ОСЦИЛЛЯТОР-ТУРБУЛИЗАТОР

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к скважинному оборудованию и направлена на совершенствование и повышение эффективности бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин со сложными горно-геологическими условиями.
Известны различные конструкции виброусилителей: с трехлопастным гидроприводом, с перекидным клапаном, с регулируемой динамикой, с гидравлическим усилителем (Б.З.Султанов, М.С.Габдрахимов, P.P.Сафиуллин, А.С.Галеев. «Техника управления динамикой бурильного инструмента при проводке глубоких скважин». - М., Недра, 1997, - 109 с., 116 с., 129 с., 131 с.).
Они имеют ряд недостатков: сложность клапанных или золотниковых узлов, наличие пружин в клапанных и возвратных узлах, что приводит к быстрому отказу вследствие недолговечности и сложности конструкции.
Известен скважинный вибратор для бурения глубоких скважин (Патент РФ №2241816, E21B 7/24, опубл. 10.12.2004). Вибратор включает корпус, верхний переводник, установленный на оси балансир и седло с проходным отверстием. Корпус имеет выступ, а вибратор снабжен нижним переводником и установленной в корпусе калиброванной втулкой, которая опирается на выступ корпуса. Внутри калиброванной втулки размещен балансир, верхний торец которого выполнен в виде лопасти, а нижний - заодно с тарелкой для обеспечения периодического перекрытия проходного отверстия седла, которое подпружинено и установлено с возможностью ограниченного верхнего осевого перемещения внутри корпуса.
Недостатком данного устройства является недолговечность и сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей.
Известен способ снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины (патент РФ №96160, Е21В 7/00 «Скважинный осциллятор», опубл. 20.07.2010, Бюл. №20). Скважинный осциллятор состоит из корпуса, калиброванной втулки, установленной в корпусе, клапана, оси, диффузора верхнего и диффузора нижнего. Через проходной канал струя жидкости попадает на клапанный узел. Под ее действием клапан начинает совершать колебательные движения, наклоняясь то одной, то другой стороной к проходному каналу, в результате чего в определенные моменты времени проходной канал оказывается перекрытым.
Недостатком данного устройства является недостаточный турбулентный режим работы конструкции осциллятора и вследствие этого клапан имеет низкую работоспособность, а при малых подачах бурового раствора может происходить заклинивание клапана, что приводит к аварийным ситуациям.
Задачей полезной модели является создание конструкции, которая позволяет усовершенствовать вынос шлама буровым раствором в затрубном пространстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин и получение турбулентного режима, способствующего осцилляции колебаний промывочной жидкости, которое создает динамическую нагрузку на долото, и тем самым повышает эффективность работы устройства.
Поставленная задача решается предлагаемым осциллятором-турбулизатором.
Осциллятор-турбулизатор снабжен втулкой, внутри которой на оси установлен клапан, а втулка имеет возможность пропуска промывочной жидкости при спуске осциллятора-турбулизатора в скважину.
Осциллятор-турбулизатор состоит из корпуса, втулки, установленной в корпусе, клапана, оси, диффузора верхнего, диффузора нижнего, при этом на внешней поверхности корпуса выполнены винтовые линии (пазы), с возможностью создания турбулентного режима движения жидкости и повышения степени выноса шлама буровым раствором, а клапан выполнен с возможностью продольного перемещения вокруг оси, при этом верхний конец клапана выполнен в виде лопасти, а нижний утолщенный конец связан с осью, при этом на ребрах лопасти выточены выемки с возможностью создания колебательных движений.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлен общий вид осциллятора-турбулизатора, на фигуре 2 - клапан.
Осциллятор-турбулизатор устанавливается в скважине на компоновке между долотом и винтовым забойным двигателем (ВЗД). Осциллятор-турбулизатор состоит из крышки 1, корпуса 2, с винтовыми пазами 8, выполненными на внешней стороне корпуса 2 для создания турбулентного режима движения жидкости, верхнего диффузора 3, втулки 4, установленной в корпусе 2, клапана 5 с выемками 9, оси 6 для крепления клапана 5 и нижнего диффузора 7. Крышка 1 служит для соединения корпуса 2, верхнего диффузора 3, втулки 4, клапана 5, оси 6, нижнего диффузора 7 в единую конструкцию. Корпус 2 соединяет Осциллятор-турбулизатор с помощью резьбового соединения с долотом (на фигуре не указан), а крышка 1 соединяет Осциллятор-турбулизатор с винтовым забойным двигателем (на фигуре не указан). Осцилляторов-турбулизаторов может быть и несколько, в зависимости от реальных условий проводки скважины.
За счет включения в компоновку осциллятора-турбулизатора, создаются малоамплитудные продольные колебания, которые приводят к доведению нагрузки на долото и соответственно к эффективному разрушению горной породы в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, а наличие на корпусе осциллятора-турбулизатора винтовых линий (пазов) способствует повышению степени выноса шлама буровым раствором в затрубном пространстве скважины.
Осциллятор-турбулизатор работает следующим образом.
Промывочная жидкость (техническая вода, глинистый раствор, нефтяная эмульсия, раствор кислоты и т.п.) закачивается с поверхности насосными агрегатами и проходит по колонне бурильных труб (на фигуре не указаны) к скважинному осциллятору-турбулизатору (фиг.1). Через проходной канал А струя промывочной жидкости попадает на верхний диффузор 3, который формирует поступление промывочной жидкости из верхнего диффузора 3 во втулку 4. Двигаясь во втулке 4, струя промывочной жидкости поступает на клапан 5 (фиг.2) закрепленный на оси 6, который начинает совершать колебательные движения, наклоняясь то одной, то другой стороной к стенкам втулки 4, а наличие выемок 9, на клапане 5, создает пульсации промывочной жидкости большей амплитуды. В результате чего в определенные моменты времени проходной канал А оказывается перекрытым. Промывочная жидкость после перехода от клапана 5 движется во втулке 4 и далее поступает в нижний диффузор 7, а затем поступает к долоту.
Вращение бурильной колонны в значительной мере приводит к повышению качества очистки ствола скважины.
Во-первых, механическое перемешивание частиц шлама в наклонном стволе выносит шлам, накопившийся в нижней части ствола, в верхнюю часть, где скорость потока выше.
Во-вторых, вращательное движение подталкивает шлам, находящийся под бурильной колонной, циклически к движущимся частицам промывочной жидкости.
В третьих, происходит процесс вращения бурильной колонны со взаимодействием восходящего потока, в результате чего совершается переход ламинарного течения бурового раствора к турбулентному, препятствующему оседанию частиц шлама.
. За счет создания винтовых линий (пазов) на корпусе осциллятора-турбулизатора повышается степень выноса шлама буровым раствором и создается турбулентный режим движения жидкости.
Таким образом, данная полезная модель приводит к доведению нагрузки на долото в скважине за счет уменьшения трения бурильной колонны о стенки ствола скважины созданием дополнительных продольных виброперемещений колонны бурильных труб.