КОМПОНОВКА НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности к области бурения скважин. Рассматривается область совершенствования процесса разрушения горных пород непосредственно в призабойной части за счет создания более эффективных условий воздействия потока жидкости на уже деформированных частиц породы зубьями долота, что во многом зависит от компоновок низа бурильной колонны (КНБК), составленных из отдельных элементов бурильного инструмента, непосредственно влияющих на разрушение забоя скважины за счет его очистки.
Известна компоновка, применяющаяся с целью создания пульсирующей промывки забоя. скважины, которая уменьшает вероятность образования наддолотного сальника и улучшает, очистку забоя (1).
Пульсирующая промывка к осуществляется при совместной работе скважинного струйного насоса и переменного гидравлического сопротивления, выполненного в виде шарового-вибратора, выполненных в одном устройстве входящем в КНБК как отдельный элемент целой компоновки.
КНБК состоит из утяжеленных бурильных труб (УБТ), устройства -пульсатора, долота. УБТ в КНБК является неотъемлемой частью компоновки и применяется с целью создания нагрузки на долото и одновременно с целью уменьшить поперечные колебания при работе гидропульсатора. Устройство пульсатор состоит из корпуса, в котором размещен разделительный блок потока, струйного насоса и вибратора. Поток бурового раствора подается к устройству по бурильной колонне и УБТ. В устройстве происходит разделение потока. Одна часть - меньшая идет к струйному насосу, другая через вибратор к долоту.
Недостатками компоновки является следующее:
- необходимость использовать УБТ большой длины, чтобы исключить поперечные колебания от работы вибратора;
- беспорядочная несистемная пульсирующая промывка забоя;
Известна другая компоновка применяющаяся при бурении с пульсирующей промывкой забоя (2), включающая долото, УБТ, устройство с механизмом гидравлического сопротивления в виде многоступенчатой турбины, в которой роторы и статоры отдельно и системно жестко скреплены между собой, имеют сквозные окна, благодаря которым при вращении роторов относительно статоров возникают циклично гидроимпульсы. Цикличность гидроимпульсов положительно влияет на разрушение забоя скважин и уменьшает возможность сальникообразования. Однако компоновка имеет недостаток - в устройстве невозможно устанавливать большое количество ступеней турбин, так как при некотором, их количестве сквозные окна перекрываются. Поток не успевает через них пройти при данном количестве оборотов вала устройства. Это ограничивает получение высоких величин импульсов, что снижает эффект от применения данной КНБК, так как не происходит полной очистки забоя от накопившегося шлама и сальника.
Техническая задача предлагаемой полезной модели - создание компоновки низа бурильного инструмента с высокой эффективностью воздействия промывкой буровым раствором на забой скважины, также циклическими импульсами, но с большей гидравлической энергией.
Поставленная задача, решается при включенном в компоновку механизма гидравлического сопротивления в виде многоступенчатой турбины со сквозными окнами, механизма создания дополнительного гидравлического сопротивления отражателя, установленного на некотором расстоянии от основного источника, например в пределах КНБК.
Выполнение в предлагаемой компоновке усиления гидроимпульса технологически происходит по следующей схеме. Согласно ей, в процессе бурения поток бурового раствора, проходя через устройство для создания гидроимпульсов (многоступенчатую турбину) получает над ним циклично импульсы повышенного, пониженного давления. Импульсы распространяются по бурильной колонне вверх до устья, отражаются от устья скважины и возвращаются обратно к устройству. Энергия гидроимпульсов теряется при прохождении нескольких сотен метров.
Энергия возвратной пульсации предельно низкая и не может быть использована в практической деятельности. Поэтому, чтобы использовать энергию возвращающихся импульсов возврат их необходимо производить на небольшом расстоянии от первоначального источника гидроимпульсов.
Реальность такого подхода представляют данные по экспериментам ВНИИКРнефть в трубопроводе диаметром 63 мм и длиной 560 м с использованием глинистого раствора. Испытания проводились при скоростях потока в пределах 0,88 и 1,04 м/с. Скорость распространения гидроимпульсов изменялась от 1200 до 1350 м/с. Приведенный пример показывает, что энергию отраженных импульсов можно использовать с учетом скоростей их распространения и затухания на расстоянии.
Согласно предложению представленной заявки на полезную модель задача решается следующим образом механизм создания гидравлического сопротивления для получения импульсов (на основе ступеней турбин) повышенной мощности дополнительно снабжен отражателем, включенным в компоновку; бурильного инструмента и установленным на некотором расстоянии основного источника. в пределах КHБК. с, учетом скорости распространения гидроимпульсов в данном гидроканале. Практически он решается установкой в бурильной колонне резонатора, например сферического типа.
Принципиальная схема представлена на рис.1. Резонатор встраивается в бурильную колонну /1/. Резонатор имеет корпус /2/ несколько увеличенного по внутреннему диаметру для установки в нем центрично отражателя сферического типа /3/. В практике резонатор отражатель можно располагать над УБТ или между трубами УБТ с учетом скорости нисходящего потока, размера бурильных труб. Точнее расстояние, на котором устанавливаются отражатели гидроимпульсов, идущих снизу, вверх, определяются с учетом специфики режимов бурения в каждом районе. В связи со сложностью процесса бурения непрерывного полного совпадения отраженных импульсов с импульсами вновь создаваемых устройством над долотом не происходит. Однако этого уже бывает достаточно чтобы получить на забое проявление резонансных явлений в виде суммированных гидроимпульсов и следовательно, повышения показателей бурения за счет более полной очистки забоя от шламовой подушки из частиц шлама на забое и от образовавшихся сальников. Резонансные явления обеспечиваются тем, что частота импульсов, распространяющихся от устройства над долотом и от резонатора-отражателя, практически одинаковы.
Многочисленными испытаниями в скважинах показано, что волны импульсов в бурильном инструменте распространяются со скоростью в диапазоне 1200-1300 м/с. Это позволяет расчетливо ставить отражатели и в глубоких скважинах так, чтобы импульс снизу проходил расчетное расстояние и возвращался суммируясь оп вновь созданным импульсом на устройстве - механизме на основе ступеней турбин. При этом мощность гидравлической системы буровой установки используется с большей эффективностью.
Предлагаемая модель компоновки для воздействия усиленной мощности пульсирующей промывкой на забой скважины, включающей долото, утяжеленные трубы (УБТ), механизм гидравлического сопротивления в виде многоступенчатой турбины со сквозными окнами для создания гидроипульсов давления отличается тем, что механизм создания гидравлического сопротивления для получения импульсов давления повышенной мощности дополнительно снабжен отражателем, включенным в компоновку бурильного инструмента и установленным на некотором расстоянии от -основного источника в пределах КНБК с учетом особенностей режима бурения скважин.
Предлагаемая модель компоновки позволяет иметь намного более мощный импульс, что позволяет использовать его с высоким эффектом при бурении через самые труднобуримые породы типа плотных глиносодержащих пород с тиксотропными; свойствами, которые под воздействием зубьев долота релаксируют и поэтому плохо поддаются разрушению. Резонирующий поток бурового раствора на забое, благодаря более мощным импульсам, заставляет жидкость более глубоко проникать в микротрещины и отрывать частицы от породы уже при контакте ее с зубом долота.
ЛИТЕРАТУРА
1. Паневник А.В. «Пульсирующая промывка призабойной зоны», НТЖ «Газовая промышленность», №13, 2000 год.
2. Патент на полезную модель «Устройство для воздействия пульсирующей промывкой на забой скважины», БИ №8, 2000 г.