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 быстрому выходу из строя;
- в-пятых, не возможна 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, ниппель, установленный внутри корпуса, шток, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля с корпусом.
Новым является то, что ниппель снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, при этом ниппель внутри снабжен глухой перегородкой, разделяющей верхний и средний ряды радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и ниппелем, при этом в перепускной канал установлен шток, выполненный кольцевым и подпружиненный снизу, при этом шток перекрывает средний ряд радиальных отверстий ниппеля в исходном положении.
На фигуре изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.
Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1, ниппель 2, установленный внутри корпуса 1, шток 3, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля 2 с корпусом 1.
Ниппель 2 снабжен верхним 4, средним 5 и нижним 6 рядами радиальных отверстий. Ниппель 2 внутри снабжен глухой перегородкой 7, разделяющей верхний 4 и средний 5 ряды радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала 8, выполненного между корпусом 1 и ниппелем 2.
В перепускной канал 8 установлен шток 3, выполненный кольцевым и подпружиненный снизу посредством пружины 9, при этом шток 3 перекрывает средний ряд радиальных отверстий 5 ниппеля 2 в исходном положении.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента как показано на фигуре, причем верхний конец корпуса 1 наворачивают на вал винтового забойного двигателя (ВЗД) 10, а в нижний конец корпуса 1 вворачивают 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 корпуса 1 и через верхний ряд радиальных отверстий 4 ниппеля 2 попадает в перепускной канал 8 и воздействует сверху на шток 3, в результате чего последний, сжимая пружину 9, опускается вниз относительно ниппеля 2 с корпусом 1 до тех пор, пока не откроется средний ряд радиальных отверстий 5, который был перекрыт штоком 3 в исходном положении.
Циркуляцию жидкости продолжают, в следствии чего поток жидкости через открывшийся под действием давления жидкости средний ряд радиальных отверстий 5 ниппеля 2 попадает внутрь ниппеля 2, откуда жидкость сквозь нижний ряд радиальных отверстий 6 ниппеля 2 поступает в перепускной канал 8, воздействуя снизу на шток 3, создавает дополнительный подпор жидкости.
Далее жидкость из внутреннего пространства ниппеля 2 попадает в центральный канал 12 долота 11, а оттуда на шарошки 13, при этом давление жидкости над штоком 3 падает и последний за счет возвратной силы пружины 9 и отмеченного выше дополнительного подпора жидкости, оказываемого на шток 3 снизу, возвращается обратно, перекрывая средний ряд радиальных отверстий 5 ниппеля 2.
Циркуляцию жидкости продолжают, при этом давление жидкости над штоком 3 внутри корпуса 1 возрастает и последний вновь опускается вниз, сжимая пружину 9, и открывает верхний ряд радиальных отверстий 4 ниппеля 2, в результате чего вновь происходит поступление жидкости в центральный канал 12 долота 11 и далее на шарошки 13.
В дальнейшем цикл 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.