ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ
HYDRO-ACOUSTIC FACILITY FOR HOLE DRILLING

Изобретение относится к буровому породоразрушающему инструменту, особенно для проводки глубоких скважин в геологически осложненных условиях и для вскрытия бурением продуктивного пласта.
Прототипом предлагаемого изобретения является гидроакустическое устройство для бурения скважины, включающее корпус с промывочным каналом, узел генерирования гидроакустических волн, эжекционный узел для создания депрессии и буровое долото (см. патент РФ №2270315, Кл. Е21В 7/00, Е21В 21/00, заявка №2004108275/03 от 22.03.04).
Недостатком прототипа являются сложность конструкции и слабое гидроакустическое воздействие на забой скважины в процессе бурения. Это значительно ухудшает технико-экономические показатели бурения. Кроме того, ухудшает качество вскрытия продуктивного горизонта, приводит к загрязнению пласта и существенному снижению его продуктивности.
Указанные недостатки прототипа устраняются в предложенном устройстве.
Целью и техническим результатом изобретения является разработка и создание высокоэффективной и надежной конструкции гидроакустического устройства для проводки глубоких скважин в геологически осложненных условиях и сохранение естественной продуктивности пласта в процессе его первичного вскрытия.
Для достижения цели и технического результата в конструкции гидроакустического устройства для бурения скважины, содержащего корпус с промывочным каналом, узел генерирования гидроакустических волн, выполненный в виде вихревой камеры с тангенциальными входными каналами, эжекционный узел, снабженный соплами для создания депрессии, и буровое долото, согласно изобретению, вихревая камера установлена в корпусе устройства и снабжена камерой предварительного закручивания потока, выполненной с тангенциальными входными каналами, а на корпусе выполнены винтовые канавки, кроме того, промывочный канал корпуса гидравлически сообщается с соплами эжекционного узла и тангенциальными входными каналами камеры предварительного закручивания потока (см. фиг.1 и 2).
Кроме того, корпус снабжен диафрагменным резонатором, установленным с кольцевым зазором ниже торца вихревой камеры, образуя тороидальную резонансную камеру вокруг вихревой камеры, а эжекционный узел выполнен в корпусе устройства в виде трубки Вентури и снабжен соплами (см. фиг.1 и 3).
Для расширения технологических и функциональных возможностей применения устройства узел генерирования гидроакустических волн и эжекционный узел для создания депрессии выполнены в модульном исполнении и могут быть использованы для выполнения технологических операций каждый в отдельности (см. фиг.6 и 7).
Обоснование некоторых отличительных признаков.
В предложенном устройстве, в отличие от прототипа, вихревая камера установлена в корпусе устройства и снабжена камерой предварительного закручивания потока. Применение предложенной конструкции позволяет исключить время и затраты, связанные с подготовкой долота для установки вихревой камеры, а камера предварительного закручивания потока обеспечивает вращательное движение потока перед вихревой камерой в том же направлении, что и в вихревой камере, и позволяет получить определенную начальную тангенциальную скорость на входе в вихревую камеру. Это в свою очередь повышает акустический КПД и эффективность воздействия на забой. Винтовые канавки, выполненные на корпусе, способствуют удалению выбуренной породы из призабойной зоны горизонтальных и наклонных скважин и предотвращают прихват устройства в скважине.
Снабжение устройства диафрагменным резонатором обусловлено тем, что при натекании тангенциального потока радиального направления на лезвие диафрагменного резонатора в нем возбуждаются интенсивные изгибные колебания, которые создают дополнительные гидроакустические волны. Тороидальная резонансная камера, образованная диафрагменным резонатором и вихревой камерой, служит для генерирования дополнительной гидроакустической энергии и усиления амплитуды колебания диафрагменного резонатора.
С целью повышения эффективности работы эжекционного узла и предотвращения размыва стенки скважины струей, истекающей из сопла, эжекционный узел выполнен в корпусе устройства в виде трубки Вентури.
Для выполнения отдельных технологических операций узел генерирования гидроакустических волн и эжекционный узел для создания депрессии выполнены в модульном исполнении. Например, при бурении интервалов с аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД) нужно использовать устройство без эжекционного узла (см. фиг.6), а при бурении продуктивного горизонта с аномально низким пластовым давлением (АНПД) нужно использовать устройство с эжекционным узлом (см. фиг.1, 3 и 7).
Сущность изобретения поясняется приведенными чертежами:
- на фиг.1 изображен общий вид гидроакустического устройства для бурения скважины в разрезе с узлом генерирования гидроакустических волн и эжекционным узлом для создания депрессии;
- на фиг.2 - общий вид устройства и винтовые канавки, выполненные на корпусе устройства;
- на фиг.3, 4 и 5 - эжекционный узел, выполненный в виде трубки Вентури;
- на фиг.6 - узел генерирования гидроакустических волн в модульном исполнении (без эжекционного узла)
- на фиг.7 - эжекционный узел для создания депрессии в модульном исполнении (без узла генерирования гидроакустических волн).
Устройство состоит из корпуса 1 с промывочным каналом 2, узла генерирования гидроакустических волн, выполненного в виде вихревой камеры 3 с тангенциальными входными каналами 4, долота 5, эжекционного узла, выполненного в виде продольных пазов 6, сопл 7. Вихревая камера 3 установлена в корпусе 1 и снабжена камерой 8 предварительного закручивания потока. Камера 8 имеет тангенциальные входные каналы 9. Тангенциальные каналы 4 и 9 имеют одинаковое вращательное направление. На корпусе 1 выполнены винтовые канавки 10 (см. фиг.2). Корпус 1 снабжен диафрагменным резонатором 11. Диафрагменный резонатор 11 образует вокруг вихревой камеры 3 тороидальную резонансную камеру 12. Для создания глубокой депрессии на забой и предотвращения размыва стенки скважины, эжекционный узел выполнен в виде трубки Вентури и включает сопло 7, камеру смешения 13 и диффузор 14 (см. фиг.3, 4 и 5). Камера смешения 13 имеет боковое окно 15 для поступления инжектируемой жидкости.
Устройство работает следующим образом (см фиг.1). Буровая жидкость по бурильной колонне подается в промывочный канал 2 корпуса 1. Затем часть потока по тангенциальным каналам 9 камеры 8 предварительного закручивания и тангенциальным каналам 4 поступает в вихревую камеру 3, а другая часть потока через сопла 7 - в продольные пазы 6 (или через камеру смешения 13 в диффузор 14 (см. фиг.3, 4 и 5)), далее - в межтрубное пространство.
В вихревой камере 3 поток приобретает вращательное движение по спирали. При этом в вихревой камере 3 и центральной зоне забоя образуется разрежение. В результате периодического проскока буровой жидкости из призабойной зоны в вихревую камеру на выходе из камеры 3 генерируются гидроакустические волны. Далее тангенциальный поток радиального направления натекает на лезвие диафрагменного резонатора 11, попадает в тороидальную резонансную камеру 12 и через долото 5 - на забой скважины.
Использование кинетической энергии вращательного потока вихревой камеры 3 позволяет усилить энергию гидроакустических волн.
В результате забой скважины одновременно подвергается гидроакустическому, депрессионному и кавитационному воздействиям. Комплексное воздействие на забой скважины способствует высокоэффективно вести бурение глубоких скважин в геологически осложненных условиях, сохранению естественной продуктивности пласта в процессе первичного его вскрытия.
Устройство без конструктивных изменений может быть использовано для обработки призабойной зоны, вызова притока и освоения скважины. Кроме того, устройство может быть использовано в качестве гидроакустического диспергатора, эмульгатора, гомогенизатора многокомпонентных и многофазных жидкостей, для диспергирования бурового и тампонажного растворов непосредственно в скважине в процессе выполнения технологических операций.
Устройство имеет простую конструкцию, надежность в работе и технологичность в изготовлении.