УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Предложение относится к буровой технике и предназначено для вибрационного бурения скважин.
Известно устройство для вибрационного бурения скважин (патент RU №2239043, Е 21 В 7/24, опубл. БИ №30 от 27.10.2004 г.), включающее корпус, поршни, установленные с возможностью взаимодействия друг с другом и образования совместно с перегородками и уплотнениями замкнутых гидравлических камер, клапан и шток, имеющий канал, при этом один из поршней установлен над штоком и имеет проходной канал прямоугольного сечения, внутри которого расположен клапан, выполненный в виде установленного на оси маятника, верхний торец которого выполнен в виде лопасти, а нижний -заодно с тарелкой, которая установлена с возможностью периодического перекрытия канала штока.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для вибрационного бурения скважин (патент RU №2258791, Е 21 В 7/24, опубл. БИ №23 от 20.08.2005 г.), содержащее корпус, шток с проходным каналом, ниппель и шпонку, при этом устройство снабжено поршнями, каждый из которых установлен внутри защитной втулки, закрепленной в корпусе, и снабжен конфузором, диффузором и соплом, образующим струйный насос, всасывающий канал которого соединен с подпоршневой полостью, причем в проходном канале штока для размещения в нем шара выполнено седло с возможностью частичного протекания жидкости под шаром, а в штоке выполнены отводы для изменения направления потока жидкости на 180° и каналы, соединяющие зоны разрушения породы с зонами разряжения, создаваемыми обратной струей жидкости из отводов.
Как прототипу, так и аналогу в той или иной мере присущи общие недостатки:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, конструкция устройства не позволяет производить бурение скважин малого диаметра;
- в-третьих, устройство в процессе работы загрязняется и не промывается, в связи с чем ухудшается эффективность его работы;
- в-четвертых, жесткая подача нагрузки на долото сокращает его срок службы.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение срока службы долота, а также повышение эффективности работы устройства с возможностью его применения при бурении скважин малого диаметра.
Указанная задача решается устройством для вибрационного бурения скважин, содержащим корпус, ниппель, установленный внутри корпуса, шток, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля с корпусом.
Новым является то, что ниппель снабжен рядом радиальных отверстий, а снизу заглушен, причем шток выполнен дифференциальным кольцевым и подпружинен снизу, при этом ряд радиальных отверстий ниппеля и внутреннее пространство дифференциального кольцевого штока сообщаются между собой в рабочем положении перепускным каналом, выполненным между корпусом и ниппелем, причем в исходном положении снизу в перепускном канале находится верхняя ступень дифференциального кольцевого штока, при этом в корпусе выполнены радиальные каналы, сообщающие в рабочем положении пространство над нижней ступенью дифференциального кольцевого штока с наружным пространством устройства, причем сверху корпус соосно и жестко оснащен генератором импульса, состоящим из кожуха и полого сердечника, при этом полый сердечник герметично установлен в кожух и подпружинен вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха.
На фигуре изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.
Устройством для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1, ниппель 2, установленный внутри корпуса 1 и шток 3, имеющий возможность ограниченного осевого перемещения относительно ниппеля 2 с корпусом 1.
Ниппель 2 снабжен рядом радиальных отверстий 4, а снизу заглушен посредством заглушки 5. Шток 3 выполнен дифференциальным кольцевым и подпружинен посредством пружины 6 снизу. Ряд радиальных отверстий 4 ниппеля 2 и внутреннее пространство 7 дифференциального кольцевого штока 3 сообщаются между собой в рабочем положении перепускным каналом 8, выполненным между корпусом 1 и ниппелем 2.
В исходном положении в нижней части перепускного канала 8 размещена верхняя ступень 9 дифференциального кольцевого штока 3. В корпусе 1 выполнены радиальные каналы 10, сообщающие в рабочем положении пространство над нижней ступенью 11 дифференциального кольцевого штока 3 с наружным пространством устройства.
Сверху корпус 1 соосно и жестко оснащен генератором импульса 12, состоящим из кожуха 13 и полого сердечника 14, причем полый сердечник 14 герметично установлен в кожух 13 и подпружинен посредством пружины 15 вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха 13.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента как показано на фигуре, причем на верхний конец полого сердечника 14 генератора импульса 12 наворачивают
нижний конец винтового забойного двигателя (ВЗД) 16, а в нижний конец корпуса 1 вворачивают долото 17 (например, истирающее), имеющее центральный канал 18 и истирающую рабочую поверхность 19. С целью исключения «поршневания» в процессе работы генератора импульса 12 кожух 13 оснащен технологическим отверстием 20.
Устройство на конце бурильной колонны труб (на фиг. не показано) спускают в скважину в интервал бурения. После чего восстанавливают циркуляцию жидкости по колонне бурильных труб и ВЗД 16 и начинают бурение, при этом поток жидкости, достигнув устройства попадает внутрь полого сердечника 14 и далее через внутреннее пространство 21 кожуха 13 генератора импульса 12 попадает внутрь ниппеля 2, откуда через ряд радиальных отверстий 4, поскольку ниппель 2 снизу заглушен посредством заглушки 5 попадает в перепускной канал 8 над дифференциальным кольцевым штоком 3, при этом давление жидкости в перепускном канале 8 над дифференциальным кольцевым штоком 3 и внутреннем пространстве 21 кожуха 13 генератора импульса 12 повышается.
Поток жидкости во внутреннем пространстве 21 кожуха 13 генератора импульса 12 воздействует снизу на нижний торец полого сердечника 14, сжимая пружину 15, что приводит к перемещению полого сердечника 14, а также ВЗД 16 и всей компоновки бурильного инструмента вверх, то есть генератор импульсов 12 увеличивается в длине, одновременно с этим давление жидкости, воздействующее на верхнюю ступень 9 дифференциального кольцевого штока 3 ведет к перемещению последнего вниз и, как следствие, сжатию пружины 6. Перемещение дифференциального кольцевого штока 3 относительно корпуса 1 вниз и сжатие пружины 6 продолжается до тех пор, пока ряд радиальных отверстий 4 ниппеля 2 и внутреннее пространство 7 дифференциального кольцевого штока 3 не сообщаться между собой посредством перепускного канала, при этом поток жидкости по перепускному каналу 8 попадает во внутреннее пространство 7 дифференциального кольцевого штока 3 и через центральный канал 18 долота 17 поток жидкости попадает на истирающую рабочую поверхность 19, при этом дифференциальный кольцевой шток 3 занимает рабочее положение, а перемещение вверх полого сердечника 14 в кожухе 13 генератора импульса 12, ВЗД 16 и всей компоновки бурильного инструмента прекращается.
Давление жидкости над и под заглушкой 5 ниппеля 2 выравнивается и полый сердечник 14, жестко соединенный с ВЗД 16, а также всей компоновки бурильного инструмента за счет возвратной силы пружины 15 опускаются вниз, при этом полый сердечник 14 возвращается в исходное положение, а генератор импульсов 12 сокращается в длине. Одновременно с этим дифференциальный кольцевой шток 3 за счет возвратной силы пружины 6 возвращается обратно, при этом верхняя ступень 9 дифференциального кольцевого штока 3 перекрывает снизу перепускной канал 8, при этом радиальные каналы 10,
сообщающие пространство над нижней ступенью 11 дифференциального кольцевого штока 3 с наружным пространством устройства оказывают дополнительный подпор на дифференциальный кольцевой шток 3 при возврате последнего в исходное положение.
Жидкость в устройство по колонне бурильных труб продолжают нагнетать, при этом давление жидкости во внутренней пространстве 21 кожуха 13 генератора импульса 12 и в перепускном канале 8 над дифференциальным кольцевым штоком 3 вновь возрастает.
В дальнейшем описанный выше цикл повторяется, при этом происходит пульсация жидкости, ведущая к вибрации устройства. Частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости.
Генератор импульса преобразует пульсацию жидкости в соосные малоамплитудные колебания на компоновке бурильного инструмента, тем самым, способствуя снижению сил трения. Результатом чего является улучшение передачи нагрузки, то есть обеспечивается плавность подачи нагрузки на долото и снижение крутильных напряжений в колонне, особенно при наклонно-направленном бурении, что приводит к повышению срока службы долота.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, а повышение эффективности его работы связано с возможностью промывки устройства в процессе работы, а возможность применения устройства при бурении скважин малого диаметра расширяет его функциональные возможности.