Устройство для очистки бурового раствора в процессе бурения Советский патент 1982 года по МПК E21B21/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ

1

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин, а точнее к циркуляционным системам для буровых растворов, применяющихся при промывке. Для очистки буровых растворов от шлама в настоящее время используются механические очистные устройства - вибросита, сита - конвейеры, гидроциклоны, и л оот делители, проточные открытые отстойники 1.

К недостаткам данных очистных устройств относится невозможность применения их на герметичных циркуляционных системах и, следовательно, невозможность очистки буровых растворов при осложненных условиях бурения, например, при нефтегазонроявлениях. Для работы механических очистных устройств необходимо устанавливать силовой привод. Кроме того, шлам из механических очистных устройств удаляется непрерывно в окружающую среду, его объем не измеряется и не контролируется.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для очистки бурового раствора в процессе бурения, включающее герметичный цилиндрический

резервуар, с конусным днищем, шламовое отверстие, перекрытое клапаном, связанным с пневмоцилиндром с рычажным механизмом, поплавок, установленный в резервуаре и связанный с золотниковым, рас5 пределителем пневмоцилиндра, тангенциал ный патрубок для отвода раствора, расположенный в центре цилиндрического .резервуара выше тангенциального патрубка 2.

Q Недостатком данного устройства является то, что объем выбуренного плана невозможно проконтролировать в процессе бурения, что необходимо для определения состояния ствола скважин.

Так в ряде случаев при бурении возникает необходимость не только отделить шлам, но и определить скорость его накопления и его количество. Определение относительного количества выносимого на поверхность шлама по отношению к объ2Q ему выбуренной породы существенно для оценки осложненности ствола бурящейся скважины. Зная диаметр применяющегося долота, величину проходки за рассматриваемый промежуток времени, можно точно рассчитать теоретический объем шлама.

который может быть накоплен в очистных устройствах. Если фактически накопившийся в очистном устройстве объем шлама больше, чем расчетный, то очевидно, что кроме забоя в скважине разрушаются стенки. Если же фактически вынесенный из скважины объем шлама меньше расчетного, то имеет место неудовлетворительная очистка ствола. В обоих случаях несоответствие фактического объема выбуренной породы расчетному указывает на осложненность процесса промывки скважины.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения состояния ствола скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для очистки бурового раствора в процессе бурения, включающее герметичный цилиндрический резервуар с конусным дниш,ем, шламовое отверстие, перекрытое клапаном, связанным с пневмоцилиндром с рычажным механизмом, поплавок, установленный в резервуаре и связанный с золотниковым распределителем пневмоцилиндра, тангенциальный патрубок для ввода раствора и патрубок для отвода раствора, расположенный в центре цилиндрического резервуара выше тангенциального патрубка, поплавок установлен на высоте, равной уровню шлама, объем которого соответствует объему выбурен,ной породы между нарашиваниями труб.

На чертеже представлена схема устройства для очистки бурового раствора в процессе бурения.

В герметичном цилиндрическом резервуаре 1 с конусным днищем находится поплавок, состоящий из пустотелой камеры, образуемой крышкой камеры 2 и корпусом 3, которые установлены с помощью квадратной рейки 4 в. специальной квадратной цапфе 5, укрепленной в резервуаре 1. К крышке камеры 2 поплавка присоединена рейка б, выведенная через сальниковое устройство 7 из резервуара, и покоящаяся на пружинах 8 и 9, между которыми находится тарельчатая опора 10. Рейка 6 перемещает в корпусе золотникового распределителя 11 поршень 12, образующий между стенками корпуса подвижные полости 13 и 14. К корпусу золотникового распределителя 11 подведены трубопроводы А от системы со сжатым воздухом, Б и В от исполнительных механизмов, управляющих клапаном или заслонкой выпуска щлама из резервуара, и трубопроводы Г и Д для выпуска воздуха из исполнительных механизмов в атмосферу. Тангенциальный патрубок для ввода раствора 15 в цилиндрической части резервуара располагается ниже патрубка для отвода раствора 16. На цилиндрическом резервуаре 1 укреплен пневмоцилиндр 17, к которому подведены трубопроводы Б я В от золотникового распределителя 11. С

помоц;ью рычажного механизма 18 поршень пневмоцилиндра 17 управляет клапаном 19, открывающим или перекрывающим шла.мовое отверстие в конусном днище цилиндрического резервуара 1. Положение камеры поплавка внутри резервуара может изменяться при перемещении тарельчатой опоры 10 и натяжением пружины 8 и 9 расположенных внутри коробки сальника 20.

Буровой раствор поступает от устья скважины внутрь резервуара 1 через тангенциальный патрубок 15 и удаляется через патрубок 16. В результате изменения направления скорости внутри резервуара из потока бурового раствора отделяется

шлам, который скапливается над шламовым отверстием перекрытым клапаном 19. На камеру поплавка действует выталкивающая сила, пропорциональная удельному весу окружающего ее вещества. Вращая крышку камеры 2 поплавка относительно корпуса 3, фиксированного в цапфе 5, и контролируя при этом натяжение пружин 8 и 9, объем камеры изменяют так, чтобы плотносте.мер тонул в циркулирующем буровом растворе, но всплывал при наполнении камеры шламом. Когда поплавок находится в нижнем положении, воздух от пневмосистемы буровой по трубопроводу А через полость 13 и трубопровод Б поступает в верхнюю часть пневмоцилиндра 17, закрывая с помощью рычажного

механиз.ма 18 и клапана 19 шламовое отверстие в цилиндрическом днище резервуара 1. Шлам горных пород как правило имеет плотность значительно больщую чем буровые растворы. По мере запо.тнения ре5 зервуара шламом, выталкивающая сила, действующая на поплавок, увеличивается и она, изменяя натяжение пружин 8 и {{ перемещается вверх, толкая поршень золотникового распределителя 13. При этом через полость 14 по трубопроводам А и В

0 сжатый воздух от пнев.мосистемы буровой поступает в нижнюю часть пневмоцилиндра 17 и его поршень перемещается вверх, открывая с помощью рычажного .механизма 18 клапан 19 для выпуска шла.ма из конусного

5 днища резервуара 1. Воздух из верхней части пнев.моцилиндра 17 по каналу Б, через переместившуюся вверх полость 13 по трубопроводу 7 выйдет в атмосферу. Выпуск шлама через шла.мовое отверстие, перекрывае.мое клапано.м 19 происходит до тех пор,

0 пока поплавок не опустится в свое начальное положение.

Для наращивания бурильной колонны при бурении скважин обычно применяются бурильные трубы одинаковой длины, в среднем равной 12,5 м. Каждый участок ствола скважин бурится долотами одинакового размера. При нормальных условиях промывке между наращиваниями бурильной колонны долото выбуривает объем породы равный v .h / где ,14, do - номинальный диаметр долота, h - длина бурильной трубы. Объем и размеры герметичного цилиндрического резервуара выбирают таким образом, чтобы выбуренный шлам при нормальных условиях промывки заполнял пространство резервуара, находящееся ниже поплавка. Из таких же соображений выбирают высоту камеры поплавка и диаметр цилиндрической части резервуара, считая, что разность уровней, на которые перемещается поплавок при выпуске шлама, должна соответствовать объему выбуренной породы между наращиваниями бурильной колонны. При обеспечении таких условий, когда выпуск шлама из очистного устройства совпадает с наращиваниями, свидетельствует о том, что в скважине нет осложнений. Еели выпуск шлама происходит чаще, чем производятся наращивания бурильной колонны, то очевидно, что в скважине происходят процессы разрушения ее стенок - осложнения. Если же выпуск шлама происходит реже, чем производятся наращивания, то в скважине и в буровом растворе накапливается щлам и твердая фаза. Таким образом, предлагаемое устройство для очистки бурового раствора в процессе бурения не только автоматически очищается от обломков выбуренных горных пород, но и одновременно контролирует относительный объем выносимого на поверхность шлама, сигнализируя о возникновении осложнений в бурящейся скважине При применении данного устройства уменьшается опасность загрязнения буровыми растворами окружающей среды. v Формула изобретения Устройство для очистки бурового раствора в процессе бурения, включающее герметичный цилиндрический резервуар с конусным днищем, щламовое отверстие, перекрытое клапаном, связанным с пневмоцилиндром с рычажным механизмом, поплавок, установленный в резервуаре и связанный с золотниковым распределителем пневмоцилиндра, тангенциальный патрубок для ввода раствора и патрубок для отвода раствора, расположенный в центре цилиндрического резервуара выше тангенциального патрубка, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности определения состояния ствола скважины, поплавок установлен на высоте, равной уровню , объем которого соответствует объему выбуренной породы между наращиванияj труб, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Волокитенков А. А. и др. Технология отбора шлама при бурении скважин. М., «Недра, 1973. 2; Авторское свидетельство СССР № 643621, кл. Е 21 В 21/06, 1974 (прототип).