Способ возбуждения упругих колебаний в скважине и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК E21B28/00 E21B21/00 E21B31/113 E21B37/00 

где Re Re -число Рейнольдса, -критическое число Рей нольдса. В устройстве указанная цель достигается тем, что ограничитель выпо нен в форме решетки. Сущность способа заключается в преобразовании энергии турбулентных пульсаций потока рабочего агента в энергию механических колебаний колоИны бурильных или эксплуатационны труб. В способе используют помещенный в трубы подвижный элемент, который взаимодействует с потоком жидкости, прокачиваемым по трубам. В качестве жидкости может быть использована вода, глинистый раствор, аэрированная жидкость или газ. Подвижный эле мент, помещенный внутрь труб, в зоне возбуждения упругих колебаний удерживают от продольного перемещения, по меньшей мере, в одном напра лении. Возможно несколько вариантов удержания подвижного элемента от пр дольного перемещения вниз: встраива ние ограничительной решетки в колон ну труб, не препятствующей осуществ лению процесса бурения скважины, сброс ограничительной решетки с уст скважины в случае возникновения прихвата и спуск подвижного элемент в колонну труб на тросе. Возможны и другие варианты. Прокачку жидкости для возбуждени поперечных колебаний в колонне труб производят со скоростью, при которо Для поддержания колебаRe Re тельного процесса в колонне труб число Рейнольдса Re должно быть рав ным или большим 3-10, т.е. должно выполняться требование .lo где численная величина числа Re взя та для промывочной жидкости, Г - учетверенный гидравлический радиус сечения, в котором осуществляется возбуждение колебаний, м, о - плотность рабочего агента, кг/м, V - средняя скорость потока рабочего агента через сечение в котором осуществляется возбуждение колебаний, }/ - вязкость рабочего агента. При этом, чем выше значение числа Рейнольдса, тем выше энергия колебаний и эффективность процесса ликвидации прихвата колонны труб в скважине. Из формулы можно определить сред нюю скорость потока рабочего агента прокачиваемого по трубам. Она равна Re. и Зная значение величин, входящих в эту формулу, можно определить величину скорости, при которой в колонне труб возбуждаются поперечные колебания, способствующие освобождению колонны труб от прихвата. Пусть, например, прихват случился в районе УВТ с диаметром проходного канала D 100 мм. При этом диаметр подвижного элемента составляет d 90 мм, йлотность рабочего агента J 1,21 и его вязкость 20 СП. Учетверенный гидравлический радиус любого сечения рассчитывается по формуле -- -n-a. 1(.Ь -t- d) где F - площадь сеченИя потока рабочего агента, м, Ti- - смоченный периметр, м. Таким образом, имеем (в системе СИ) D 10-1Q-2-M, . D 9 , f 1, кг/м, 11 2010 Па-с, Re 3-10. Необходимая для возбуждения поперечных колебаний в колонне труб средняя скорость потока рабочего агента определяется из приведенной выше формулы Re . t 50 м/с. 10- 1,2-10 а обеспечивающий эту скорость расход рабочего агента получится умножением ее на площадь сечения потока рабочего агента . Q V-F V f ( d) А I 50 (100 - 80) .10 lO м VG « 35 и/с . 353,5 Как видно из расчета одного бурового насоса вполне достаточно для ликвидации прихвата предлагаемым способом. На фиг. 1 изображено устройство для возбуждения упругих колебаний в скважине, работающее при наличии в трубах циркуляции рабочего агента, разрез/ на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1J на фиг. 3 - устройство для возбуждения упругих колебаний в колонне труб, работающее при отсутствии в них циркуляции рабочего агента, продольный разрез. Устройство состоит, из корпуса 1, внутри которого жестко закреплена ограничительная решетка 2 для сбрасываемого с поверхности шара 3. Корпус имеет на концах резьбы для присоединения к нему труб 4 и 5, на которых устройство спускают в скважин Устройство (фиг.1) предназначено дл ликвидации прихвата колонны труб в скважине при наличии в них циркуляции рабочего агента. Устройство (фиг.З) предназначено для ликвидации прихвата колонны труб в скважине при отсутствии в них циркуляции рабочего агента. Оно отличается от первого тем, что под его ограничительной решеткой 2 внутри корпуса 1 установлена заглушка 6, над которой в последнем выполнены сквозные отверстия 7.

Ликвидацию прихвата колонны труб в скважине при помощи предлагаемого способа и устройства осуществляют следующим образом.

Устройство (фиг.1) встраивают в колонну труб и вместе с ним после спуска в скважину осуществляют ее бурение. Если в процессе бурения произойдет прихват бурильной колонны, то отвинчивают ведущую квадратную штангу и в полость колонны труб забрасывают металлический шар 3, имеющий диаметр несколько меньший, чем внутренний диаметр утяжеленных I бурильных труб. Шар прокачивают вниз до посадки его на ограничительную решетку 2. После посадки шара 3 рабочий агент прокачиЪают по трубам в-турбулентном режиме при . Шар при этом совершает гюперечные колебания в горизонтальной плоскости, которые передаются на стенки труб. Поперечные колебания труб обеспечивают освобождение их от прихвата или заклинки.

В практике бурения скважин возможны случаи, когда нельзя осуществить циркуляцию рабочего агента через прихваченную часть бурильной колонны. В этих случаях трубы над зоной прихвата отворачивают и поднимают их на поверхность скважины, а затем спускают в скважину с устройством по фиг.З, имеющем отверстия. 7 для обеспечения циркуляции рабочего агента при его прокаткепо трубам. Затем присоединяют трубы и устройство к прихваченной части колонны. Последующие операции по ликвидации прихвата колонны труб в скважине проводят аналогично операциям, производимым при работе с устройством по фиг.1.

Положительный эффект от использования предлагаемых способа возбуждения упругих колебаний в скважине и

устройства для его осуществления, по сравнению с известными способами и устройствами, заключается в повышении эффективности возбуждения упругих колебаний в колонне труб за

счет создания поперечных колебаний, коюрые, как известно, значительно эффективнее, чем продольные воздействуют на прихваченную в скважине колонну труб.

Предлагаемые способ и устройство позволяют получить значительный экономический эффект.

Формула изобретения

1,Способ возбуждения упрутгих колебаний в скважине путем воздействия на подвижный элемент прокачиваемой жидкостью, отличающийс я тем, что, с целью повышения его эффективности за счет создания поперечных колебаний в скважине, подвижный элемент удерживают от продольного перемещения, по меньшей мере в одном направлении, а прокачку жидкости производят со скоростью, при которой

Re

5 где Re - число Рейнольдса,

- критическое число Рей нольдса.

2.Устройство для возбуждения упругих колебаний в скважине, включающее полый корпус с ограничителем над которым установлен подвижный элемент, выполненный в форме шара, отличающееся тем, что ограничитель выполнен, в форме решетки.

Р1сточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1..Мищевич В.И., и др. Справочник л инженера по бурению. Т. II. М., Нед ра, 1973, с. 81-82, рис. XVI, 19.

2.Авторское свидетельство СССР W209350, КЛ. Е 21 В 5/00, 1965 (прототип) .