор шарошечных долот в условиях их отработки d применением различных видов и расходов очищающего агента . и определение аэродинамических характеристик долот.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стенда, т.е. обеспечение возможности исследования параметров, характеризующих выносную способность потока, удаляю1дего буровую мелочь в процессе бурения скважин.

Это достигается тем, что стенд снабжен устройством, имитирующим забой скважины, выполненным в виде корпуса, изготовленного из прозрач20ного материала, с внутренней камерой цилиндрической формы, в нижней части которой установлена с возможностью перемещения вдоль камеры крышка, на которой смонтирован датчик давления, при этом устройство, имитирующее скважиму, выполнено из труб, соединенных посредством втулок, и снабжено консольно закрепленными на указанных втулках электромеханическими

яатчиками/ канщый из которых выполнен в виде трех упругих пластин с тензорезисторами и свободно регулируемьми по длине с помощью приспособления для натяжения нитями, причем свободные ,концы указанных нитей размещены внутри труб, имитирующих скважину, перпендикулярно оси и соединены в одной точке затрубного про странства имитированной скважины.

С целью имитации каверн внутри скважины бурильная колонна снабжена втулками различного диаметра, установленными в местах соединения труб.

Кроме того, расширение функциональных возможностей стенда достигается за счет того, что устройство, имитирующее скважину, снабжено манометром для контроля давления в затрубном пространстве, устройство для подачи очищающего агента снабжено смсителем, а устройство, имитирующее забой скважины, снабжено термометром

Ка фиг.1 изображен стенд для исследования процесса выноса шлама при бурении нисходящих скважин, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2.

Стенд содержит раму 1, закрепленное на ней устройство, имитирующее скважину, состоящее из стеклянных труб 2, соединенных втулками 3, на которых закреплены регистрирующие давление манометры 4 и электромеханические датчики 5, которые содержат три консольно закрепленные пластины 6 с наклеанными тензорезисторами 7, нити 8, регулируемые по длине с одной стороны механизмами 9 регулировки натяжения, а с другой соединенные в точке 10 затрубного пространства. Трубы 2, имитирующие скважину, в нижней части опираются на устройство 11, имитирующее забой, на котором установлен для подачи в забой буровой мелочи бункер-питатель 12, термометр 13 и датчик действующих на забой силр 14. Вверху трубы 2 вставлены в головку 15, на которой смонтирован привод вращения 16 и механиз подачи 17, служащий для подачи в забой 11 труб 18 бурильной колонны, соединенных втулками 19, и коронки

20.На трубах 18 установлено устройство для подвода очищающего агента состоящее из подводящей магистрали

21,расходомера 22, манометра 23 и смесителя 24 для подачи в воздух жидкости.

Стенд работает следующим образом.

Среда, удаляющая буровую мелочь (воздух, вода или воздущно-водяная CMecbj , подается по стрелкеБ через муфту 25, бурильную колонну и коронку 20 в забой 11, куда из бункерапитателя 12 одновременно подается регулируемое количество буровой мелочи . Смесь удаляющей среды и буровой мелочи поднимается по затрубному про;странству внутри труб 2 в головку ,15 1и удаляется в приемный бункер 26 по трубе 27. В процессе прохождения смеси манометрами 4 регистрируется изменение давления по длине скважин, а так как трубы 2 и устройство, имитирующее забой 11,выполнены из прозрачного материала, прохождение смеси можно регистрировать на киноплен- ку. Для приближения моделированного процесса к реальному бурильная колонна приводится во вращение и подается на забой механизмом подачи 17.

Регулируя процентное содержание воздуха и жидкости, подаваемое в стенд, определяется смачиваемость буровой мелочи, скорость потока, при которой начинается массовый подъем шлама, влияние конструктивного расположения отверстий в коронках бурового инструмента на эффективност очистки забоя скважины, силы действи потока на забой, влияние концентраци шлама на подъемную силу потока и температуру удалякадей среды у забоя скважин.

Изменяя на отдельных участках диаметр втулок 3 и труб 2, определяется влияние каверн, т.е. расщирений,скважин на выносную способность потока.

Для определения величины подъемных сил, действующих на частицы буровой мелочи, коэффициента подобия частиц шлама, критической скорости удаляющего потока и закономерности распределения скорости потока по поперечному сечению затрубного пространcj-TBa служит электромеханические датчики 5, работающие следующим образом

Точку 10 соединения нитей перемещают механизма.ш 9 регулировки натяжения в необходимое место затрубного пространства и закрепляют в ней частицу буровой мелочи необходимых размеров и формы. Поток, протекающий в затрубном пространстве, воздействует на чистицу и, следовательно, через нити 8 на пластины б с наклеенными тензорезисторами 7 и деформируем их. Величина деформации, пропорциональная силам действия потока, регистрируется через тензорезисторы 7 осциллографом.

Формула изобретения

1. Стенд для исследования процесса выноса шлама при бурении нисходящих скважин, включающий устройство, имитирующее скважину, бурильную колону с коронкой, привод вращения и подачи бурильной колонны, устройство для подачи очищающего агента, бункерпитатель стенда буровой мелочью, отличающий,с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей, стенд снабжен устройством и 5итиpyющим забой скважины, выполненным в виде корпуса, изготовленного и

прозрачного материала, с внутренней камерой цилиндрической форь--&з, в нижней части которой установлена с возможностью перемещения вдоль камеры крышка, на которой смонтирован датчик давления, при этом устройство, имитирующее скважину, выполнено из труб, соединенных посредством втулок, и снабжено консольно закрепленвымя на указанных втулкзж электромеханическими датчиками, каждый из.которых выполнен в виде трех упругих опастин с тензорезисторами.и свободно регулируемыми по длине с помоо ью приспособления для натяжения нитями, причем свободные конща указанных нитей размещены внутри труб, имитирующих скважину, перпендикулярно оси и соединены в одной точке затрубного пространства имитированной скважины.

2. Стенд ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью имитации каверн внутри скважины, бурильная колонна снабжена втулками различного диаметра, установленными в /местах соединения труб.

3.Стенд по ПП.1 и 2, отличающийся тем, что устройство, имитирующее скважину, снабжено манометром для контроля давления в затрубном пространстве.

4.Стенд по пп.1-3, отличающийся тем, что устройство для подачи очищаквдего агента снабжено смесителем.

5.Стенд по пп.1-4, отличающийся тем, что устройство,имитирующее забой скважины, снабжено термометром.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

1.Кутузов Б,Н., Михеев И.ППкэвмотранспортные и обеспылив акмцие систеьИ буровых станков на карьерах, М. , Недра, -1970, с.93.

2.Авторское свидетельство СССР

0 № 295855, кл.В 21 В 9/10, 15.07.69 (прототип).

Воздух

iu9KOCfnt

f

puz.Z