ГИДРОМОНИТОРНАЯ НАСАДКА БУРОВОГО ДОЛОТА

Полезная модель относится к области долотостроения и может найти применение в шарошечных долотах, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин с приближенными к забою насадками.
Известно буровое долото, содержащее гидромониторную насадку с входным конфузорным участком и выходным цилиндрическим участком номинального диаметра, в котором с целью увеличения динамического действия струи выходное отверстие имеет большую протяженность и вытянута к забою скважины, т.е. насадка выполнена удлиненной и приближенной к забою. /Патент США №359952, Кл. Е 21 В 9/08, 1970/
Насадки такого типа предназначены для увеличения динамического действия струи на забой, однако они не выполняют поставленной задачи, что вызвано отдалением формирующего участка насадки от забоя и торможением уже приобретенной максимальной скорости потока в протяженном цилиндрическом участке. Кроме того, увеличенная скорость потока в цилиндрической части до номинальных значений вызывает повышенный, очень неравномерный износ цилиндрической части, нарушается ее геометрия и, как следствие, струя дробится, нарушается ее целостность и приближение насадки к забою теряет смысл, поток не
оказывает увеличенного динамического действия. Кроме того, данная насадка не предполагает увеличения объема подаваемой на забой промывочной жидкости.
Известна так же удлиненная насадка бурового долота, содержащая последовательно расположенные входной конфузорный участок, цилиндрический успокоитель, второй конфузорный участок и следующее за ним выходное отверстие номинального диаметра /Патент RU №2012763, М. кл. Е 21 В 10/18, 1994/
Такая насадка оказывает повышенное гидродинамическое действие на породу забоя, однако, из насадки истекает количество жидкости, определяемое перепадом давления на насадке и диаметром выходного отверстия, в то время, как качество очистки забоя от шлама зависит, в том числе, и от количества промывочной жидкости попадающей в зону бурения.
Из известных устройств наиболее близкой к предлагаемой является гидромониторная насадка бурового долота, содержащая входной конфузорный участок и выходное отверстие номинального диаметра /Авторское свидетельство СССР №548700, М. кл. Е 21 В 9/08, 1974/.
Недостатком известной конструкции является то, что выходное отверстие находится в отдалении от забоя, вследствие чего исходящая из нее струя разрушается, ядро постоянных скоростей струи не доходит до забоя, не производя разрушающего динамического действия на породу. Кроме того, количество подаваемого на забой бурового раствора так же ограничивается диаметром выходного отверстия и напором.
Задачей изобретения является увеличение динамического действия жидкости на забой и увеличение объема и мощности истекающей из насадки жидкости, следствием чего является улучшение очистки забоя от выбуренного шлама, а так же повышение производительности бурения.
Поставленная задача достигается за счет того, что гидромониторная насадка бурового долота, содержащая входной конфузорный участок и
выходное отверстие номинального диаметра, согласно полезной модели, снабжена камерой смешения, ступенчато расширенной относительно выходного отверстия насадки и размещенной последовательно после нее, причем в стенке камеры смешения выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие, размещенное в зоне сопряжения камеры смешения с выходным отверстием.
В предпочтительном варианте площадь поперечного сечения камеры смешения больше площади поперечного сечения выходного отверстия номинального диаметра в 1,15-1,55 раза.
Целесообразно, чтобы выходной участок камеры смешения был выполнен диффузорным.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид гидромониторной насадки, на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1, на фиг.3 - вариант выполнения камеры смешения насадки.
Гидромониторная насадка бурового долота содержит входной конфузорный участок 1 и выходное отверстие номинального диаметра 2. Насадка снабжена камерой смешения 3, ступенчато расширенной относительно выходного отверстия 2 и размещенной последовательно после нее. В стенке 4 камеры смешения 3 выполнено по крайней мере одно сквозное отверстие 5, размещенное в зоне сопряжения 6 камеры смешения 3 с выходным отверстием 2.
При этом, площадь поперечного сечения камеры смешения 3 больше площади поперечного сечения выходного отверстия 2 в 1,15-1,55 раза.
Кроме того, выходной участок 7 камеры смешения 3 может быть выполнен диффузорным.
Работа насадки происходит следующим образом.
В конфузорном участке 1 поток жидкости сужается и в выходном отверстии номинального диаметра 2 приобретает максимальную скорость и кинетическую энергию. Струя жидкости входит в камеру смешения 3, через которую подается на забой скважины. При входе струи из выходного
отверстия 2 в камеру смешения 3, в последней создается разреженное пространство, в которое за счет эжекционного эффекта через сквозные отверстия 5 засасывается жидкость, циркулирующая в зоне работы долота, и при этом, объемы жидкости истекающих из выходного отверстия 2 и из сквозных отверстий 5 суммируется и количество жидкости, подаваемой на забой скважины значительно увеличивается, при этом дополнительный эжектируемый поток приобретает максимальную скорость, сравнимую со скоростью потока из выходного отверстия 2. Соотношения площадей сечения камеры смешения и выходного отверстия выбраны экспериментально путем проведения стендовых испытаний.
Таким образом, затрачиваемая на долоте энергия промывочной жидкости за счет создания дополнительного эжектируемого потока увеличивается, на забой поступает суммарное количество жидкости, что в значительной степени улучшает очистку забоя от выбуренного шлама, что, в свою очередь повышает производительность бурения.
С целью увеличения эжекционного эффекта камера смешения 3 может иметь диффузорный участок 7.
Кроме указанного, насадка имеет положительный эффект, заключающийся в том, что засасываемая в камеру смешения 3 через сквозные отверстия 5 жидкость включает в себя отбуренные частицы шлама, которые с большой энергией ударяются о породу забоя, создавая дополнительный разрушающий эффект.