Устройство для герметизации устья бурящейся скважины Советский патент 1982 года по МПК E21B33/03 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ

1

Изобретение относится к геологоразведочному бурению, а именно к оборудованию для герметизации устья скважины при бурении с обратной циркуляцией промывочного агента.

Известно устройство для герметизации устья скважины при бурении с прямой промывкой, основной частью которого является уплотнительный эластичный элемент, предотвращающий утечку жидкости между корпусом устройства и вращающейся бурильной трубой 1.

Утечка жидкости предотвращается значительным усилием прижатия уплотнительного эластичного элемента, что неизбежно влечет его повыщенный износ.

Известно также устройство для герметизации устья бурящейся скважины, включающее корпус с отводным патрубком, переводник и уплотнительный элемент, установленный на фланце соосно с колонной бурильных труб 2.

Недостатком этого устройства является то, что для обеспечения надежной герметизации требуется значительное усилие прижатия (нажимной гайкой) эластичного элемента к вращающейся бурильной трубе, что

приводит к его повышенному износу, быстрому выходу из строя, а также к увеличению затрат энергии на трение в этом узле. Все это, в целом, снижает показатели эффективности бурения.

Цель изобретения - повышение надежности герметизации при бурении с обратной циркуляцией промывочного агента.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено установленным под уплотнительным элементом и жестко связан10ным с корпусом вкладышем с осевым каналом, имеющим сверху конфузорную, в средней части - цилиндрическую и в нижней - диффузорную форму, а уплотнительный элемент выполнен с конусообразной наружной поверхностью и образует с верхней частью

15 вкладыша кольцевой конфузор.

На фиг. 1 показан герметизатор устья скважины, общий вид; на фиг. 2 - узел I с параметрами потока жидкости в отдельных сечениях: Р - давление потока жид20кости, V - скорость потока.

Герметизатор устья скважины состоит из корпуса 1, соединенного с помощью болтов 2 с вкладыщем 3, кольцевой прокладкой 4, уплотнительного эластичного элемента 5, который крепится фланцем 6 и болтами 7 к корпусу 1 и сопряжен с вращающейся бурильной трубой 8 отводного патрубка 9, соединенного переходником 10, для крепления устройства на обсадные трубы 11. Устройство работает следующим образом. Поток промывочного агента через патрубок 9 нагнетается в устройство со скоростью Vi и давлением PI. При этом поток давит на уплотнительный эластичный элемент 5, прижимая его к вращающейся бурильной трубе 8. В зоне резкого уменьшения кольцевого сечения (сечение О-О) за счет возрастания скорости течения до Vo происходит разрежение, т. е. понижается давление потока до Ро (эффект эжекции согласно уравнения Д. Бернулли). Так как контакт, а возможно и небольшой зазор между эластичным элементом 5 и вращающейся бурильной трубой 8 (канал утечки промывоч-ного агента-), прилегает к зоне разрежения, то при соотношении Рд S РЗГН (Ратм - атмосферное давление) обеспечивается достаточное условие его надежной герметизации в результате упомянутого эффекта эжекции. Проходя кольцевой цилиндрический зазор, промывочный агент попадает в кольцевой диффузор, где скорость потока падает до значения УЗ, а давление увеличивается до значения Р2, за счет чего он нагнетается в пространство между бурильной трубой 8 и обсадной колонной 11 по всему стволу скважины. , Предлагаемый герметизатор устья скважины имеет по сравнению с существующими следующие преимущества: надежная герметизация достигается за счет использования свойства потока промывочного агента (эжекторного эффекта) и исключается необходимость поднимать эластичный элемент; даже при наличии в зоне контакта эластичного элемента с вращающейся бурильной трубой небольшого зазора возможно обеспечение надежной герметизации; значительно снижается износ эластичного элемента и увеличивается срок его службы; снижаются затраты энергии на трение в зоне контакта эластичного элемента и бурильной трубы. Все это в целом повыщает эффективность геологоразведочного бурения с обратной циркуляцией промывочного агента и позволяет обеспечить экономический эффект, расчет которого приведен ниже. Предлагаемая конструкция герметизатора устья скважины по сравнению с известной герметизирующей головкой, позволяет увеличить проходку за рейс, сократить время непроизводительных простоев, уменьшить расходы по статье «Материалы, «Износ, «Заработная плата. Годовой экономический эффект для условий ГУЦР составляет 10560 руб., а экономия на 1 м бурения скважины 0,88 рубля. Формула изобретения Устройство для герметизации устья бурящейся скваЛины, включающее корпус с отводным патрубком, переводник и уплотнительный элемент, установленный на фJ aнце соосно с колонной бурильных труб, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности герметизации при бурении с обратной циркуляцией промывочного агента, устройство снабжено установленным под уплотнительным элементом и жестко связанным с корпусом вкладышем с осевым каналом, имеющим сверху конфузорную, в средней части цилиндрическую и в нижней - диффузорную форму, а уплотнительный элемент выполнен с конусообразной наружной поверхностью и образует с верхней частью вкладыша кольцевой конфузор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Тематические научно-технические обзоры «Оборудование устья скважин при бурении с применением газообразных агентов ВЙИИОЭНГ, М., 1970, с. 41. 2.Волков А. А. и др. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. М., «Недра, 1970, с. 11 (прототип).