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. 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 ведет к его быстрой поломке и, соответственно, выходу из строя;
- в-пятых, невозможна 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, а также седло, выполненное в проходном канале штока для размещения в нем шара.
Новым является то, что шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и штоком, при этом в перепускном канале на внутренней поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие корпусу вращаться относительно штока, частичного перекрывая и изменяя проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий штока.
На фигуре изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.
Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1, шток 2, установленный внутри корпуса 1, а также седло 3, выполненное в проходном канале 4 штока 2 для размещения в нем шара 5.
Шток 2 снабжен верхним 6 и нижним 7 рядами радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала 8, выполненного между корпусом 1 и штоком 2.
В перепускном канале 8 на внутренней поверхности корпуса 1 тангенциально размещены лопатки 9, позволяющие корпусу 1 вращаться относительно штока 2, частичного перекрывая и изменяя проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий 7 штока 2.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента как показано на фигуре, причем верхний конец штока 2 наворачивают на вал винтового забойного двигателя (ВЗД) 10, а в нижний конец корпуса 1 вворачивают на долото 11 (например, шарошечное), имеющее центральный канал 12.
Устройство на конце гибкой трубы или бурильной колонны труб (на фиг. не показано) спускают в скважину в интервал бурения, после чего восстанавливают циркуляцию жидкости в колонне бурильных труб через ВЗД 10, при этом поток жидкости, достигнув устройства, попадает внутрь штока 2, при этом шар 5 садится на седло 3 и герметично перекрывает проходной канал 4.
В результате поток жидкости через верхний ряд радиальных отверстий 6 штока 2 попадает в перепускной канал 8, где воздействует на тангенциально размещенные на
внутренние поверхности корпуса 1 лопатки 9, что приводит к вращению корпуса 1 относительно штока 2. Поток жидкости с вращением опускается вниз по перепускному канала 8, достигая нижнего ряда радиальных отверстий 7, при этом корпус 1, вращающийся относительно штока 2, увеличивает проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий 7, открывая их и пропуская поток жидкости в проходной канал 4 ниже седла 3 штока 2. Откуда поток жидкости попадает в центральный канал 12 долота 11, а оттуда на шарошки 13. Корпус 1 продолжает вращаться и уменьшает проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий 7 штока 1, перекрывая их.
В дальнейшем цикл с изменением проходного сечения нижнего ряда радиальных отверстий 7 штока 2 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.