Турбовибратор

 

Изобретение относится к технике бурения скважин, а именно к инструментам для ликвидации прихватов бурильных колонн. Для повышения эффективности работы устройства за счет создания гидравлических ударов турбовибратор снабжен перепускным клапаном, включающим верхний и нижний поршни и винтовой дроссель с насадкой. Диаметр нижнего поршня больше, чем диаметр верхнего, а механизм создания вибрации образован гадравлическим двигателем, ротор и статор которого выполнены со сплошными секторами для изменения поперечного сечения циркуляционного канала при вращении роторов, при этом радиальные оси сплошных секторов роторов и статоров размещены соответственно в одной продольной плоскости. 5 ил.

Изобретение относится к технике бурения скважин, а именно к инструментам для ликвидации прихватов бурильных колонн.

Известно устройство для освобождения прихваченной колонны бурильных труб, содержащее корпус и установленную в нем на срезных элементах втулку с седлом под бросовый запорный орган, втулка выполнена эксцентриковой, снабжена разрушаемой мембраной и имеет продольное отверстие.

Недостатками устройства являются невозможность продолжать бурение после ликвидации прихвата, отсутствие осевых колебаний бурильной колонны, низкий уровень поперечных вибраций [1] Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для ликвидации прихватов бурильных колонн, включающее корпус с двумя рядами входных и выходных радиальных каналов, телескопически соединенную с ним подпружиненную циркуляционную втулку с осевым каналом и седлом под запорный орган, гидравлический двигатель и дебалансы, установленные на корпусе [2] Недостатком этого устройства является невозможность создания гидравлических ударов, а также недостаточная мощность создаваемых поперечных колебаний из-за ограниченности пространства для размещения дебалансов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет создания гидравлических ударов.

Цель достигается тем, что турбовибратор включает корпус, размещенный в нем турбобур с полым валом и секторным перекрытием сечений роторов и статоров, причем сектора перекрытий роторов и статоров сориентированы соответственно в одном направлении, циркуляционную втулку с осевым каналом и седлом под пробку, перепускное устройство, состоящее из винтового дросселя, двух поршней и клапана.

Вышеперечисленные признаки позволяют сделать вывод, что заявленное техническое решение удовлетворяет критерию "новизна".

Выполнение роторов и статоров турбобура с перекрытием кольцевыми секторами и то, что кольцевые сектора роторов сориентированы в одном направлении и кольцевые сектора статоров сориентированы в одном направлении, позволит при вращении вала турбобура создать гидравлические импульсы давления (гидроудары) за счет создания переменного проходного сечения турбобура при вращении вала, а также создать поперечные вибрации за счет эксцентричности массы вала турбобура, наличие перепускного устройства с винтовым дросселем, двумя поршнями, нижний из которых большего диаметра, и клапана с радиальными отверстиями позволить производить освобождение прихваченного инструмента с одновременной промывкой и созданием постоянного давления в прихваченном инструменте.

Все вышеперечисленные признаки позволяют сделать вывод, что заявленное техническое решение удовлетворяет критерию "технический уровень".

На фиг. 1, 2 схематично изображен турбовибратор в нерабочем положении; на фиг. 3, 4 турбовибратор в рабочем положении; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 1.

Турбовибратор состоит из корпуса 1, гидравлического двигателя (турбобура) 2, содержащего полый вал 3, осевую опору 4, радиальную опору 5, роторы 6 и статоры 7, причем в последних выполнены сплошные кольцевые секторы 8, перекрывающие сечение роторов и статоров, над валом установлена подпружиненная циркуляционная втулка 9 с радиальными 10 и осевыми отверстиями 11 и посадочным седлом 12 для пробки 13, под гидравлическим двигателем установлено перепускное устройство, состоящее из полого ствола 14, винтового дросселя 15, нижнего 16 и верхнего 17 поршней и клапана 18 с радиальными отверстиями 19, на нижнем конце ствола 14 установлена насадка 20.

Сборка турбовибратора осуществляется следующим образом.

На вал 3 устанавливаются ступени турбобура, ротор и статор как при обычной сборке турбобура, только при этом кольцевые секторы роторов ориентируются в одном направлении и кольцевые секторы статоров ориентируются в одном направлении, устанавливаются радиальная опора 5 и осевая опора 4, роторы поджимаются гайкой, собранный вал устанавливается в корпус 1 и над валом размещается подпружиненная втулка 9, на корпус наворачиваются нижний и верхний переводники, далее собирается перепускное устройство, на ствол 14 наворачивается верхний поршень 17, ствол устанавливают в корпус и наворачивают нижний поршень 16 и насадку 20. Перепускное устройство наворачивают на нижний конец корпуса турбобура. Сборка устройства закончена.

Турбовибратор работает следующим образом. Устройство может быть заранее установлено в компоновке бурильной колонны при бурении в случае опасности возникновения прихвата или после обнаружения прихвата спускается в скважину и нижним концом корпуса соединяется с прихваченной колонной. После промывки скважины в колонну труб сбрасывается пробка 13, включается циркуляция бурового раствора и колонне труб сообщается необходимое осевое усилие натяжения или сжатия.

При достижении пробкой 13 седла 12 центральный промывочный канал перекрывается, а втулка 9 под действием перепада давления перемещается в нижнее положение, при этом открываются радиальные отверстия 10 и промывочная жидкость проходит по осевым отверстиям 11 к турбобуру 2 и приводит во вращение вал 3, при этом создаются гидравлические импульсы (гидроудары), так как на pоторах 6 и статорах 7 выполнены кольцевые секторы 8, перекрывающие часть проходного сечения роторов и статоров, и кольцевые секторы роторов и статоров соответственно сориентированы в одном направлении и при вращении вала проходное сечение турбобура будет частично перекапываться при каждом обороте вала. После турбобура промывочная жидкость попадает в перепускное устройство и проходит по полому стволу, при этом в случае, если возможна промывка прихваченного бурового инструмента, то жидкость проходит по центральному каналу, скважина промывается, а клапан 18 закрыт. В случае отсутствия циркуляции через прихваченный инструмент под нижним поршнем 16 создается давление промывочной жидкости и, так как нижний поршень 16 большего диаметра, чем верхний поршень 17, то в результате разницы усилий на нижний и верхний поршни ствол 14 поднимается, при этом открывается клапан 18 и промывочная жидкость поступает в винтовой дроссель 15, проходит по винтовому каналу дросселя и через отверстия 19 попадает в затрубное пространство, но вследствие того, что в винтовом дросселе создается дополнительное сопротивление при прохождении жидкости, через центральный канал ствола 14 постоянно происходит поддавление жидкости в прихваченный инструмент и, как только инструмент начинает освобождаться от прихвата, появляется возможность промывки скважины. Как только сопротивление в винтовом дросселе становится больше сопротивления в прихваченном инструменте, клапан 18 закрывается и циркуляция идет через прихваченный инструмент. После освобождения инструмента от прихвата при необходимости дальнейшего бурения без подъема бурильных труб в колонну спускается кабель с захватом для пробки и пробка извлекается на поверхность, при этом втулка 9 под действием пружины занимает верхнее положение, в котором радиальные каналы 10 перекрыты, и поток промывочной жидкости не поступает на турбобур, а проходит по центральному каналу. Таким образом возможно многоразовое использование устройства без подъема инструмента.

П р и м е р. В турбовибраторе используется серийный турбобур диаметром 195 мм с выполненными в его роторах и статорах сплошными кольцевыми секторами, перекрывающими проходное сечение на 30% при этом максимальное перекрытие проходного сечения турбобура при каждом обороте вала составит 60% проходного сечения. Корпус перепускного устройства выполнен из корпуса турбобура диаметром 195 мм, внутри которого установлен полый ствол, имеющий на нижнем конце поршень диаметром 150 мм, а на верхнем конце ствола установлен поршень диаметром 140 мм, насадка имеет диаметр 10 мм.

Формула изобретения

ТУРБОВИБРАТОР, содержащий корпус, телескопически соединенную с ним циркуляционную втулку с осевым каналом и седлом под запорный элемент, гидравлический двигатель, включающий полый вал и установленные на валу роторы и статоры, образующие с валом циркуляционный канал и механизм создания вибраций, отличающийся тем, что он снабжен перепускным клапаном, включающим верхний и нижний поршни и винтовой дроссель с насадкой, диаметр нижнего поршня больше, чем диаметр верхнего, а механизм создания вибраций образован гидравлическим двигателем, ротор и статор которого выполнены со сплошными секторами для изменения поперечного сечения циркуляционного канала при вращении роторов, при этом радиальные оси сплошных секторов роторов и статоров размещены соответственно в одной продольной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5