УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ПРОМЫВКОЙ НА ЗАБОЙ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована в компоновке бурильного инструмента в качестве устройства для воздействия промывкой на забой при бурении скважин.
Известно устройство - наддолотный эжекторный насос (ЭЖГ), состоящий из корпуса, в котором сопла соосные с соплами камер смешения, камеры сообщены с торцевой частью ЭЖГ посредством сквозных соединительных каналов (Евстифеев С.В. Применение наддолотноо эжекторного насоса. // НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. № 7-8, 1995 ВНИИОЭНГ).
ЭЖГ спускают в скважину, навернув на долото. Часть раствора из бурильной колонны поступает ЭЖГ и создает при выходе из него в затрубное пространство эжекционный эффект, который помогает более эффективно оторвать от забоя уже разбуренные частицы и этим улучшить процесс бурения. Однако устройство при применении оказывается не достаточно эффективным, так как струи, выходя из ЭЖГ, попадают в поток жидкости, вращающейся вслед за вращением долота, и теряют свою направленность и эжектирующую способность.
Известно другое устройство (Паневник А.В. Пульсирующая промывка призабойной зоны. // НТЖ. Газовая промышленность, № 13, 2000 г.), применяющееся с целью создания пульсирующей промывки забоя скважины, уменьшая вероятность образования наддолотного сальника, очищая забой.
Пульсирующая промывка осуществляется при совместной работе скважинного струйного насоса и переменного гидравлического сопротивления, выполненного в виде шарового вибратора.
Устройство состоит из корпуса, в котором размещен
разделительный блок потока, состоящий из струйного насоса и вибратора. Поток бурового раствора с расходом Q подается к устройству по бурильной колонне. В устройстве происходит разделение потока. Одна часть - меньшая идет к струйному насосу, другая - через вибратор к долоту.
Недостатком устройства является беспорядочная несистемная пульсирующая промывка забоя. Эффективность устройства становится низкой при очистке забоя и воздействии на породу забоя.
Техническая задача полезной модели - повышение эффективности воздействия промывкой бурового раствора на забой за счет циклического концентрирования гидравлической энергии, подаваемой потоком раствора на забой.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в устройстве для воздействия пульсирующей промывкой на забой скважины, включающем корпус с размещенным в нем механизмом гидравлического сопротивления, согласно полезной модели последний выполнен в виде многоступенчатой турбины, содержащей комплект дисков статоров, соединенных с корпусом и жестко скрепленных между собой, и комплект дисков роторов, установленных на валу и жестко скрепленных между собой, причем по окружности проточной части дисков статоров и роторов установлены лопатки с образованием по всей длине комплекта дисков статоров, по меньшей мере, одного открытого или закрытого сквозного канала, а по всей длине комплекта дисков роторов, по меньшей мере, одного закрытого или открытого канала соответственно, циклически совмещающихся и разобщающихся при вращении дисков ротора.
Выполнение в предлагаемом устройстве для воздействия пульсирующей промывкой на забой скважины механизма гидравлического сопротивления в виде многоступенчатой турбины, содержащей комплекты дисков статоров и роторов с выполненными в них сквозными открытыми и закрытыми каналами, которые при вращении дисков роторов циклически
совмещаются и разобщаются, приводит к созданию высокого направленного гидроимпульса, так как при распределении давления в сквозных каналах циклически создается поток бурового раствора, концентрирующий гидравлическую энергию большей части всего потока.
Использование указанных отличительных признаков в сочетании с известными позволяет, по сравнению с прототипом, повысить эффективность воздействия промывкой бурового раствора на забой и использовать предлагаемое устройство для бурения через глиносодержащие породы высокой плотности с тиксотропными свойствами, плохо поддающиеся разрушению.
На фиг.1 изображено устройство для воздействия пульсирующей промывкой на забой скважины, встроенное в колонну бурильных труб.
На фиг.2 показано предлагаемое устройство, например, с тремя открытыми каналами в дисках статоров и тремя закрытыми каналами в дисках роторов в момент, когда каналы дисков статоров совмещены с каналами дисков роторов.
На фиг.3 показано предлагаемое устройство, например, с тремя открытыми каналами в дисках статоров и тремя закрытыми каналами в дисках роторов в момент, когда каналы дисков статоров открыты, а закрытые каналы дисков роторов перекрывают часть фильтрационной поверхности лопаток дисков статоров.
Устройство для воздействия пульсирующей промывкой на забой скважины включает корпус 1, размещенный в нем механизм гидравлического сопротивления, выполненный в виде многоступенчатой турбины, содержащей комплект дисков статоров 2, комплект дисков роторов 3, вал 4, упорные втулки 5 и переводник 6. Диски роторов 3 установлены на валу 2 и зафиксированы относительно вала 4 шпонкой 7. Диски статоров 2 жестко закреплены на корпусе 1 с помощью упорной втулки 5 и зафиксированы между собой штырями 8. По проточной части дисков статоров 2 лопатками образован по меньшей мере один сквозной проточный канал 9, а по проточной части
дисков роторов 3 лопатками образован по меньшей мере один сквозной проточный канал 10. Каналы 9 и 10 могут быть как открытыми, так и закрытыми. При этом, если канал 9 выполнен открытым, то канал 10 выполнен закрытым.
Работа устройства происходит следующим образом.
Устройство в собранном виде (фиг.1) устанавливается между двумя трубами в бурильной колонне или же между УБТ и долотом или между забойным двигателем и долотом. Механизм гидравлического сопротивления в виде многоступенчатой турбины может изготавливаться с различным количеством сквозных открытых и закрытых каналов в комплектах дисков статоров и роторов.
Количество открытых и закрытых сквозных каналов в дисках статоров 2 и роторов 3 определяет при вращении дисков роторов 3 частоту импульсов.
Работа устройства показана на примере, где в системе роторов 3, например, три канала 10 закрытых, в системе статоров 2, например, три канала 9 открытых (фиг.2 и 3). При прокачивании бурового раствора диски роторов 3 совместно с валом 4 начинают вращаться. При вращении циклично происходит совмещение и разобщение открытых каналов 9 дисков статоров 2 и закрытых каналов 10 дисков роторов 3. При перекрытии открытых каналов 9 закрытыми каналами 10 происходит резкое повышение давления. Расход жидкости при этом происходит по фильтрационной поверхности 11 лопаток дисков статоров 2 и дисков роторов 3.
После того, как открытые каналы 9 разобщаются с закрытыми каналами 10, давление резко снижается. Закрытые каналы 10 дисков роторов 3 перекрывают часть фильтрационной поверхности 11 лопаток дисков статоров 2. При этом происходит создание гидроимпульса. Таким образом, происходит цикличное изменение давления, и гидроимпульс периодически поступает на забой.
Частота вращения вала 2 многоступенчатой турбины, так же как и количество открытых и закрытых каналов определяет частоту
гидроимпульсов.
Предлагаемое устройство для воздействия пульсирующей промывкой на забой скважины в отличие от прототипа позволяет использовать его при бурении через плотные глиносодержащие породы с тиксотропными свойствами, которые под воздействием зубьев долота релаксируют, плохо поддаются разрушению. Пульсирующий поток бурового раствора на забое создает волновое воздействие на релаксирующую под воздействием долота породу, проникая в микротрещины и отрывая частицы породы от забоя. Породы с тиксотропными свойствами встречаются на разных глубинах: от 1000 до 3000 м и более и отличаются повышенными прочностными характеристиками, плотностью, глиносодержанием.
Преимуществом заявляемого устройства по сравнению с известным является его надежность работы благодаря применению многоступенчатой турбины для формирования единого потока бурового раствора к долоту и создания направленных гидримпульсов к забою, за счет выполнения открытых и закрытых каналов в проточной части дисков статоров и роторов, и осуществления при вращении дисков роторов циклического совмещения и разобщения открытых и закрытых каналов в турбине.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить эффективность воздействия промывкой бурового раствора на забой за счет циклического концентрирования гидравлической энергии, подаваемой потоком бурового раствора на забой.