Устройство для бурения скважин Советский патент 1981 года по МПК E21B21/00 

1

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть йспользо- вано при проходке скважин в разрезах, осложненных наличием каверн большого размера и зон поглощений промывочной жидкости, созданлдих благоприятные условия для накопления шлама в стволе, и, тем самым, препятствующих выносу его из скважины на поверхность.

Известно устройство для бурения скважин, предназначенное для очистки каверн радиапьно-направленной струей промывочной жидкости, истекающей из одной гидромониторной насадки, смонтированной в переводнике с заглушенным нижним концом, установленным на нижнем конце бурильной колонны и располагаемом напротив каверны в стволе скважины СП- Однако это устройство дает возможность вымывать шлам только из участка каверны, расположенного непосредственно в зоне действия гидромониторной струи. При

ЭТОМ подавляющая часть вымываемого шлама не выносится на поверхность в восходящем потоке жидкости, а создает в нижерасположенном участке ствола скважины, В дальнейшем при попытке его удаления путем разбуривания долотом с обычной (.или усиленной) промывкой шлам вновь осаждается в этой же каверне и после прекращения циркуляции жидкости выпадает в ствол с образованием шламового стакана, вызывающего осложнения при дальнейшей проходке скважины.

Известно устройство для бурения скважин, включающее долото, переводник вала, забойный двигатель, шламоуловитель и бурильные трубы, обеспечивающее вынос накопившегося в стволе и в кавернозной его части, шлама, принцип действия которого основан на перепаде скоростей восходящего потока промывочной жидкости в скважине 2, 3 Однако применение этого устройства в кавернозном стволе скваясины является малоэффективным. Оно не обеспечивает удаление шлама из участ ка ствола, находящегося ниже шламо- уловителя, расположенного над забойным двигателем. Поскольку объем шламоуловителя имеет ограниченнута длиной бурильной трубы) величину, для удаления шлама приходится делать несколько рейсов. Кроме того, удаление шлама из шламоуловителя на по.верхности представляет, значительную трудность. Известно также устройство для бурения скважин, включающее бурильную колонну с породоразрушающим инструментом и узел промывки, установленный над породоразрушаюш;им инструментом и имеющий два ряда насадо насадки одного из которых расположены горизонтально, а другого - расположены выше первого, направлены ввер под углом к оси узла промывки и перекрыты подпружинфгной втулкой . В данном устройстве при бурении скважины промывочная жидкость поступает К породоразрушающему инструменту|и к насадкам горизонтального ряда осуществляя вымыв ,шлама из кавернозных участков ствола сКважины. В случае, когда промывка затрудняется в результате накопления большого количества шлама.-на забое, бросается бро совый 1слапан, который садится на втулки и смещает её вниз, тем самым открываются насадки,направленные вверх,и перекрываются насадки гориз тального ряда. Там осуществляется размыв осевшего шлама. Недостатком данного устройства является то, что при использовании гидравлических забойных двигателей для вращения долота, усложняется процесс промывки, т.к. утечки жидкости из шпинделя забойного двигате ля действуют вниз навстречу восходя щему потоку, и, тем саьадм, уменьшается скорость восходящего потока и его выносная способность. Целью настоящего изобретения является повьш1ение эффективности промывки в процессе бурения забойными гидравлическими двигателями за счет предотвращения влияния утечек из дв гатели на ВОСХОДЯ1ЦИЙ поток промывоч ной жидкости. 14 Указанная цель достигается тем, что насадки первого и второго рядов гидравлически сообщены между собой в момент бурения, а угол наююна насадок второго ряда равен 65-75 . Принципиальное отличие удаления шлама из сквалшны с применением данного устройства от известных сое- тоит в благодаря вращению узла промывки с двумя рядами насадок, из которых истекают струи промывочного агента, создаются основной и вспомогательный гидравлические экраны в радиальном направлении и под углом к оси скважины, с помощью которых не только вымывается шлам из всего объема каверн (j-sa расстоянии действия напора струи), но и обеспечиваются условия, препятствующие осаждению шлама в нижерасположенный ствол скважины и способствующие транспортированию его на поверхность. Нижний ряд насадок узла промывки, выполненньш радиально {или тангенциально ) под углом 90° к оси устройства, создает основной гидравлический экран, вымывающий шлам из каверн и способствующий выносу его на поверхность. Верхний ряд насадок, выполненный под углом 65-750 к оси устройства, образует вспомогательный гидравлический экран, защищающий основной гидравлический экран от воздействия утечек (струй) из ниппеля забойного двигателя и формиру5ощий направление потока промывочной жидкости вверх. Кроме того, с целью поддержания высокой плотности гидравлических экранов, промывочные отверстия в породоразрушающем инструменте могут быть выполнены меньшего (против обычного) диаметра (согласно расчету), Через уменьшенные отверстия небольшая часть промывочного агента направляется к забою для его очистки и охлаасдения инструмента при разбуривании осадка шлама в стволе и для предупреждения осагодения небольшой части шлама, способного оказаться ниже действия основного гидравлического экрана, , а таюке для более эффективного формирования потока промывочного агента вверх. Количество насадок в узле промывки устройства и породоразрушающем инструменте и их диаметры определяются расчетным путем в зависимости от расхода промывочного агента. Рас ход агента определяет скоростной напор струй и скорость вращения вала забойного двигателя и, как следствие , эффективность удаления шлама из каверн и зашламованной призабойной зоны. На фиш.1 изображеноустройство и схема работы его в скважине; на фиг.2 показаны некоторые геометрические ,параметры устройства и скважины, определяющие эффективность действия устройства. Устройство для бурения (фиг.1) содержит породоразрушающий инструмент , узел промывки 2 с двумя рядами насадок; нижними 3 и верхними А, переводник вала двигателя 5, щабойный двигатель 6 и бурильную колонну 7, Операцию по удалению шлама из скважины, включая шламовый стакан 8 и осадок шлама в кавернозном учас ке ствола 9, прризводят следующим образом. Устройство спускается в скважину до головы пшамового стакана 8. Пос ле этого создают циркуляцию промывочного агента, а следовательно,и гидравлические экраны Ю и П. На равления потоков промывочного, агент при этом в стволе скважины, ванные промывочными насадкаьш 3 и i промывочного узла 2 и инструмента 1, показаны на чертеже стрелками. После этого разбуривают шламовый стакан 8 в стволе (ниже кавернозно го участка 9) до забоя и, не превра щая циркуляции, медленно перемещают бурильную колонну 7 вверх на макси мально допустимую высоту, по возможности таким образом, чтобы гидравлические экраны 10 и 11 переместились выше кавернозного участка ствола до части скважины номинального диаметра При этом создаваемые гидравлические экраны, перемещаясь вверх вдоль кавер 1озного участка ствола, очищают его от шлама и способствуют транспор тированию последнего вверх по стволу скважины на поверхность. Следует отметить, что лучший вынос шлама при этом обеспечивается при использовании в качестве промывочного агента аэрированной жидкости Принципиально данное устройство может использоваться в сочетании с любыми типами забойных двигателей. 1« Поскольку дополнительный экран должен направить поток, обусловленный утечками из шпинделя забойного двигателя, в кольцевой зазор между корпусом двигателя и стенкой скважины,, величина угла о:/ между осями отверстия 4 и дополнительного переводника 2 может быть определена из следующего соотнощения: , И-Г, 0 -arotp -, 4(,t I где D - номинальный диаметр скважины , мм; D - наружный диаметр корпуса забойного двигателя, мм; - - расстояние между нижними торцами ниппеля забойного двигателя б и переводника вала двигателя 5, мм; Д& - величина, определяемая конструктивными особенностями устройства, А 8 100-200 MM-J d - диаметр отверстия, 4 мм. При с тдествующнх требованиях к величине технологически необходимого .зазора между.забойным двигателем и стенкой скважины, а та1сже геометрических параметрах применяемых двигателей, величина CL должна находиться в пределах 65-75 . К примеру, для турбобура ЗТСШ-240 и долота диаметром 295 мм ОС 7l-20, Использование настоящего устройства для бурения скважин выгодно отличается от указанного прототипа, так как оно просто в изготовлении, может быть выполнено в условиях мастерских УБР, не требует проведения дополнитель ftix технологических операций и обеспечивает более эф(1)ективный вынос шлама из в осложненных усовиях, т.е. при наличии в стволе зон поглощений и каверн большого азмера, за счёт создания гидравлиеских экранов. На удаление шлама из скважины указанных условиях с помощью суеств.ующих устройств расходуется ного непроизводительного времени (иногда несколько суток). Применение астоящего устройства позволит значиельно сократить эти затраты. Формула изобретения Устройство для бурения скважин, ключающее бурильную колонну с порооразрушающим инструментом и узел