ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ
HYDRO-ACOUSTIC DEVICE FOR WELL BORING

Изобретение относится к буровому породоразрушающему инструменту, особенно для проводки глубоких скважин в геологически осложненных условиях и для вскрытия бурением продуктивного пласта.
Прототипом предполагаемого изобретения является гидроакустическое устройство для бурения скважины, включающее корпус с промывочным каналом, узел генерирования гидроакустических волн, эжекционный узел для создания депрессии и буровое долото (см. патент РФ №2270315, кл. Е21В 7/00, Е21В 21/00, заявка №2004108275/03 от 22.03.04).
Недостатком прототипа является слабое гидроакустическое воздействие на забой скважины в процессе бурения. Это значительно ухудшает технико-экономические показатели бурения. Кроме того, ухудшает качество вскрытия продуктивного горизонта, приводит к загрязнению пласта и существенному снижению его продуктивности.
Указанные недостатки прототипа устраняются в предложенном устройстве.
Целью и техническим результатом изобретения является разработка и создание высокоэффективной конструкции гидроакустического устройства для проводки глубоких скважин в геологически осложненных условиях и сохранение естественной продуктивности пласта в процессе его первичного вскрытия.
Для достижения цели и технического результата в конструкции гидроакустического устройства для бурения скважины, содержащего корпус с промывочным каналом, буровое долото, узел генерирования гидроакустических волн, эжекционный узел для создания депрессии, согласно изобретению узел генерирования гидроакустических волн выполнен в виде тороидальной резонансной камеры с совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами и снабжен обтекателем, установленным на центрирующих ребрах коаксиально корпусу с образованием кольцевого сопла, а поверхность обтекателя, направленная навстречу потоку, выполнена или в виде конуса, или параболоида, а его противоположная часть - в виде экспоненциальной поверхности вращения, кроме того, промывочный канал корпуса гидравлически сообщается с соплами эжекционного узла и кольцевыми входными каналами тороидальной резонансной камеры.
Кроме того, нормальное сечение тороидальной резонансной камеры к ее оси имеет или круглую, или эллиптическую форму.
Обоснование некоторых отличительных признаков.
В предложенном устройстве в отличие от прототипа узел генерирования гидроакустических волн выполнен в виде тороидальной резонансной камеры. При одинаковой потребляемой гидравлической мощности по сравнению с другими гидродинамическими излучателями тороидальные резонансные камеры являются мощными гидродинамическими излучателями с высокой амплитудой и направленностью волн и широким спектром частот.
На приведенном чертеже изображен общий вид гидроакустического устройства для бурения скважины.
Устройство состоит из корпуса 1 с промывочным каналом 2, бурового долота 3, узла генерирования гидроакустических волн, выполненного в виде тороидальной резонансной камеры 4 с совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами 5.
Узел генерирования гидроакустических волн снабжен обтекателем 6, установленным на центрирующих ребрах 7 коаксиально корпусу 1. Обтекатель 6 с корпусом 1 образует кольцевое сопло 8. Резонансная камера 4 имеет активную кольцеобразную кромку 9. Обтекатель 6 образован двумя поверхностями вращения - А и Б. Поверхность А выполнена или в виде конуса, или параболоида и образует внутреннюю стенку кольцевого сопла 8, а поверхность Б выполнена в виде экспоненциальной поверхности вращения. Промывочный канал 2 гидравлически сообщается с соплами 10 эжекционного узла 11 и совмещенными входным и выходным кольцевыми каналами 5 тороидальной резонансной камеры 4.
Устройство работает следующим образом. Буровая жидкость по бурильной колонне подается в промывочный канал 2 корпуса 1. Затем часть потока через сопла 10 поступает в эжекционный узел 11, а другая часть потока, обтекая поверхность А обтекателя 6 через кольцевое сопло 8, поступает в тороидальную резонансную камеру 4. (На чертеже стрелками указан путь движения буровой жидкости). Кольцевой поток, выходящий из тороидальной резонансной камеры 4 с определенной частотой, прерывает основную кольцевую струю, истекающую из кольцевого сопла 8. Вследствие этого у активной кольцеобразной кромки 9 резонансной камеры 4 генерируются периодические гидродинамические импульсы в виде сжатия и разрежения потока буровой жидкости. Генерируемые кольцевые гидроакустические волны, усиливаясь по амплитуде вдоль поверхности Б обтекателя 6, концентрируются и направляются на поверхность забоя скважины в виде гидроакустической энергии.
Эжекционный узел 11 способствует созданию депрессии, снижению дифференциального давления на забой. Забой скважины одновременно подвергается депрессионному и гидроакустическому воздействиям. При этом на забое скважины создаются механоактивационные процессы с проявлением гидродинамической и гидроакустической кавитации.
Амплитудно-частотные параметры устройства зависят от формы поверхности и объема тороидальной резонансной камеры, скорости истечения из кольцевого сопла буровой жидкости, ее расхода и плотности.
Гидроакустические волны, депрессионное воздействие и кавитационные эффекты способствуют высокоэффективно вести бурение глубоких скважин в геологически осложненных условиях, сохранению естественной продуктивности пласта в процессе первичного его вскрытия. Устройство без конструктивных изменений может быть использовано в качестве гидроакустического диспергатора, эмульгатора, гомогенизатора многофазных жидкостей, для диспергирования бурового и тампонажного растворов непосредственно в скважине в процессе выполнения технологических операций.
Устройство имеет простую конструкцию, надежность в работе, технологичность в изготовлении.