Тампонажное устройство

 

Изобретение относится к бурению скважин. -Цель изобретения - повышение надежности и долговечности устройства при работе в условиях изменяющегося перепада давления на плоском затворе. Для зтого устройство содержит корпус 1 с осевым каналом и сливными окнами 2, пакер с упругими уплотнительными элементами 18, контейнер с поршнем 3 и тампонажным материалом в рабочей полости 5, пуль

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А "(й() 4 Е 21 В 33/132

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Л

t2

Л Д

А

s>

17 (S

2((27

22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЖЗБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4246381/22-03 (22) 30.03.87 (46) 23.01.89. Бюл. № 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (72) Б.С.Лобанов (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1160774, кл. E 21 В 33/14, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1218074, кл. E 21 В 33/14, 1984. (54) ТАИПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к бурению скважин..Цель изобретения — повышение надежности и долговечности устройства при работе н условиях изменяющегося перепада давления на плоском затворе. Для этого устройство содержит корпус 1 с осевым каналом и сливными окнами 2, пакер с упругими уплотнительными элементами 18, контейнер с поршнем 3 и тампонажным материалом в рабочей полости 5, нуль1452937, сатор. Пульсатор состоит из верхнего 6 и промежуточного 8 переходников, приемного сопла 9 на нижнем пе-! реходнике 7, ротора t 1 с питающими соплами 12 и плоским затвором 14 с окном 15, имеющим такой же эксцентриситет относительно оси устройства, что и сопла 9 и 12, и дли:- у, равную расстоянию между соплами 12. Затвор

i4 установлен с возможностью вращения относительно сопла 9, закреплен в корпусе 1 с зазором относительно ротора 11:Ь = hz + F,где h — величина регулировочного кольца 32;h, зазор между корпусом 1 переходником (У 8 без кольца 32, 8 = 0-0,2 мм— заданный зазор между соплами 12 и затвором 14. Окна 2 имеют затвор в виде золотника 33, зафиксированного !

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования °

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности

5 устройства при работе в условиях изменяющегося перепада давления на плоском затворе, а также обеспечение воэможности регулирования работы пульсатора.

На фиг. 1 изображено тампонажное устройство, общий вид; на фиг. 2 нижняя часть устройства; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 пульсатор (фрагмент) с видоизмененным золотниковым затвором сливных окон.

Тампонажное устройство содержит корпус 1 с осевым каналом и слив20 ньяи окнами 2, размещенный в корпусе

1 под сливными окнами 2 контейнер, содержащий поршень 3, разделяющий внутренний объем контейнера на надпоршенвую гидравлическую полость 4 и рабочую полость 5, заполненную тампонажным раствором, пульсатор, содержащий верхний 6, нижний 7 и промежуточный 8 переходники, последний из которых соединен с корпусом 1, и размещенные в осевом канале корпуса I приемное сопло 9, установленное на переходнике 7 и сообщающееся в корпусе 1 с воэможностью осевого перемещения и связанного через двухступенчатый шток 36 и гибкую связь

37 с поршнем 3, Устройство опускают в скважину к зоне тампонирования, с опорой на забой перекрывают ствол скважины элементами 18, включают вращение и буровой насос. Ротор 11 вращается, сопла 12 периодически сообщаются с окном 15, фирмируя напорную струю, которая при совмещении сопл 12 и 9 создает импульс давления, передаваемый через поршень 3 на материал. Поршень 3 в нижнем положении через связь 37 золотником 33 перекрывает окна 2, давление в колонне труб возрастает, что служит сигналом об окончании тампонирования.

2 з.п. ф-лы. 4 ил. каналом 10 в переходнике 7 с надпоршневой полостью 4 контейнера, ротор

11 с питающими соплами 12, соединенный переходником 13 с верхним переходником 6 с возможностью вращения относительно приемного сопла 9, и взаимодействующий с питающими соплами 12 плоский затвор 14 с окном 15 в зоне приемного сопла 9, установленный в осевом канале корпуса 1 над сливными окнами 2„ Сопла 9 и 12 выполнены с равным эксцентриситетом относительно оси устройства. При этом сопла 12 размещены в роторе 11 по окружности на равном расстоянии друг от друга (фиг. 3), а окно 15 в затворе 14 выполнено на той же окружности, причем сго длина равна длине дуги между соседними питающими соплами 12. К нижнему концу корпуса

1 крепится пакер, содержащий верхний переходник 16, патрубок 17 с надетым на него набором упругих уплотнительных элементов 18 и разделительных колец 19 и шпонкой 20 и подвижный относительно патрубка 17 нижний переходник 21 с осевым пазом 22, в ко-! торый входит шпонка 20. На нижний переходник 21 наворачивается переходник 23, имеющий осевое отверстие, закрытое пробкой 24 (например, иэ дерева). К переходнику 23 крепится пат2937 з

145 рубок 25 с окнами 26 для выхода тампонажного раствора в скважину, который с помощью ниппеля 27 соединяется с опорной трубой 28. Для разобщения вращающихся сопл 12 и неподвижного сопла 9 между переходниками

6 и 8 установлен подшипник 29, а на конце опорной трубы 28 — буровая коронка 30.

В верхнем конце корпуса 1 выполнена цилиндрическая проточка с образованием кольцевого опорного уступа, а плоский затвор 14 установлен в указанной проточке с опорой на ее кольцевой уступ и закреплен относительно корпуса 1, например, винтами

31. При этом плоский затвор 14 установлен с образованием заданного зазора между ним и торцом ротора

11, величина которого настраивается регулировочным кольцом 32, установленным в стыке между корпусом 1 и промежуточным переходником 8. Высоту h регулировочного кольца 32 при изготовлении и ремонте устройства определяют по формуле h = h + ц где Ь вЂ” зазор между переходником

8 и корпусом 1, замеряемый в их внешнем стыке в пульсаторе, собранном без регулировочного кольца (при сборке все резьбовые соединения пульсатора затягиваются до упора, а пе-, реходник 8 вворачивают в корпус 1 до упора свободного торца ротора 11 в плоский затвор 14, для исключения люфтов в узле подшипника 29 в процессе сборки переходник 6 с помощью эажимного приспособления прижимают осевым усилием к переходнику 8), 8 — заданный (настраиваемый) зазор между торцом ротора 11 с питающими соплами 12 и затвором 14, величина которого выбирается не более 0-0,2 мм (при изменении величины зазора О в указанных пределах величина утечек рабочей жидкости через него не превышает допустимого минимального уровня, не отражающегося на эффективности и надежности работы устройства).

После. определения величины высоты h изготавливают регулировочное кольцо 32 с данной высотой и устанавливают его на место между переходником 8 .и корпусом 1 (фиг ° 1), что обеспечивает образование заданного минимальнОго фиксированного зазора

8 между торцом ротора 11 и затвором

14 в собранном положении устройства.

Устройство снабжено затвором сливных окон 2, выполненным в виде цилиндрического золотника 33 с отверстиями 34 для прохода промывочной жидкости, размещенного в осевом канале корпуса 1 над сливными окнами

2 с возможностью их частичного или полного перекрытия в конце рабочего хода поршня 3. Золотник 33 фиксируется в корпусе в исходном положении пружиной 35 и соединен с поршнем двухступенчатым штоком 36 и гибкой связью 37. Величина перекрытия сливных окон 2 золотником 33 определяется величиной начального расстояния между нижним упорным торцом верхней ступени штока 36 и переходником 7, которая регулируется изменением положения регчлировочной гайки 38 на штоке 36.

Золотник, 33 (фиг. 4) выполен с боковыми отверстиями 39 для прохода промывочной жидкости, расположенным в исходном положении соосно со сливными окнами 2. В нижней части золотника 33 выполнено отверстие, в которое входит приемное сопло 9, фиксирующее золотник 33 от проворачи. вания вокруг его оси, за счет чего фиксируется соосное положение отверстий 39 и 2.

Тампонажное устройство работает, следующим образом.

После заправки рабочей полости

5 контейнера тампонажным раствором устройство опускают в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем. По достижении забоя устройство нагружают осевым усилием с опорой на забой. Под действием указанного усилия упругие элементы 18 пакера сжимаются, увеличиваясь в диаметре, а патрубок 17 перемещается вниз относительно переходника 21 °

Величина осевого усилия, передаваемого по буровой колонне на устройство, должна быть достаточной для .полного перекрытия упругими элементами 18 ствола скважины выше тампонируемого интервала. После изоляции темпонируемого интервала пакером приводят во вращение буровую колонну, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, соединенный с указанной колонной. При этом ротор

1452937

11 с питающими соплами 12 получает вращение от переходника 6, соединенного с буровой колонной, а промывочная жидкость поступает из буровой колонны в осевой канал переходника

6 и далее к питающим соплам 12. В процессе вращения ротора 11 каждое из питающих сопл 12 периодически (при каждом обороте ротора 11) сообщается с окном 15 плоского затвора 14. При этом на выходе свободного (не перекрытого затвором 14) сопла

12 формируется напорная струя, которая при совмещении сопл 12 и 9 формирует в последнем рабочий имс ульс давления; который заканчивается в момент расхождения указанных сопл. При совмещении с приемным соп-! лом 9 следующего питающего сопла 12 в нем формируется очередной импульс ( давления. В результате на выходе приемного сопла 9 в отводящем канале 10 пульсатора формируется пульсирующее давление с частотой, равной частоте вращения ротора 11, умноженной на число питающих сопл 12, выполненных в указанном роторе. Рабочая жидкость, не попадающая в приемное сопло 9, сливается через отверстия 34 (фиг. 1) в золотнике 33 (через отверстия 39, фиг. 4) и сливные, окна 2 в затрубное пространство сква"жины.

Формируемые в выходном канале 10 пульсатора импульсы давления передаются в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 — в рабочую полость 5 контейнера. Под воздействием пульсирующего давления со стороны полости 5 пробка 24 выходит из переходника 23 и опускается в ниппель 27, открывая выход тампонажного раствора из контейнера в скважину, после чего поршень 3 под воздействием пульсирующего давления со стороны полости 4 вытесняет тампонажный раствор из рабочей полости 5 контейнера через осевой канал пакера и окна 26 патрубка 25 в пространство между стенками ствола скважины и опорной трубой 28. После заполнения указанного пространства тампонажный раствор в результате воздействия на него импульсного давления со стороны поршня

3 проникает в трещины, поры и каверны, сообщающиеся со стенками ствола скважины.

При подходе к своему крайнему нижнему положенйю поршень 3 с помощью троса 37 перемещает золотник 33 вниз до упора нижнего торца верхней ступени штока 36 в переходник 7. Перемещение золотника 33 сопровождается перекрытием им сливных окон 2 в корпусе 1, в результате чего возрастает давление в осевом канале корпуса 1 и соответственно в соплах 12 и подводящем осевом канале переходника 6.

Указанный рост давления служит информационным сигналом об окончании работы устройства, который передается по столбу жидкости, заполняющей буровую колонну, к поверхностному сигнальному устройству, вырабатывающему информационный сигнал, оповещающий бурового мастера об окончании работы устройства. После получения указанного сигнала вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают, а тампонажное устройство плавно отрывают от забоя и поднимают на поверхность. При этом под действием упругих сил затвор сливных окон и детали пакера возвращаются в исходное положение.

Формула изобретения

1. Тампонажное устройство, включающее корпус с осевым каналом и сливными окнами, размещенный под сливными окнами контейнер с поршнем, разделяющим его на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, пульсатор, содержащий верхний и промежуточный переходник, последний из которых соединен с корпусом, и размещенные внутри осевого канала корпуса приемное сопло, сообщающееся с надпоршневой полостью контейнера, питающие сопла, соединенные с верхним переходником с возможностью вращения относительно приемного сопла, и взаимодействующий с питающими соплами плоский затвор, установленный в осевом канале корпуса над слнвными окнами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности устройства при работе в условиях изменяющегося перепада давления на плоском затворе, оно снабжено подпружиненными относительно корпуса затвором сливных окон, связанным гибкой связью с поршнем и

7 14529 размещенным в осевом канале корпуса с возможностью перекрытия сливных окон в конце рабочего хода поршня, при этом в верхнем конце корпуса выполнена цилиндрическая проточка с уступом, а плоский затвор установлен в укаэанной проточке с опорой на уступ и закреплен относительно корпуса. l0

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что плоский затвор установлен с зазором между ним и питающими соплами, величина которого не более 0,2 мм.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с

37 8 целью обеспечения возможности регулирования работы пульсатора, оно снабжено регулировочным кольцом, установленным в стыке между корпусом и промежуточным переходником, при этом высота регулировочного кольца определяется выражением где h — высота регулировочного кольца;

h — зазор в стыке между корпусом и промежуточным переходником без регулировочного кольца — зазор между плоским затвором и питающими соплами.

1452937

1

ИГ

Составитель А,Кондратенков

Техред Л.Олийнык Корректор В.Бутяга

Редактор О.Головач

Заказ 7142/22

Тираж 514

Подписное

Проиэвопственно †полиграфическ предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., p.. 4/5