Гидромониторная насадка для бурового долота

 

ГИДРОМОНИТОРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ БУРОВОГО ДОЛОТА, содержащая корпус с сообщенными между собой промывочными каналами, отличающаяся тем что, с целью повышения эффективности работы долота путем снижения рассеивания энергии потока при движении в вязкожидкостной среде, продольные промывочные каналы имеют спирально-закрученную форму в виде по крайней мере одной полуволны изриба, причем каналы сообщены между собой по образующей. W to СП СХ) О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g(sg Е 21 В 10/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3400023/22-03 (22) 25.02.83. (46) 30.06.83. Бюл. № 24 (72) Ю. Т. Калашников

ГОС1ДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (71) Производственное объединение «Маргышлакнефть» (53) 622.24.051.68 (088.8) (56) 1. Патент США № 2116408, кл. 166-222, опублик. 1938.

2. Авторское свидетельство СССР № 309111, кл. Е 21 В 10/18, 1968 (прототип).

ÄSUÄÄ 1025860 А (54) (57) ГИДРОМОНИТОРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ БУРОВОГО ДОЛОТА, содержащая корпус с сообщенными между собой промывочными каналами, отличающаяся тем что, с целью повышения эффективности работы долота путем снижения рассеивания энергии потока при движении в вязкожидкостной среде, продольные . промывочные каналы имеют спирально-закрученную форму в виде по крайней мере одной полуволны изгиба, причем каналы сообщены между собой по образующей.

CO

1025860

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к гидромониторным насадкам, устанавливаемым в корпусе буровых долот и может быть использовано в горнодобывающей промышленности при гидроманиторном разрушении порой.

Известна гидромониторная насадка для бурового долота, содержащая корпус с винтовыми направляющими канавками, прото о ченными в теле насадки для закручивания струи жидкости (1).

Недостаток данной насадки заключается в нарушении винтового потока жидкости при попадании в нее твердых частиц.

Наиболее близкой к предлагаемой по тех- 15 нической сущности и достигаемому результату является гидромониторная насадка для бурового долота, содержащая корпус с сообщенными между собой продольными промывочными каналами (2).

По закону сохранения энергии с увели- 2О чением скорости закрученного потока и его интенсивности закручивания в насадке перепад давления возрастает, а кинетическая энергия затопленного турбулентного потока на. выходе интенсивно гасится оКружающей 2 средой. Это снижает эффективность работы долота.

Цель изобретения —, повышение эффективности работы бурового долота путем снижения рассеивания энергии потока при движении в вязкожидкостной среде. 30

Поставленная цель достигается тем, что в гидромониторной насадке для бурового долота, содержащей корпус с сообщенными между собой продольными промывочными каналами, продольные промывочные каналы имеют спирально-закрученную форму в виде 5 по крайней мере одной полуволны изгиба, причем каналы сообщены между собой по образующей.

На фиг. 1 изображена насадка, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, 4р вид в плане; на фиг. 3 и 4 — соответственно схемы образования струй предлагаемой и известной насадками.

Насадка содержит корпус 1 с несколькими продольными промывочными каналами 2, имеющими спирально-закрученную форму 45 в виде по крайней мере одной полуволны изгиба сообщающимися между собой по образующей. Форма каналов насадки в виде многозаходных спирально-изогнутых цилиндрических каналов при прохождении через нее под напором жидкости придает струе на выходе из насадки вид закрученной спирали 3 (фиг. 3), а разделение общего потока на ряд струй, закрученных между собой, придает потоку ламинарное или приближающееся к нему течение. Так, расход промывочной у жидкости, Q = 30 л/с при трех 15-миллиметровых гидромониторных насадках, устанавливаемых в промывочных каналах бурового долота, создает скорость истеV= — î ÂÆ,ç ç =56,6 м/с для воды с условной вязкостью по СПВ-5 Т = 15 с, а кинематическая вязкость = 0,01, тогда для глинистого раствора с Т=45 с 1 =

=0,03. При этих значениях критерий Рейнольдса равен

Re= — — = 2820>2300, 0,03 т.е. режим течения турбулентный.

При замене одного промывочного 15-миллиметрового канала на два 10,5-миллиметровых спирально-закрученных канала общая площадь живого сечения не изменяется и скорость истечения остается прежней

V=56,5м/с, но при этом Re составляет

Re "ф 0 =19802300, т.е. режим течения ламинарный.

Ламинарное течение струи имеет ряд преимуществ перед турбулентным течением, особенно в случае затопленного движения струи. В обычной гидромониторной насадке с эллипсным входом и цилиндрическими каналами и вспрыском затопленная струя образует конусное ядро равных скоростей и турбулентный слой (фиг. 4). Скорость потока в турбулентном слое значительно ниже, чем в ядре равных скоростей, а ядро равных скоростей, как показано на фиг. 4, не всегда может достигнуть поверхности забоя скважины, при этом действие гидромониторного эффекта снижается. При приближении потока к ламинарному течению при сохранении скорости истечения на равнозначном уровне исключается или значительно снижается турбулентный слой, а длина ядра равных скоростей увеличивается.

Механическая скорость бурения связана с гидравлической мощностью потока гидромониторной струи прямопропорциональной зависимостью

Мю 1 1гл, гдето„ вЂ” механическая скорость бурения;

Мгх — гидравлическая мощность, срабатыв аема я в на садках, л.с.;

P — степенной показатель, зависит от ,от типоразмера долот, режима бурения, глубины залегания и крепости пород.

Потери гидравлической мощности струи можно представить как разность между теоретической и фактической мощностью, определяемой из выражения 1 1гд (1 l) ! где ЬК, -потери гидравлической мощности, л/с;

Q. — расход промывочной жидкости, л/с;

CP — перепад давления в насадке, кгс см — КПД гидромониторной насадки; (— длина ядра равных скоростей.

1025860

4 иг. 3

Фиг. Ф

Составитель С. Денисова

Техред И. Верее Корректор О. Тигор

Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оп крытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Н. Кешеля

Заказ 4520/26

Таким образом, снижение угла при вершине ядра равных скоростей приводит к сниснижению N„ä. Снижение tgx происходит при снижении диаметра канала насадки и при увеличении длины ядра равных скоростей, так как typed/t. СнижениеМгдприводит к увеличению гидравлической мощности

Мгд, а следовательно, и к увеличениюЧ„.

Таким образом, применение предлагаемой насадки позволяет создать закрученный ламинарный поток, независящий от снижения расхода промывочной жидкости, его колебаний или наличия твердых фаз в жидкости: Потери по скорости такого потока и и его рассеивание при движении к забою скважины затопленной струи в вязкожидкостной среде минимальны, что позволяет более полно реализовать гидромониторный эффект без повышения перепада давления в насадках долота при прочих равных условиях, что особенно важно при турбинном способе бурения. Оптимальное количество

10 составляет 2 — 3 закрученных канала в каждой гидромониторной насадке.