УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЖЕКЦИИ

Полезная модель относится к технике бурения скважин и может быть использована в компоновках бурильных колонн для улучшения очистки забоя от выбуренной породы.
Известен наддолотный эжекторный гидронасос, содержащий корпус с выполненным в нем центральным вертикальным каналом для подачи к долоту промывочной жидкости, не менее трех активных сопел, равномерно расположенных по окружности вокруг центрального канала и сообщающихся с ним с помощью подводящих каналов, и соосные с соплами камеры смешения, при этом последние сообщены с торцовой частью корпуса при помощи сквозных соединительных каналов, выполненных прямолинейными, оси камер смещения расположены под углом к оси вертикального канала, отношение диаметров соединительных каналов и камер смешения составляет 0,4-1,0, а отношение диаметра выходного сечения каждого сопла к диаметру соединительного канала составляет величину 0,18-0,35 (А.с. СССР №1736345, кл. F04F 5/10, опубл. 23.05.1992, бюл. №19). Указанный наддолотный эжекторный гидронасос по технической сущности более близок к предлагаемому устройству для эжекции, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатком данного наддолотного эжекторного гидронасоса является низкое создание симметричного потока промывочной жидкости, направленного от забоя скважины вверх, при этом для получения высокой механической скорости требуется применение гидромоторных долот. Использование долот с центральной промывкой или алмазных долот не позволяет применять этот наддолотный эжекторный гидронасос, так как за счет симметричных потоков не происходит удаления шлама из-под долота. Для полного удаления шлама из-под зубьев долота необходим асимметричный, направленный поток жидкости, но существующие конструкции долот, особенно конструкции их промывочных каналов, ввиду симметричности их расположения в долоте не позволяют сделать этого. При бурении в зонах поглощений необходим малый расход промывочной жидкости, но применение любых типов долот не позволяет сделать этого, так как при снижении расхода промывочной жидкости происходит резкое снижение механической скорости бурения и ухудшается температурный режим работы долот, что приводит к снижению технико-экономических показателей бурения.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение механической скорости бурения за счет формирования направленных потоков промывочной жидкости в зоне работы долота и снижения дифференциального давления, улучшение температурного режима работы долот за счет создания интенсивной местной циркуляции и возможность бурения при малых расходах промывочной жидкости в зонах поглощений.
Поставленная техническая задача решается описываемым устройством для эжекции, содержащее корпус с выполненным в нем центральным вертикальным каналом, одно и более сопл, расположенных по окружности вокруг центрального вертикального канала и сообщенных с ним посредством наклоненных прямолинейных подводящих каналов, и соосные с соплами смесительные камеры, при этом последние сообщены с торцевой частью корпуса посредством сквозных каналов, выполненных прямолинейно, оси смесительных камер расположены под углом к оси центрального вертикального канала, отношение величины диаметров прямолинейных соединительных каналов и смесительных камер составляет 0,4-1,0 и отношение диаметра выходного сечения каждого сопла к диаметру прямолинейного соединительного канала составляет 0,18-0,35.
Новым является то, что сопла со смесительными камерами расположены асимметрично относительно оси центрального вертикального канала, в корпусе выполнено не менее одного сквозного канала, посредством которого зона над устройством сообщено с зоной ниже него, а сопла со смесительными камерами и сквозные каналы расположены оппозитно относительно друг друга.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен общий вид устройства для эжекции;
- на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
- на фиг.3 - узел I на фиг.1.
Устройство для эжекции содержит корпус 1 с выполненным в нем центральным вертикальным каналом 2 для подачи промывочной жидкости в зону Б работы долота 3. С центральным вертикальным каналом 2 соединены выполненные в корпусе 1, наклоненные прямолинейные подводящие каналы 4, заканчивающиеся соплами 5 и смесительными камерами 6.
1
2
Каждое из сопел 5, снабженное наклонным прямолинейным подводящим каналом 4, вместе со смесительной камерой 6 образует струйный насос, предназначенный для транспортирования промывочной жидкости, содержащей измельченную выбуренную породу, из зоны Б работы долота в зону А, расположенную сверху от устройства для эжекции между компоновкой бурильной колонны 7 и стенкой скважины 8. Устройство для эжекции может содержать одно и более описанных струйных насосов в зависимости от диаметра долота 3. Каждая из смесительных камер 6 сообщается с зоной Б посредством прямолинейного соединительного канала 9, конец которого выходит на нижний торец 10 корпуса 1. При этом отношение величины диаметра прямолинейного соединительного канала 9 (величины d) к величине диаметра смесительной камеры 6 (величине d) составляет от 0,4 до 1,0.
3
1
Отношение величины минимального диаметра отверстия сопла 5 (величины d) к величине диаметра прямолинейного соединительного канала 9 (величины d) в предложенном устройстве составляет при нормальной плотности промывочной жидкости от 0,18 до 0,35.
В качестве возможных вариантов исполнения устройства для эжекции предлагается выполнить входящие в него струйные насосы с углами наклона α, определяемыми в зависимости от характера горных пород и составляющими угол 13-20°.
Такое выполнение устройства с различными углами наклона позволяет дополнительно влиять на процесс кольматации стенок скважины 8 и повышать, тем самым, производительность бурения за счет создания дополнительной репрессии на разбуриваемый пласт.
В качестве возможных вариантов выполнения заявляемого устройства для эжекции предлагается выполнить в корпусе 1 сквозные каналы 11, соединяющие зону Б под устройством для эжекции с зоной А над ним.
Устройство для эжекции работает следующим образом.
В составе компоновки бурильной колонны 7 устройство для эжекции опускают в скважину, перекрывают промывочные отверстия в долоте 3 и через центральный вертикальный канал 2 к соплам 5 струйных насосов подают промывочную жидкость. Промывочная жидкость через наклонные прямолинейные подводящие каналы 4 и сопла 5 подводится к смесительным камерам 6, откуда она поступает в зону А. При этом за счет эжектирующей способности струй промывочной жидкости, двигающихся в смесительных камерах 6, промывочная жидкость с содержащейся в ней измельченной породой транспортируется по прямолинейным соединительным каналам 9 из зоны Б и выбрасывается в зону А. Прямолинейная форма наклонных прямолинейных подводящих каналов 4 и прямолинейных соединительных каналов 9 обеспечивает минимальные потери на гидравлические сопротивления.
После выхода струй промывочной жидкости из смесительных камер 6 в зону А над устройством для эжекции происходит их взаимодействие со стенками скважины 8, при этом возникает эффект эжекции в зазоре между боковой цилиндрической поверхностью корпуса 1 и стенкой скважины 8. Часть промывочной жидкости вместе с выбуренной породой поднимается к устью скважины (на фигурах не показано), а часть через сквозные каналы 11 возвращается в зону работы долота 3 (направление движения струй промывочной жидкости показано стрелками на фиг.1). При этом происходит интенсивное охлаждение долота 3 и вымыв шлама из-под его зубьев (на фигуре не указан).
Благодаря этому техническому решению предлагаемое устройство для эжекции осуществляет бурение любым типом долота с минимальными расходами промывочной жидкости, что позволяет наряду с получением высокой механической скорости бурения и улучшением температурного режима работы долот обеспечить прохождение зон поглощений без дополнительных затрат.