УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Предложение относится к бурению и капитальному ремонту скважин и предназначено для вибрационного бурения скважин.
Известно устройство для вибрационного бурения скважин (патент RU №2239043, Е21В 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, Е21В 7/24, опубл. в 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 степени 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, устройство создает ударные нагрузки на долото, что значительно снижает ресурс долота;
- в-пятых, не возможна работа устройства при спуске его на гибкой трубе.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства, исключение ударных нагрузок на долото в процессе работы устройства и повышение эффективности его работы, а также возможность спуска устройства на гибкой трубе и использования устройства при бурении скважин малого диаметра.
Указанная задача решается устройством для вибрационного бурения скважин, содержащим корпус, шток с проходным каналом, размещенный внутри корпуса.
Новым является то, что шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой, уставленной в проходном канале штока, и сообщающихся между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и штоком, причем на наружной поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие в рабочем положении корпусу вращаться относительно штока, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего и нижнего рядов радиальных отверстий штока.
На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.
На фигуре 2 изображено поперечное сечение устройства по верхнему ряду радиальных отверстий устройства.
Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1 (см. фиг.1), шток 2 с проходным каналом 3, герметично установленный внутри корпуса 1.
Шток 2 снабжен верхним 4 и нижним 5 рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой 6, уставленной в проходном канале 3 штока 2.
Верхний 4 и нижний 5 ряды радиальных отверстий штока 1 сообщаются между собой посредством перепускного канала 7, выполненного между корпусом 1 и штоком 2.На наружной поверхности корпуса 1 тангенциально размещены лопатки 8, позволяющие в рабочем положении корпусу 1 вращаться относительно штока 2, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего 4 (см. фиг.2) и нижнего 5 (см. фиг.1) рядов радиальных отверстий штока 2.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента как показано на фигуре 1, причем верхний конец штока 2 наворачивают на вал винтового забойного двигателя (ВЗД) 9, а в нижний конец корпуса 1 вворачивают долото 10 (например, шарошечное), имеющее центральный канал 11.
Устройство на конце гибкой трубы или бурильной колонны труб (на фиг. не показано) спускают в скважину в интервал бурения, после чего подают жидкость в колонну бурильных труб (на фиг.1 и 2 не показано) через ВЗД 9 и далее по проходному каналу 3
штока 2 выше глухой перегородки 6 сквозь верхний ряд радиальных отверстий 4 штока 2 в перепускной канал 7 (благодаря глухой перегородке 6, выполненной в проходном канале 3 штока 2), откуда жидкость сквозь нижний ряд радиальных отверстий 5 штока 2 попадает в проходной канал 3 штока 2 ниже глухой перегородки 6 и через центральный канал 11 долота 10 сквозь шарошки 13 поток жидкости поднимается вверх и по достижению корпуса 1 воздействует на тангенциально размещенные на наружной поверхности корпуса 1 лопатки 9, что приводит к вращению корпуса 1 относительно штока 2. Далее поток жидкости поднимается на устье скважины и появляется циркуляция. После чего начинают бурение скважины, при этом поток жидкости по колонне бурильных труб и ВЗД 9 и далее по проходному каналу 3 штока 2 выше глухой перегородки 6 достигает верхнего ряда 4 радиальных отверстий штока 2, при этом вращающийся корпус 1, относительно штока 2, сначала увеличивает проходное сечение верхнего ряда 4 (см. фиг.2) радиальных отверстий штока 2 до полного их открытия, а затем уменьшает проходное сечение верхнего ряда 4 радиальных отверстий штока 2 до полного их закрытия. В результате в проходной канал 7 (см. фиг.1) попадает пульсирующий поток жидкости, который опускается вниз по перепускному каналу 7 и достигает нижнего ряда 5 радиальных отверстий штока 2, при этом корпус 1, продолжает вращаться относительно штока 2, сначала увеличивая проходное сечение нижнего ряда 5 радиальных отверстий штока 2 до полного их открытия, а затем уменьшая проходное сечение нижнего ряда 5 радиальных отверстий штока 2 до полного их закрытия, при этом поток жидкости, пульсируя попадает в проходной канал 3 штока 2 ниже глухой перегородки 6, откуда поток жидкости попадает в центральный канал 11 долота 10, а оттуда на шарошки 12.
В дальнейшем вышеописанный процесс повторяется, при этом происходит пульсация жидкости, ведущая к вибрации устройства, при этом частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости. В результате шарошечное долото совершает только вибрационные колебания, исключая ударные нагрузки, что значительно продлевает срок службы долота.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, а повышение эффективности его работы связано с возможностью промывки устройства в процессе работы, а возможность спуска на гибкой трубе и использование устройства при бурении скважин малого диаметра расширяет его функциональные возможности.