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 мере 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, жесткая подача нагрузки на долото сокращает срок его службы.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение срока службы долота, а также повышение эффективности работы устройства с возможностью его применения 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 сверху рядом радиальных отверстий, а ниже рядом сквозных продольных пазов, при этом ниппель внутри снабжен перегородкой с дроссельным отверстием, разделяющей ряды радиальных отверстий и сквозных продольных пазов, 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 снаружи перекрывает верхнюю часть продольных сквозных пазов ниппеля в исходном положении, при этом сверху корпус соосно и жестко оснащен генератором импульса, состоящим из кожуха и полого сердечника, причем полый сердечник герметично установлен в кожух и подпружинен вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха.
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 рядом радиальных отверстий 4, а ниже рядом сквозных продольных пазов 5.
Ниппель 2 внутри снабжен перегородкой 6 с дроссельным отверстием 7, разделяющей ряд радиальных отверстий 4 и ряд сквозных продольных пазов 5, 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. Шток 3 снаружи перекрывает верхнюю часть продольных сквозных пазов 5 ниппеля 2 в исходном положении.
Сверху корпус 1 соосно и жестко оснащен генератором импульса 10, состоящим из кожуха 11 и полого сердечника 12, причем полый сердечник 12 герметично установлен в кожух 11 и подпружинен посредством пружины 13 вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха 11.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента, как показано на фигуре, причем верхний конец полого сердечника 12 генератора импульса 10 вворачивают в нижний конец вала винтового забойного двигателя (ВЗД) 14, а в нижний конец корпуса 1 вворачивают долото 15 (например, истирающее), имеющее центральный канал 16 и истирающую рабочую поверхность 17. С целью исключения «поршневания» в процессе работы генератора импульса 10 кожух 11 оснащен технологическим отверстием 18.
Устройство на конце бурильной колонны труб (на фиг. не показано) спускают в скважину в интервал бурения, при этом жидкость находящаяся в скважине перетекает снизу вверх через дроссельное отверстие 7 перегородки 6 ниппеля 2, заполняя бурильную колонну труб выше устройства.
После достижения интервала бурения восстанавливают циркуляцию жидкости по колонне бурильных труб и ВЗД 14 и начинают бурение, при этом поток жидкости, достигнув устройства, попадает внутрь полого сердечника 12 и далее через внутреннее пространство 19 кожуха 11 генератора импульса 10 попадает внутрь корпуса 1, откуда через ряд радиальных отверстий 4 ниппеля 2 попадает в перепускной канал 8 над штоком 3, при этом давление жидкости в перепускном канале 8 и внутреннем пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 повышается.
Поток жидкости во внутреннем пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 воздействует снизу на нижний торец полого сердечника 12, сжимая пружину 13, что приводит к перемещению полого сердечника 12, ВЗД 14 и всей компоновки бурильного инструмента вверх, то есть генератор импульсов 10 увеличивается в длине, одновременно с этим шток 3, выполненный кольцевым и расположенный в перепуском канале 8, сжимая пружину 9, опускается вниз относительно ниппеля 2 с корпусом 1 до тех пор, пока не откроется верхняя часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2, которая была перекрыта снаружи штоком 3 в исходном положении.
После открытия верхней части ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2 перемещение вверх полого сердечника 12 в кожухе 11 генератора импульса 10, ВЗД 14 и всей компоновки бурильного инструмента прекращается и полый сердечник 12, жестко соединенный с ВЗД 14 и всей компоновкой бурильного инструмента, за счет возвратной силы пружины 13 опускаются вниз, при этом полый сердечник 12 возвращается в исходное положение, а генератор импульсов 10 сокращается в длине.
Одновременно с этим поток жидкости через открывшуюся под действием давления жидкости верхнюю часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2 попадает внутрь ниппеля 2, откуда жидкость сквозь нижнюю часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2 поступает в перепускной канал 8, воздействуя снизу на шток 3, создавая дополнительный подпор жидкости, при этом давление жидкости над штоком 3 падает и последний за счет возвратной силы пружины 9 и отмеченного выше дополнительного подпора жидкости, оказываемого давления на шток 3 снизу возвращается обратно, перекрывая верхнюю часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2, при этом жидкость попадает в центральный канал 16 долота 15 и далее на истирающую рабочую поверхность 17.
Циркуляцию жидкости продолжают, при этом давление жидкости во внутренней пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 и в перепускном канале 8 над штоком 3 вновь возрастает.
В дальнейшем описанный выше цикл повторяется, при этом происходит пульсация жидкости, ведущая к вибрации устройства. Частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости.
Генератор импульса преобразует пульсацию жидкости в соосные малоамплитудные колебания на компоновке бурильного инструмента, тем самым, способствуя снижению сил трения. Результатом чего является улучшение передачи нагрузки, то есть обеспечивается плавность подачи нагрузки на долото и снижение крутильных напряжений в колонне, особенно при наклонно-направленном бурении, что приводит к повышению срока службы долота.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, а повышение эффективности его работы связано с возможностью промывки устройства в процессе работы, а возможность применения устройства при бурении скважин малого диаметра расширяет его функциональные возможности.