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 мере 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, жесткая подача нагрузки на долото сокращает его срок службы.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение срока службы долота, а также повышение эффективности работы устройства с возможностью его применения 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, при этом сверху шток соосно и жестко оснащен генератором импульса, состоящим из кожуха и полого сердечника, причем полый сердечник герметично установлен в кожух и подпружинен вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха.
На фигуре изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.
Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1, шток 2 герметично 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 сечения нижнего ряда радиальных отверстий 7 штока 2. Сверху корпус 1 соосно и жестко оснащен генератором импульса 10, состоящим из кожуха 11 и полого сердечника 12, причем полый сердечник 12 герметично установлен в кожух 11 и подпружинен посредством пружины 13 вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха 11. Шток 2 жестко соединен с кожухом 11.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента как показано на фигуре, причем на верхний конец полого сердечника 12 генератора импульса 10 наворачивают нижний конец винтового забойного двигателя (ВЗД) 14, а в нижний конец штока 2 вворачивают долото 15 (например, истирающее), имеющее центральный канал 16 и истирающую рабочую поверхность 17. С целью исключения «поршневания» в процессе работы генератора импульса 10 кожух 11 оснащен технологическим отверстием 18.
Устройство на конце бурильной колонны труб (на фиг. не показано) спускают в скважину в интервал бурения. После чего восстанавливают циркуляцию жидкости по колонне бурильных труб и ВЗД 14, при этом поток жидкости, достигнув устройства, попадает
внутрь полого сердечника 12 и далее через внутреннее пространство 19 кожуха 11 генератора импульса 10 попадает внутрь штока 2, при этом шар 5 садится на седло 3 и герметично перекрывает проходной канал 4.
В результате давление во внутреннем пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 и поток жидкости воздействует снизу на нижний торец полого сердечника 12, сжимая пружину 13, что приводит к перемещению полого сердечника 12, а также ВЗД 14 и всей компоновки бурильного инструмента вверх, то есть генератор импульсов 10 увеличивается в длине, одновременно с этим поток жидкости через верхний ряд радиальных отверстий 6 штока 2 попадает в перепускной канал 8, где воздействует на тангенциально размещены 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 канала 4 ниже седла 3 штока 2. В этот момент перемещение вверх полого сердечника 12 в кожухе 11 генератора импульса 10, ВЗД 14 и всей компоновки бурильного инструмента прекращается и за счет возвратной силы пружины 13 вышеуказанные элементы конструкции устройства опускаются вниз, при этом полый сердечник 12 возвращается в первоначально положение (см фиг.), а генератор импульсов 10 сокращается в длине. Поток жидкости из проходного канала 4 ниже седла 3 попадает в центральный канал 12 долота 11 и далее на истирающую его рабочую поверхность 19. Корпус 1 продолжает вращаться и уменьшает проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий 7 штока 1, перекрывая их, при этом во внутреннем пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 возрастает.
В дальнейшем выше описанный цикл повторяется, при этом происходит пульсация жидкости, ведущая к вибрации устройства. Частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости. Генератор импульса преобразует пульсацию жидкости в соосные малоамплитудные колебания на компоновке бурильного инструмента, тем самым способствуя снижению сил трения. Результатом чего является улучшение передачи нагрузки, то есть обеспечивается плавность подачи нагрузки на долото и снижение крутильных напряжений в колонне, особенно при наклонно-направленном бурении, что приводит к повышению срока службы долота.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, а повышение эффективности его работы связано с возможностью промывки устройства в процессе работы, а возможность применения устройства при бурении скважин малого диаметра расширяет его функциональные возможности.