УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к отрасли горной промышленности, а именно к технике ведения буровых работ, и может быть использована при бурении скважин в сложных горно-геологических условиях.
Известно устройство для очистки забоя скважины от песчаных пробок, которое состоит из полого корпуса с направляющей втулкой в его верхней части, поршня со штоком, установленного на нижнем конце корпуса приемного клапана и размещенной на штоке пружины (Лаврушко П.Н. Подземный ремонт скважины. М. Недра, 1968, с. 281-282, рис. 149). Для разрыхления песчаных пробок на конце устройства предусмотрен дополнительный инструмент - разрыхлитель, выполненный, например, в виде пики с конусной головкой, под которую в нижней части корпуса выполнено посадочное седло. В теле поршня устройства выполнены продольные перепускные каналы для перетока жидкости из нижней части устройства (из-под поршня) в верхнюю часть. С верхнего торца поршня свободно на штоке установлена крышка для перекрытия каналов в поршне. А для амортизации при ходе штока в крайнее верхнее и крайнее нижнее положения на штоке установлены пружины в свободном (ненагруженном) состоянии одна вне корпуса и другая в корпусе. На верхнем конце устройства имеется проушина для крепления тартального каната, на котором известное устройство спускается в скважину для работы и поднимается на поверхность.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и повышенное законтурное разрушение массива.
Известно устройство для очистки забоя скважины (заявка на изобретение РФ №93025902/03, опубл.10.01.1996). Сущность: устройство содержит полый корпус, направляющую втулку в верхней части корпуса, плунжер и установленный на нижнем конце корпуса приемный клапан. Плунжер соединен с нижним открытым концом колонны, в боковых стенках заведенной в корпус нижней части плунжера выполнены радиальные сквозные отверстия. Между верхним торцом корпуса и кольцевым буртиком установлена пружина в состоянии предварительного сжатия. Корпус в нижней части над приемным клапаном выполнен разъемным и введен в корпус приемного клапана с возможностью осевого перемещения, при этом на наружной поверхности корпуса между упорным буртиком и корпусом приемного клапана размещено пакерное уплотнение с упором на забой. При контакте приемного клапана с забоем плунжер перемещается вниз. Под весом колонны пакерное уплотнение плотно прижимается к эксплуатационной колонне, создавая повышенное давление в подпакерном пространстве. Жидкость вместе с песком и шламом с большой скоростью заполняет внутреннюю полость устройства и нижний конец колонны.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и низкая скорость бурения.
Известно устройство для очистки скважин (патент РФ №2386783, опубл. 20.04.2010, бюл. №11). Устройство содержит переводник с внутренним проходным каналом, в котором в исходном положении установлен с возможностью перемещения вверх подвижный клапан, зафиксированный в исходном положении. В первом варианте выполнения устройства с нижней неразъемной или разъемной частью переводника неподвижно связана направляющая воронка. Верхняя часть воронки связана с нижней частью переводника или с приемным полым удлинителем или с обмывочной трубой с возможностью пропускать через себя предметы или связана с переводником. Нижний конец направляющей воронки выполнен с вырезом по винтовой линии и с конической фаской на внутренней поверхности или в виде «пера» и т.п.В соответствии с другим вариантом выполнения устройства с нижней частью переводника связан ведущий корпус, в котором установлена с возможностью ограниченного продольного перемещения полая тяга, в верхней части которой выполнена цилиндрическая пята с возможностью взаимодействия с подвижным клапаном.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и низкая скорость бурения.
Известно устройство для очистки скважины (патент РФ №2186947, опубл. 10.08.2002, бюлл. 22), содержащее полый шток с кольцевым выступом и установленными на нем сбивным клапаном и пружиной сжатия, корпус с обратным клапаном, соединенный с хвостовиком и пакером, включающим расширяющий конус, причем полый шток и хвостовик выполнены с радиальными каналами, при этом радиальные каналы в полом штоке расположенными двумя рядами, разделенными между собой глухой поперечной перегородкой, в исходном положении перекрытыми втулкой, установленной на полом штоке с возможностью продольного перемещения и взаимодействия с пружиной сжатия и расширяющим конусом, выполненным с цилиндрической выборкой на внутренней поверхности, причем в исходном положении расширяющий конус соединен с корпусом и полым штоком с помощью срезаемых элементов, а в рабочем положении взаимодействует с выступом корпуса, а полый шток - с выступом расширяющего конуса, срезные и уплотнительные элементы.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и низкая скорость бурения.
Известно устройство для очистки забоя скважины от осадконакоплений (патент РФ №60129, опубл. 10.01.2007, бюл. №1). Устройство для очистки забоя скважины от осадконакоплений, включающее колонну насосно-компрессорных труб, подвешенную в скважине на талевой системе подъемного механизма, хвостовик и расположенный в нижней части колонны насосно-компрессорных труб откачивающий узел в виде присоединенного к нижней части колонны насосно-компрессорных труб посредством штока поршня с нагнетательным клапаном и упором, а также с размещенным в верхней части хвостовика цилиндром, в котором расположен поршень и всасывающий клапан, размещенный между хвостовиком и поршнем, отличающееся тем, что хвостовик снабжен захлопывающимся клапаном, расположенным в его нижней части, цилиндр снабжен, по крайней мере, одним сливным отверстием, расположенным в его верхней части с площадью сливного отверстия или суммы сливных отверстий не менее площади поперечного сечения хвостовика на выходе в устройство на уровне осадконакоплений.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и низкая скорость бурения.
Известно устройство для очистки забоя и ствола скважины от отложений и плавающих отходов (патент РФ №134984, опубл. 27.11.2013, бюл. №33), принятое за прототип. Поставленная задача решается устройством для очистки забоя и ствола скважины от отложений и плавающего мусора содержащее, гидрожелонку, перо-фильтр и перепускной клапан с регулируемой дроссельной муфтой, трубный щелевой фильтр, и оборудование в виде колонны насосно-компрессорных труб, являющееся одновременно контейнером для сбора грязной жидкости и шлама. Новым является то, что выше гидрожелонки последовательно расположены верхний, нижний и сетчатый фильтры и устройство для очистки забоя и ствола скважины от отложений и плавающих отходов. Новым является то, что устройство для очистки забоя и ствола скважины от отложений и плавающих отходов содержит полый корпус из пакерной резины в виде сегментов собранных в пакет с переходной трубкой с присоединительными резьбами, пружину-компенсатор и пружинный кольцевой фиксатор.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и низкая скорость бурения.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении эффективности выноса шлама.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки забоя скважины, включающем буровую колонну, буровое долото с соплами для продувки, корпус с резиновыми сегментами, согласно полезной модели корпус, закрепленный непосредственно за буровым долотом на буровой колонне, снабжен каналами для перепуска бурового шлама, расположенными под углом к оси буровой колонны, причем суммарная площадь поперечного сечения каналов для перепуска бурового шлама на 30% больше суммарной площади поперечного сечения сопел для продувки бурового долота, диаметр корпуса d, м принимают не менее 0,9 от диаметра скважины, высота корпуса h, м, составляет не менее 0,8 от диаметра скважины, а угол наклона а каналов для перепуска бурового шлама принимают не более 28 градусов от оси буровой колонны.
Технический результат достигается также тем, что корпус выполнен из эластичного износостойкого материала, например, резины.
Технический результат достигается также тем, что корпус закреплен на буровой колонне с помощью клеевого соединения.
Технический результат достигается также тем, что корпус закреплен на буровой колонне с помощью хомутов.
Устройство для очистки забоя скважины, поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображено устройство для очистки забоя скважины, объемный вид, на фиг. 2 изображено устройство для очистки забоя скважины, разрез по оси, на фиг. 3 изображено устройство для очистки забоя скважины, разрез по оси, на фиг. 4 изображено устройство для очистки забоя скважины, вид сверху, где:
1 - корпус устройства для очистки забоя скважины;
2 - каналы для перепуска бурового шлама;
3 - буровая колонна;
4 - хомуты для фиксации корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины на буровой колонне 3;
d - диаметр корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины, принимают не менее 0,9 от диаметра скважины, м;
h - высота корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины, не менее 0,8 от диаметра скважины, м;
α - угол наклона каналов 2 для перепуска бурового шлама, принимают не более 28 градусов от оси буровой колонны 3.
Бурение технологических скважин в сложных горно-геологических условиях, например высокая обводенность и трещиноватость, налагает особые требования к режимам бурения. Как правило режим бурения устанавливается в зависимости от эффективности выноса шлама с забоя скважины. Во многих случаях при этом для выноса шлама с забоя необходим компрессор с гораздо большей производительностью для обеспечения надежного выноса шлама. На практике замена компрессора на более мощный фактически неприемлема, поэтому предлагаемое устройство может решить данную проблему с уменьшением трудоемкости и повышением производительности бурения технологических скважин (из-за снижения перебуров и завалов скважин). Принцип работы устройства заключается в создании зоны турбулентности на уровне забоя с приданием увеличенного ускорения частицам шлама для более эффективного их выноса из ствола скважины.
Устройство для очистки забоя скважины содержит корпус 1 устройства для очистки забоя скважины, закрепленный на буровой колонне 3. В теле корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины выполнены каналы 2 для перепуска бурового шлама. Корпус 1 устройства для очистки забоя скважины может быть зафиксирован на буровой колонне 3 с помощью хомутов 4. Также корпус 1 устройства для очистки забоя скважины может быть зафиксирован на буровой колонне 3 с помощью клеевого соединения (условно не показано). Диаметр d корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины, принимают не менее 0,9 от диаметра скважины для обеспечения беспрепятственного осуществления спуско-подъемных операций и вращения. Большие значения диаметра d могут привести к застреванию корпуса 1 устройства в скважине (условно не показана). Высоту h корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины принимают не менее 0,8 от диаметра скважины для обеспечения достаточного пути разгона частиц бурового шлама в зазоре между стенкой скважины (условно не показана) и корпусом 1. Меньшая высота h корпуса не обеспечит достаточный разгон частиц бурового шлама, что вызовет заштыбовку данного узла с прихватом буровой колонны 3 в скважине. Угол α наклона каналов 2 для перепуска бурового шлама, принимают не более 28 градусов от оси буровой колонны 3 для обеспечения достаточного проходного сечения при вращении корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины на буровой колонне 3. Меньшие значения угла α наклона каналов 2 для перепуска бурового шлама не позволять компенсировать изгиб при знакопеременных нагрузках. Конкретные значения диаметра d, высоты h корпуса 1 устройства для очистки забоя скважины, а также угол наклона α каналов 2 для перепуска бурового шлама определяют аналитическим, экспериментально-аналитическим или опытным путем. Суммарная площадь поперечного сечения каналов 2 для перепуска бурового шлама на 30% больше суммарной площади поперечного сечения сопел для продувки бурового долота для обеспечения надежного выноса шлама при бурении. Меньшая площадь поперечного сечения каналов 2 для перепуска бурового шлама может привести к образованию пробок.
Использование предлагаемого устройства для очистки забоя скважины заключается в следующем. Корпус 1 устройства для очистки забоя скважины с проделанными в нем каналами 2 для перепуска бурового шлама крепят, например, при помощи хомутов 4, на буровой колонне 3. Затем к буровой колонне 3 прикручивают буровое долото (условно не показано) и приступают к бурению технологических скважин с соблюдением требуемых параметров. Установленное устройство в процессе работы создает дополнительную турбулентность на забое скважины, что способствует более эффективному выносу шлама с обеспечением более высокой устойчивости стволов скважин.
Применение устройства для очистки забоя скважины обеспечивает следующие преимущества:
- снижение трудоемкости бурения скважин в сложных горно-геологических условиях;
- повышение скорости бурения;
- снижение стоимости устройства;
- упрощение конструкции устройства.