Устройство для создания призабойной циркуляции промывочной жидкости Советский патент 1980 года по МПК E21B21/00 

ратной промывки на прямую без подъема бурильной колонны.

Указанная цель достигается тем, что поршень насоса выполнен дифференциальным с кольцевым выступом на боковой поверхности и имеет на нижнем торце тягу с гибкой связью для открытия всасывающего клапана при крайнем нижнем нерабочем положении поршня, а ЦИЛИНДР насоса имеет на внутренней

поверхности кольцевой выступ, в котором выполнен выхлопной канал, и Г-образный кронштейн, установленный ниже поршня, причем поршень установлен с возможностью взаимодействия в крайнем нижнем нерабочем положении своим выступом с выступом цилиндра и перекрытия им выхлопного канала, а нагнетательным клапаном - с кронштейном цилиндра и возможностью открытия его в этом положении, а также тем, что привод выполнен в виде установленного на сальнике-вертлюге гидравлического поршневого двигателя, с клапанно-дроссельным распределением рабочей жидкости и поршнем, соединенным с гибкой связью для привода поршня насоса, причем клапан поршневого двигателя имеет дросселирующий канал, а подпоршневая полость его сообщена с бурильной колонной.

На фиг. 1 изображено устройство, в разрезе; на фиг. 2 - заглушка двигателя для перехода на прямую промывку.

Устройство состоит из нижней части 1 колонны бурильных труб, поршневого дифференциального насоса И , верхней части iTi бурильных труб, гидродвигателя ly , установленного на сальнике-вертлюге.

Нижняя часть I колонны бурильных труб на одном конце снабжена колонковой трубой 1 с породоразрушающим инструментом, шламовой трубой 2 и ишамопроводящей трубкой 3, на другом конце - переходником 4 погружного насоса У .

Поршневой дифференциальный насос И представляет собой цилиндрический корпус 5, внизу соединенный с переходником 4, а вверху - с переходником 6. Внутри корпуса концентрично размещен подвижной шток-поршень 7, который уплотнен в кольцевом приливе 8 корпуса. Иток-поршень снабжен стержнем 9 меньшего сечения, заканчивающегося пикообразной головкой 10 и промывочными каналами 11. В средней части шток-поршень снабжен наружным кольцевым приливом 12, а в нижней - клапаном 13. К торцу штокпоршня снизу приклеплена тяга 14, соединенная с одним концом гибкой связи 15, навешенной на свободно вращающийся ролик 16, ось которого скреплена с Корпусом 5. Другой конец гибкой связи соединен с клапаном 17 насоса.

Корпус в средней части снабжен кольцевым приливом 18 с выхлопными промывочными каналами 19, а в нижней - г-образным кронштейном 20, скрепленным с ним.

Верхняя часть ш бурильных труб внизу соединена с переходником 6, а вверху с квадратной (ведущей) штангой 21. Эта часть бурильных труб должна иметь проходное отверстие, позволяющее пропускать ловитель 22 чер бурильные трубы. Такими трубами могут быть бурильные трубы с приваренными замками диаметром 63,5 и 73 мм, а также трубы, применяемые при бурении со съемными керноприемниками, которые обеспечивают движение ловителя через бурильную колонну.

Ловитель 22 нижним концом соединен с пикообразной головкой 10, а верхним - с гибкой связью (тросом) 23. Выше ловителя в створе троса устновлено шарнирное соединение 24. Далее трос проходит через бурильные трубы, квадратную штангу 21, сальниковую свечу 25 и скрепляется с поршнем 26.

Трос ниже штанги 21 снабжен быстроразъемным соединением 27.

Гидродвигатель W скреплен с корпусом сальника-вертлюга 28. Гидродвигатель представляет собой цилиндрический корпус 29, внутри которого в кольцевом приливе 40 уплотнен шток 31, внизу заканчивающийся поршнем 26. Выше кольцевого прилива 30 корпус 29 снабжен клапаном 32, на который он опирается. Вверху тарельчатый клапан 32 заканчивается штоком 33, уплотненным в крышке 34 корпуса 29. Для подачи промывочной жидкости от наземного насоса в гидродвигатель и последний снабжен ишангом 35,а для слива рабочей и откачиваемой жидкостей гидравлическая полость корпуса сальника-вертлюга 28 снабжена сливным шлангом 36, заканчивающимся дросселирующей насадкой 37 (или регулировочным краном для слива жидкости). В клапане 32 выполнен дросселирующий канал 38. Устройство содержит также заглушку 39 для перехода на прямую промывку.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

При нагнетании воды поверхностным насосом через шланг 35 в верхнюю полость корпуса 29 гидродвигателя у жидкость поступает через кольцевой зазор, образованный тарельчатым клапаном и верхним торцом штока 31, в его внутреннюю полость, затем в полость сальника-вертлюга 28, свечу 25, штангу 21, бурильные трубы , переходник 6 и заполняет верхнюю полость корпуса 5 насоса (выше кольцевого прилива 8). При этом прокачиваемая рабочая жидкость изливается через дросселирующий насадок 37. В полости корпуса гидродвигателя iv создается давление, которое воздействует на клапан 32, перемещая его в вер нее положение давлением снизу. Поршень 26 гидродвигателя оказывается нагруженным давлением сверху на площадь кольцевого сечения штока 31 и снизу на площадь поршня 26. Создается подъемная сила, равная разности площадей штока и поршня. Начинается подъем штока 26, проис ходящий до соприкосновения штока 31 с клапаном 32, при этом канал штока 31 перекрывается. В то же время происходит перераспределение действия усилий. Клапан 32, будучи прижат дав лением к торцу штока 31, оказывается под действием усилия вниз, равного давлению внутри верхней части корпуса гидродвигателя iv на разность пло щадей штока 33 и тарельчатого клапана 32. Действие усилия на клапан вверх прекращается. Шток 31 вместе с клапаном 32, получив нагрузку, действующую сверху, перемещаются вниз. При этом клапан проходит меньший путь, так как он задерживается своими косы ками на кольцевом приливе 30, а шток 31 вместе с поршнем 26 по инерции проходит больший путь. В момент отры ва клапана от торца штока клапан и поршень получают нагрузку снизу, перемещаются вверх, и цикл работы по вторяется. Для уменьшения гидравличе кого удара в корпусе 29 клапан 32 снабжен дросселирующим каналом (байпасом) 38. возвратно-поступательное движение поршня гидродвигателя передается шток-поршню 7 дифференциального насоса: вверх - давлением жидкости внутри корпуса гидродвигателя на разность площадей шток-поршня 7, уплотненного в кольцевом приливе 8, и поршня 26 гидродвигателя (за вычетом сечения штока 31) через гибкую связь 23; вниз - давлением жидкости на верхнюю часть шток-поршня 7, вытесняемой поршнем 26 из корпуса гидродвигателя IV через дросселирующую насадку 37. При движении шток-поршня 7 вверх происходит всасывание жидкости из скважины в нижнюю полость корпуса насоса 1Г через клапан 17 и нагнетание находящейся над поршнем жидкости через каналы 19 в скважину. При движении шток-поршня насоса вниз происходит также нагнетание жидкости через клапан 13, каналы 19 в скважину за счет вытеснения верхней частью шток-поршня, погружающегося через кольцевой прилив 8 в среднюю часть (полость) корпуса насоса. Таким образом, обеспечивается непрерывная циркуляция промывочной жидкости в буровой скважине. При необходимости создания прямой промывки приподнимают буровую колонну до выхода из устья скважины нижнего конца :ведущей: штанги, ставят на кондуктор подкладную вилку для удержания буровой колонны и отсоединяют ведущую штангу. Затем в створе между ведущей трубой и верхней частью буровой колонны разъединяют гибкую связь на быстроразъемном соединении 27 и в створ гибкой связи включают мерный тросик, после чего буровой снаряд соединяют с ведущей штангой и опускают на забой. Затем из корпуса 29 необходимо вывинтить крышку 34 вместе с штоком 33, и вместо крышки 34ввинчивается в корпус 29 заглушка 39 (см. фиг. 2). При нагнетании жидкости грязевым насосом через шланг 35шток-поршень 7 получает дополнительный ход вниз (за счет удлинения гибкой связи мерным тросиком), в результате чего в кольцевом приливе В образуется кольцевое сечение, через которое жидкость начинает поступать в верхнюю полость корпуса насоса, а оттуда через каналы 11 во внутреннюю полость шток-поршня 7, но так как при перемещении шток-поршня вниз клапан 13 отрывается от своего посадочного места Г-образным кронштейном 20, а клапан 17 - тягой 14 через гибкую связь, соединяющую клапан и тягу, то жидкость из внутренней полости шток-поршня через открытые клапаны 13 и 17 поступает в переходник 4, а оттуда по колонне бурильных труб I на забой скважины. Каналы 19 в это время перекрыты кольцевым приливом 12. При переходе вновь на обратную промывку все операции производятся в обратной последовательности, т.е. удаляются заглушка 39 и мерный тросик. В случае нapallЦ вaния бурильной колонны на место мерного тросика включается другой мерный тросик, равный длине наращиваемой трубы. Спуско-подъемные операции осуществляются следующим образом. Спуск буровой колонны вместе с погружным насосом производится обычным способом. По окончании ее спуска она удерживается на подкладной вилке, установленной на кондуктор обсадной трубы. Затем в буровую колонну |ff опускается гибкая связь с захватом ловителем) 22, который соединяется с пикообразной головкой 10, после чего верхний конец гибкой связи соединяют с ее отрезком, находящимся постоянно в ведущей штанге, при помощи быстросъемного соединения 27, и в заключение ведущую штангу соединяют с буровой колонной, устройство готово к работе. Подъем буровой колонны и гибкой,связи производится в обратной последовательности с одной лишь разницей, состоящей в том, что после отсоединения ведущей трубыfmTaHrHj21 от буровой колонны и отсоединения от гибкой связи 23 ее отрезка, находящегося в ведущей трубе, на гибкую связь 23 одевается освобождающая труба 40 и сбрасывается в буровую колонну, которая, освободив захват от пикообразной головки, извлекается на поверхность вместе с гибкой связью и захватом. В дальнейшем приступают к извлечению всей буровой колонны в обычном порядке.

Наращивание буровой колонны производится в обычном порядке, причем одновременно с этим производят наращивание гибкой связи мерным отрезком каната, снабженного на концах соединительным элементом. Этот отрезок дол жен быть равным длине наращиваемой трбы. Отрезок троса наращивают в створе быстроразъемного соединения 27. Возможное несоответствие наращиваемого тросика длине наращиваемой трубы на нормальной работе устройства не отражается, так как ход штока-поршня 7 и поршня 26 в любом случае будет постоянным, а клапан 13 удален от Г-образного кронштейна 20 с учетом погрешностей, связанных с несоответствием нара1гдиваемого тросика и штанги.

Для спуска и подъема гибкой связи 23 применяется ттебедка, используемая при бурении скважин со съемными карноприемниками.

Применение устройства для создания призабойной циркуляции промывочной жидкости выгодно отличает его от прототипа, так как создается возможность обеспечения беспрерывной призабойной циркуляции промывочной жидкости без потерь рабочей жидкости и многократного перехода в случае возникновения в скважине осложнений с обратной промывкой на прямую и наоборот без подъема буровой колонны из скважины.

Формула изобретения

1. Устройство для создания призабойной циркуляции промывочной жид- .

кости, включающее одинарную бурильну колонну, сальник-вертлюг и погружной насос, связанный через гибкую связь, например трос, с приводом на поверхности и содержащий цилиндр с всасывающим клапаном и выхлопным каналом и поршень с нагнетательным клапаном, отличающееся тем, что, с целью обеспечения многократного перехода с обратной промывки на прямую без подъема бурильной колонны, поршень насоса выполнен дифференциальным с кольцевым выступом на боковой поверхности и имеет на нижнем торце тягу с гибкой связью для открытия всасывающего клапана при крайнем нижнем нерабочем положении поршня, а цилиндр насоса имеет на внутренней поверхности кольцевой выступ, в котором выполнен выхлопной канал, и Г-образный кронштейн, установленный ниже поршня, причем пораиень установлен с возможностью взаимодействия в крайнем нижнем нерабочем положении своим выступом с выступом цилиндра и перекрытия им выхлопного канала, а нагнетательным клапаном - с кронштейном цилиндра и возможностью открытия его в этом положении.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод выполнен в виде установленного на сальнике-вертлюге гидравлического поршневого двигателя с клапанно-дроссельным распределением рабочей жидкости и поршнем, соединенным с«гибкой связью для привода поршня насоса, причем клапан поршневого двигателя имеет дросселирующий канал, а поршневая полость его сообщена с бурильной колонной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 150803, кл. Е 21/00, 1962.

2.Волков А.С. и Волокитенков А.А. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. М., Недра, 1970, с. 110-112, рис. 44 (прототип) .