Наддолотный эжекторный насос
NEAR-BIT EJECTOR PUMP

Изобретение относится к области строительства глубоких скважин, в частности к наддолотным эжекторным насосам и может быть использовано для снижения забойного давления, уменьшения загрязнения (кольматации) продуктивного пласта при первичном вскрытии и повышения механической скорости бурения.
Известен наддолотный эжекторный насос, включающий корпус с внешним кольцевым каналом посредством которого затрубное пространство над насосом сообщено с пространством ниже него, центральным стволом, разделительной перегородкой, эжекторами, полость нагнетания которых сообщена с центральным стволом до перегородки каналами высокого давления, камерами смешения связанными через каналы низкого давления с центральным стволом после перегородки и диффузорами гидравлически связанными с затрубным пространством [1]. Применение эжекторного насоса создает обратную призабойную промывку, улучшает очистку долота, повышает механическую скорость бурения, улучшает стабилизацию забойной компоновки и способствует уменьшению количества утяжеленных бурильных труб (УБТ).
Недостатком этого устройства является низкая величина снижения забойного давления при механическом углублении скважины. Это объясняется тем, что при работе эжекторного насоса затрубное пространство над насосом свободно сообщается через внешний кольцевой канал с пространством ниже него и перепада давления на устройстве практически не происходит. В свою очередь незначительное снижение забойного давления ограничивает возможности уменьшения кольматации продуктивного пласта и повышения скорости бурения.
Известен наддолотный эжекторный насос, включающий корпус с внешними сквозными каналами, посредством которых затрубное пространство над насосом сообщено с пространством ниже него, центральным стволом, эжекторами, расположенными по окружности вокруг центрального ствола и сообщенными с ним каналами высокого давления, камерами смешения связанными через прямолинейные каналы низкого давления с затрубным пространством ниже нижнего торца корпуса и диффузорами гидравлически связанными с затрубным пространством [2].
Недостатком этого устройства также является низкая величина снижения забойного в виду того, что затрубное пространство над насосом свободно сообщается через внешние сквозные каналы с пространством ниже него и перепада давления практически не происходит. Это снижает эффективность устройства, ограничивает возможности уменьшения кольматации продуктивного пласта и повышения скорости бурения.
Цель изобретения - повышение эффективности устройства за счет увеличения величины снижения забойного давления при механическом углублении скважины.
Поставленная цель достигается тем, что в наддолотном эжекторном насосе, включающем корпус с внешними сквозными каналами, посредством которых затрубное пространство над насосом сообщено с пространством ниже него, центральным стволом, разделительной перегородкой, эжекторами, расположенными в верхней части корпуса вокруг центрального ствола и сообщенными с ним до перегородки каналами высокого давления, камерами смешения связанными через каналы низкого давления с центральным стволом после перегородки и диффузорами гидравлически связанными с затрубным пространством, корпус насоса выполнен в виде составного лопастного калибратора, на внешней поверхности которого в ограничительном окне установлен регулируемый дроссель с возможностью перекрытия на заданную величину сквозных каналов корпуса ниже диффузоров, причем дроссель выполнен в виде упругой резиновой манжеты, внутренняя полость которой связана с центральным стволом корпуса каналами высокого и низкого давления соответственно до и после перегородки, при этом связь внутренней полости с тем или иным каналом осуществляется путем смещения составных частей калибратора в зависимости от действующей на него осевой нагрузки.
На фиг. 1 представлен наддолотный эжекторный насос в скважине, транспортное положение; на фиг. 2 - то же, рабочее положение; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2.
Корпус насоса выполнен в виде составного верхнего 1 и нижнего 2 лопастного калибратора (фиг. 1) и содержит центральный ствол 3, разделительную перегородку 4, эжекторы (сопла) 5, камеры смешения 6 и диффузоры 7 гидравлически связанные с затрубным пространством 8. Эжекторы 5 расположены в верхней части 1 калибратора вокруг центрального ствола 3 и сообщены с ним до перегородки 4 каналами 9 высокого давления. Камеры смешения 6 связаны через каналы 10 низкого давления с центральным стволом 3 после перегородки 4. Центральный ствол 3 через внутреннюю полость долота 11 гидравлически связан с забоем, а через бурильный инструмент 12 - с устьем скважины. Верхняя часть 1 калибратора жестко связана с бурильным инструментом 12, а нижняя часть 2 - с долотом 11. Между собой верхняя 1 и нижняя 2 части калибратора взаимодействуют через упругую шайбу (гровер) 13, позволяющую незначительно смещать их относительно друг друга при определенной осевой нагрузке в рабочем положении (фиг. 2). Крутящий момент при работе калибратора может передаваться через шайбу 13 или дополнительное шлицевое соединение (не показано). Составной калибратор, например, с четырьмя лопастями 14 (фиг. 3), взаимодействующими со стенкой 15 скважины практически без зазора, содержит внешние сквозные каналы 16, посредством которых затрубное пространство над насосом сообщено с пространством ниже него. На внешней поверхности калибратора в ограничительном окне 17 ниже диффузоров 7 установлен управляемый давлением дроссель 18 с возможностью перекрытия при углублении скважины сквозных каналов 16 на заданную величину. При этом в процессе углубления скважины между дросселем 18 и стенкой 15 образуется некоторый зазор 19 (фиг. 4) определяющий перепад давления на устройстве. Дроссель 18 выполнен с заданной жесткостью в виде упругой резиновой манжеты, внутренняя полость 20 которой связана с центральным стволом 3 каналами высокого 21 и низкого 22 давления соответственно до и после перегородки 4. Связь внутренней полости 20 с тем или иным каналом 21, 22 осуществляется путем смещения составных частей 1, 2 калибратора в зависимости от действующей на него осевой нагрузки. При данном рабочем давлении на эжекторах 5 величина зазора 19 определяется жесткостью дросселя 18 и берется исходя из возможности получения максимального перепада на устройстве - порядка 2÷3 МПа для реальных условий промывки скважины и КПД эжекторного насоса.
Наддолотный эжекторный насос работает следующим образом.
При разбуривании продуктивной части разреза производят спуск до забоя наддолотного эжекторного насоса в виде частей 1, 2 составного лопастного калибратора (фиг. 1). В транспортном положении при спуске устройства в скважину, промывке и проработке ствола с незначительной осевой нагрузкой на долото 11 (например, до 20÷30 Кн) части 1, 2 составного калибратора под действием упругой шайбы 13 находятся в раздвинутом состоянии. В этом случае внутренняя полость 20 при подаче рабочего давления связана (шунтируется) каналом 22 низкого давления с центральным стволом 3 после перегородки 4, дроссель 18 находится в закрытом состоянии, не перекрывает сквозные каналы 16 (фиг. 3) и составной калибратор 1, 2 работает как обычный калибратор. После спуска инструмента на забой проводят бурение скважины с передачей осевой нагрузки и крутящего момента долоту 11. В процессе бурения скважины величину репрессии на пласт регулируют путем изменения плотности промывочной жидкости и поддерживают не более 2÷3 МПа, что регламентируется инструкциями и вполне приемлемо для большинства "старых" добывающих регионов. В рабочем положении при углублении скважины с проектной осевой нагрузкой на долото 11 (более 20÷30 Кн) части 1, 2 составного калибратора сближаются (фиг. 2), канал 22 низкого давления перекрывается, а внутренняя полость 20 дросселя 18 через канал 21 сообщается с высоким давлением центрального ствола 3 до перегородки 4. В результате этого дроссель 18 деформируется в ограничительном окне 17 и перекрывает сквозные каналы 16 с таким зазором 19 (фиг. 4), чтобы получить максимальный перепад давления на устройстве и соответственно значительное снижение забойного давления - порядка 2÷3 МПа. При этом бурение ведут с обратной призабойной промывкой, создаваемой эжекторами 5 при рабочем нагнетательном давлении поверхностного насоса. Нагнетаемый до перегородки 4 поток жидкости направляется в эжекторы 5 струйного насоса и через диффузоры 7 выходит в затрубное пространство 8. Основной поток жидкости движется к устью скважины, а часть потока подсасывается эжекторами 5 и направляется вниз через зазор 19 к долоту 11 с перепадом давления 2÷3 МПа. Далее этот поток, двигающийся с большой скоростью, очищает забой от шлама и через внутреннюю полость долота 11, центральный ствол 3, каналы 10 низкого давления, камеры смешения 6 и диффузоры 7 также выводится в затрубное пространство 8. Большая скорость потока не существенно влияет на размыв стенок 15, так как этот поток на каждой глубине скважины действует незначительное время. Лопасти 14 калибратора при углублении расширяют и выравнивают стенки 15 до окружности, центрируют и защищают дроссель 18 от износа. Таким образом, существенный перепад давления, развиваемый предлагаемым устройством при углублении скважины, обеспечивает дополнительное снижение забойного давления и позволяет для большинства "старых" добывающих регионов использовать режим равновесия или депрессии давлений, что существенно уменьшает кольматацию коллекторов и повышает скорость проходки.
Предлагаемый наддолотный эжекторный насос обеспечивает эффективное вскрытие продуктивной части разреза в режиме равновесия и депрессии на пласт. Геологическая и экономическая эффективность устройства заключается в снижении загрязнения коллекторов, повышении, в конечном счете, нефтеотдачи пласта, сокращении средств на механическое углубление скважины и освоение продуктивных пластов, а также увеличение суммарной добычи углеводородов.
Источники информации
1. Устройство для бурения скважин. С.В. Соломенников и др. Авторское свидетельство №866122. E21B 21/00.
2. Наддолотный эжекторный насос. С.В. Евстифеев. Патент РФ №2020292. F04F 5/10 (прототип).