Тампонажное устройство

 

Использование: при тампонировании осложненных интервалов скважины. Обеспечивает надежность работы устройства за счет возможности контроля за процессом тампонирования. Сущность изобретения: устройство включает полый корпус. В его нижней части помещен контейнер. В контейнере помещен поршень. Он разделяет полость контейнера на надпоршневую и рабочую полости. Последняя заполнена тампонажным материалом. Над контейнером установленs сигнальный затвор и пульсатор. Он имеет по меньшей мере одно сливное отверстие и струйную камеру. Она сообщается с внешним пространством через сливное отверстие. В струйной камере установлено питающее сопло. В верхней части контейнера установлено приемное сопло. Оно сообщается с надпоршневой полостью. При этом сигнальный затвор установлен в контейнере с возможностью взаимодействия с поршнем и сообщения надпоршневой полости с внешним пространством. Сигнальный затвор выполнен с площадью проходного сечения в его открытом положении не менее площади сечения входного отверстия приемного сопла. Площадь сечения сливных отверстий выбрана из соотношения: , где f - площадь сечения одного сливного отверстия, м₂; Q - объемный расход рабочей жидкости, подводимой к пульсатору, м³/с; V - скорость движения поршня в контейнере, м/с; F - рабочая площадь сечения поршня, м²; k - количество сливных отверстий; m - коэффициент расхода жидкости через сливные отверстия; Dp - заданный перепад давления между струйной камерой и внешним пространством, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м³. 16 з.п., 25 ил.

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для тампонирования осложненных интервалов скважин при ликвидации поглощений промывочной жидкости, закреплении стенок скважин, сложенных из неустойчивых горных пород, и т.п.

Известно тампонажное устройство статического действия, включающее контейнер с размещенным в нем поршнем, разделяющим внутренний объем контейнера на надпоршневую гидравлическую полость, сообщающуюся с насосом, и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, и сигнализатор окончания процесса тампонирования, выполненный в виде сигнального затвора, взаимодействующего с поршнем (авт.св. СССР N 8979618, кл. Е 21 В 33/13, 1981).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность его работы, обусловленная тем, что при статическом воздействии тампонажная смесь плохо проникает в трещины горных пород с небольшим раскрытием, имеет слабую адгезию к горным породам и образует цементный камень с недостаточно высокой прочностью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является тампонажное устройство импульсного действия, включающее полый корпус, контейнер с поршнем, разделяющим полость последнего на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, сигнальный затвор и пульсатор, установленный над контейнером и имеющий струйную камеру с питающим соплом и приемным соплом, сообщающимся с надпоршневой полостью, и механизм прерывания струи (авт.св. СССР по заявке N 4819326/03/048079, кл. Е 21 В 33/132, 26.04.90 г. решение ВНИИГПЭ ф.1/9 от 16.01.91 г. прототип).

В данном устройстве отсутствует гидравлическая связь надпоршневой полости контейнера с колонной бурильных труб, на которой устройство опускается в скважину. Указанная связь прерывается струйной камерой, сообщающейся через сливное отверстие с внешним (затрубным) пространством, что необходимо для формирования в указанной камере напорной струи жидкости. Отсутствие в устройстве указанной гидравлической связи исключает возможность применения в нем простого по конструкции и удобного в эксплуатации сигнализатора, используемого в известном тампонажном устройстве статического действия, и обусловливает необходимость соединения сигнального затвора сигнализатора с поршнем гибкой связью, наматываемой на катушку, что усложняет конструкцию сигнализатора и тампонажного устройства в целом и снижает надежность работы последнего из-за возможности запутывания и обрыва гибкой связи, а также из-за возможности неточной регулировки ее рабочей длины. Вместе с тем необходимость намотки гибкой связи на катушку после каждого рейса тампонажного устройства и необходимость замены гибкой связи и регулировки ее длины при изменении длины контейнера усложняют эксплуатацию устройства. Кроме того, катушка для намотки гибкой связи увеличивает длину устройства. Отмеченные недостатки ухудшают рабочие характеристики тампонажного устройства импульсного действия, вследствие чего снижается эффективность его работы.

Цель изобретения повышение эффективности работы и упрощение конструкции и эксплуатации устройства за счет обеспечения гидравлической связи надпоршневой полости с питающим соплом пульсатора для передачи сигнала об окончании процесса тампонирования.

Поставленная цель достигается тем, что сигнальный затвор установлен в контейнере с возможностью сообщения надпоршневой полости с внешним пространством, при этом сигнальный затвор выполнен с площадью проходного сечения в его открытом положении не менее площади сечения входного отверстия приемного сопла, а площадь сечения сливных отверстий выбрана из соотношения: где f площадь сечения одного сливного отверстия, м²; Q объемный расход рабочей жидкости, подводимой к пульсатору, м³/c; V скорость движения поршня в контейнере, м/с; F рабочая площадь сечения поршня, м²; k количество сливных отверстий; m коэффициент расхода жидкости через сливные отверстия; Dp, заданный перепад давления между струйной камерой и внешним пространством, Па; ρ плотность жидкости, кг/м³.

Выбор сечения сливных отверстий пульсатора по указанному соотношению обеспечивает возможность формирования заданного перепада давления Dp, обеспечивающего надежный сигнал об окончании процесса тампонирования.

В предлагаемом устройстве сигнальный затвор выполнен в виде полой втулки, установленной в нижней части контейнера и выполненной по меньшей мере с одним радиальным отверстием, и втулки, перекрывающей радиальные отверстия полой втулки и установленной с возможностью перемещения ниже радиальных отверстий полой втулки.

В другом варианте исполнения устройства поршень выполнен с продольным каналом, сообщающим надпоршневую и рабочую полости, а сигнальный затвор установлен в продольном канале с возможностью его перекрытия.

При этом сигнальный затвор может быть выполнен:
в виде подпружиненного запорного элемента, установленного в нижней части поршня и перемещаемого давлением жидкости после упора поршня в днище контейнера в конце его рабочего хода;
в виде пробки, установленной в верхней части продольного канала поршня с возможностью взаимодействия с упорным стержнем, установленным в нижней части контейнера;
в виде по меньшей мере одного подпружиненного запорного элемента, установленного с возможностью перекрытия продольного канала поршня и взаимодействия с упорным буртиком, выполненным в нижней части контейнера.

С целью повышения надежности формирования сигнала об окончании тампонирования за счет поддержания требуемого перепада давления Δp в условиях переменного расхода рабочей жидкости, подводимой к пульсатору, последний снабжен регулятором перепада давлений Δp установленным в сливном отверстии корпуса и выполненным, например:
в виде диафрагменного дросселя, снабженного набором сменных диафрагм, отличающихся площадью сечения отверстия для прохода рабочей жидкости;
в виде набора отверстий в корпусе, снабженных съемными заглушками;
в виде пакета съемных диафрагм;
в виде подпружиненного обратного клапана, установленного с возможностью перепуска рабочей жидкости из струйной камеры во внешнее пространство при превышении заданной величины Δp;
в виде регулируемого, например игольчатого, дросселя с плавно регулируемой площадью отверстия для прохода рабочей жидкости;
в виде кольца с радиальным отверстием, установленного в наружной канавке корпуса с возможностью поворота относительно последнего и поочередного сообщения с выполненными в корпусе радиальными отверстиями, сообщающимися со струйной камерой и отличающимися друг от друга площадью проходного сечения;
в виде диска с набором различных по площади проходного сечения продольных отверстий, установленного в радиальном или продольном канале корпуса с возможностью поворота относительно последнего и поочередного сообщения каждого из его продольных отверстий со сливным отверстием, выполненным в крышке указанного канала корпуса;
в виде полой втулки с набором различных по площади проходного сечения радиальных отверстий, установленной в радиальном или продольном канале корпуса с возможностью поворота относительно последнего и поочередного сообщения каждого из ее радиальных отверстий со сливным отверстием, выполненным в корпусе.

Обеспечение гидравлической связи надпоршневой полости контейнера с колонной бурильных труб позволяет исключить из конструкции устройства гибкую связь и катушку для ее намотки, что в значительной степени упрощает конструкцию и изготовление устройства, снижает стоимость и существенно упрощает его эксплуатацию за счет исключения свойственных прототипу трудоемких технологических операций по замене и регулировке гибкой связи. Исключение указанных операций способствует также повышению производительности работ по тампонированию скважин. Кроме того, исключение из конструкции устройства гибкой связи существенно повышает надежность формирования сигнала об окончании тампонирования за счет исключения характерной для гибкой связи возможности запутывания, обрыва и неточной регулировки длины, а исключение катушки для намотки гибкой связи уменьшает длину устройства. В то же время экспериментально установлено, что статический подпор, действующий на поршень со стороны струйной камеры за счет формируемого в ней перепада давлений Δp, позволяет ускорить процесс импульсного вытеснения тампонажного раствора из контейнера и увеличить глубину проникания тампонажного раствора в трещины горных пород, имеющие малое раскрытие и, соответственно, высокое гидравлическое сопротивление, за счет чего повышается эффективность работы устройства.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид тампонажного устройства; на фиг. 2 вариант конструктивного исполнения сигнального затвора; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 вариант исполнения узла контейнера с сигнальным затвором, установленным в нижней части поршня; на фиг. 5 вариант исполнения узла контейнера с сигнальным затвором, установленным в верхней части поршня; на фиг. 6 сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 вариант исполнения узла контейнера с сигнальным затвором, установленным в нижней части поршня с возможностью взаимодействия с упорным буртиком в нижней части контейнера; на фиг. 8 вариант исполнения узла регулятора перепада давления между струйной камерой и внешним пространством с выполнением регулятора в виде диафрагменного дросселя со сменной диафрагмой; на фиг. 9 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде набора отверстий в корпусе; на фиг. 10 сечение В-В на фиг. 9; на фиг. 11 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде пакета съемных диафрагм; на фиг. 12 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде подпружиненного обратного клапана; на фиг. 13 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде регулируемого игольчатого дросселя; на фиг. 14 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде ступенчатого регулируемого дросселя с наружным поворотным кольцом регулятора; на фиг. 15 сечение Г-Г на фиг. 14; на фиг. 16 сечение Д-Д на фиг. 1; на фиг. 17 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде ступенчатого регулируемого дросселя с внутренним поворотным диском регулятора, установленным в радиальном канале корпуса; на фиг. 18 вид Е-Е на фиг. 17; на фиг. 19 сечение Ж-Ж на фиг. 17; на фиг. 20 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде ступенчатого регулируемого дросселя с внутренним поворотным диском регулятора, установленным в продольном канале корпуса; на фиг. 21 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде ступенчатого регулируемого дросселя с регулировочной втулкой, установленной в радиальном канале корпуса; на фиг. 22 вид И на фиг. 21; на фиг. 23 сечение К-К на фиг. 21; на фиг. 24 сечение Л-Л на фиг. 21; на фиг. 25 вариант исполнения узла регулятора перепада давления в виде ступенчатого регулируемого дросселя с регулировочной втулкой, установленной в продольном канале корпуса.

Тампонажное устройство включает полый корпус 1, контейнер 2, помещенный в нижней части корпуса, поршень 3, помещенный в контейнере и разделяющий полость последнего на надпоршневую полость 4 и рабочую полость 5, заполненную тампонажным раствором, пакер в виде набора упругих уплотнительных элементов 6 и разделительных колец 7, перфорированный патрубок 8 с заглушкой 9 и сливными окнами 10, соединенный верхним концом с пакером, а нижним с опорной трубой 11, и установленный над контейнером пульсатор, имеющий по меньшей мере одно сливное отверстие 12 и струйную камеру 13, сообщающуюся через отверстие 12 с внешним (затрубным) пространством 14 скважины, верхний переходник 15 с осевым и радиальным отверстиями для прохода рабочей жидкости и опорным подшипником 16, ствол 17 с питающим соплом 18, нижний переходник 19 с приемным соплом 20, сообщающимся с надпоршневой полостью 4, и механизм прерывания струи, выполненный, например, в виде дефлектора 21 с отверстиями для прохода струи жидкости из сопла 18 в сопло 20 и приводным валом 22, соединяющим дефлектор 21 с верхним переходником 15.

Устройство снабжено сигнальным затвором, установленным в контейнере с возможностью взаимодействия с поршнем 3 в конце рабочего хода последнего с сообщением надпоршневой полости 4 с внешним пространством 14. Сигнальный затвор может быть выполнен, например, в виде установленного в нижней части контейнера 2 съемного патрубка 23, в котором выполнено по меньшей мере одно радиальное сливное отверстие 24, и полой втулки 25, установленной внутри патрубка 23 и зафиксированной относительно него срезным элементом (например, шпилькой) 26 с возможностью перекрытия радиального отверстия 24 в патрубке 23. При этом втулка 25 установлена с возможностью совместного перемещения с поршнем 3 в конце его рабочего хода до опускания поршня ниже сливного отверстия 24 в патрубке 23. Для исключения фильтрации воды из цементного раствора в скважину через зазор между втулкой 25 и контейнером 2 и отверстия 24 втулка 25 снабжена уплотнениями 27 и 28. В целях упрощения эксплуатации устройства за счет исключения операции по установке срезного штифта 26 устройство может быть снабжено пружинной полой втулкой 25, разрезанной вдоль образующей (фиг. 2, 3). При этом в патрубке 23 в зоне установки втулки 25 выполняется кольцевая канавка (проточка) 29, фиксирующая втулку 25 от осевого перемещения при заправке и спуске тампонажного устройства, а также в процессе вытеснения тампонажного раствора из контейнера 2. На торцах втулки 25 выполняются наружные конусные фаски, облегчающие установку втулки 25 в патрубок 23 и ее выход из фиксирующей канавки 29 при упоре поршня 3 во втулку 25 в конце его рабочего хода.

В ряде случаев практического применения предлагаемого тампонажного устройства допускается сообщение надпоршневой полости 4 в конце рабочего хода поршня 3 с затрубным пространством скважины, находящимся под тампонажным устройством. В указанных случаях сигнальный затвор может быть установлен на рабочем поршне 3 с возможностью взаимодействия поршня (фиг. 4) или сигнального затвора (фиг. 5, 7) с упором, установленным в нижней части контейнера. При этом в поршне 3 выполняется продольный канал, сообщающий надпоршневую 4 и рабочую 5 полости контейнера, а сигнальный затвор устанавливается в указанном канале поршня с возможностью его перекрытия. При таком исполнении сигнальный затвор может быть выполнен в виде запорного элемента 30 (фиг. 4), установленного в нижней части поршня 3 и снабженного штоком 31 с продольными каналами 32, размещенным на его верхнем конце ограничительным упором 33, подпружиненным относительно поршня 3. К нижнему концу контейнера 2 присоединяется сливная горловина 34 с внутренней проточкой 35, диаметр которой больше диаметра запорного элемента 30. Верхний торец горловины 34 служит упорным буртиком, с которым поршень 3 взаимодействует в конце своего рабочего хода.

При таком исполнении конструкции сигнального затвора существует возможность преждевременного открытия запорного элемента 30 при вытеснении тампонажного раствора поршнем 3 из контейнера 2. Указанное открытие может произойти в случае заедания или заклинивания поршня 3 в контейнере 2 в результате перекоса поршня или попадания механических твердых загрязнений в поршневой зазор. Преждевременное открытие запорного элемента 30 приведет к импульсному смешению тампонажного раствора в полости 5 с промывочной жидкостью, поступающей из полости 4. Вследствие смешения тампонажный раствор может потерять свои свойства, что приведет к снижению надежности тампонирования. Указанного недостатка лишены представленные на фиг. 5-7 варианты исполнения сигнального затвора, в которых с упором, установленным в нижней части контейнера, взаимодействует не поршень, а непосредственно сигнальный затвор. Наиболее простым из указанных вариантов является представленный на фиг. 5 и 6 вариант, при котором сигнальный затвор выполнен в виде пробки 36, установленной в верхней части продольного перепускного отверстия 37 поршня 3 с возможностью взаимодействия с установленным в нижней части контейнера 2 упором, выполненным в виде упорного стержня 38, закрепленного на радиальных стержнях 39, установленных на сливной горловине 34. Сигнальный затвор может быть выполнен также в виде по меньшей мере одного запорного элемента 40 (фиг. 7) с шаровой, сферической или конусной формой, помещенного в продольный канал 41 поршня 3, в нижней части которого выполнены перепускные отверстия, сообщающие полости 4 и 5 контейнера 2 через канал 41. Каждое из перепускных отверстий закрыто запорным элементом 40, прижимаемым к указанному отверстию пружиной 42 через шток 43 с осевым каналом 44, установленный в канале 41. При этом каждый из запорных элементов 40 выступает над поверхностью нижнего торца поршня 3 с возможностью взаимодействия с упорным буртиком, образованным внутренней конусной проточкой 45 сливной горловины 34. При использовании шаровых запорных элементов 40, в наименьшей степени подверженных заклиниванию, поршень 3 и шток 43 выполняются с опорными взаимодействующими друг с другом буртиками, начальный осевой зазор σ между которыми выбирается таким образом, чтобы исключалась возможность выпадания запорных элементов 40 из перекрываемых ими перепускных отверстий поршня при уменьшении s до нуля в процессе срабатывания сигнального затвора. Вместе с тем зазор s выбирается таким образом, чтобы при его уменьшении до нулевого значения шаровые запорные элементы 40 выступали над поверхностью нижнего торца поршня 3, за счет чего обеспечивается зазор между поршнем 3 и горловиной 34, необходимый для прохода жидкости из полости 4 в полость 5 в конце рабочего хода поршня. Данный вариант выполнения сигнального затвора несколько сложнее по конструкции в сравнении с предыдущим вариантом, представленным на фиг. 5, но вместе с тем в нем отсутствует гидравлическое сопротивление на пути движения тампонажного раствора из контейнера, вызываемое в представленном на фиг. 5 варианте упорным стержнем 38 и радиальными стержнями 39. Отсутствие указанного гидравлического сопротивления обеспечивает снижение потерь энергии импульсного давления в рабочем тракте тампонажного устройства, что способствует повышению эффективности его работы.

В целях обеспечения в конце рабочего хода поршня 3 требуемого уровня понижения давления в струйной камере 13, необходимого для формирования четкого сигнала об окончании процесса тампонирования, площадь проходного сечения рабочего отверстия сигнального затвора в его открытом положении (площадь сливного отверстия 24 фиг. 1-3; площадь проходного сечения для прохода рабочей жидкости через поршень 3 в конце его рабочего хода, образующаяся в результате открытия установленных на поршне запорных элементов: 30 фиг. 4; 36 фиг. 5; 40 фиг. 7) по величине берется не менее площади сечения входного торцового отверстия приемного сопла 20, а площадь сечения сливных отверстий 12 пульсатора выбрана из соотношения:

где f площадь сечения одного сливного отверстия 12, м²;
Q объемный расход рабочей жидкости, подводимой к пульсатору, м³/с;
V скорость движения поршня 3 в контейнере 2, м/с;
F рабочая площадь сечения поршня 3, м²;
k количество сливных отверстий 12;
m коэффициент расхода жидкости через сливные отверстия 12;
Dp) заданный перепад давления между струйной камерой 13 и внешним пространством 14, Па;
r, плотность жидкости, кг/м³.

Произведение VF в данном соотношении выражает объемный расход рабочей жидкости, поступающей из струйной камеры 13 в надпоршневую полость 4 через приемное сопло 20 в процессе перемещения поршня 3 в контейнере 2.

С целью обеспечения надежного формирования сигнала об окончании тампонирования и сохранения при этом достаточной эффективности работы пульсатора и тампонажного устройства в целом величина входящего в формулу (1) перепада давления должна соответствовать соотношению
Dp_min≅Δp≅Δp_max (2),
где Δp_min минимальное значение перепада давления между струйной камерой и затрубным пространством, достаточное для формирования на поверхности сигнального изменения давления необходимой величины, обеспечивающей возможность четкой регистрации сигнала об окончании тампонирования скважины;
Δp_max максимальное значение перепада давления, при превышении которого ухудшаются условия формирования напорной струи в струйной камере 13 пульсатора и/или повышается выше допустимого значения давление в линии нагнетания бурового насоса, к которому подключено тампонажное устройство, и/или повышается выше оптимального значения статическое давление в надпоршневой полости 4 контейнера.

Конкретные значения величины параметров Δp_min и Δp_max устанавливаются по имеющимся теоретическим и экспериментальным данным, учитывающим горно-геологические параметры тампонируемого интервала скважины и параметры технологических режимов процесса тампонирования.

В случае использования тампонажного устройства на буровых установках, укомплектованных насосами с разной производительностью (объемной подачей), или же в случае необходимости изменения указанной производительности в соответствии с изменением технологических режимов гидроимпульсного тампонирования скважин устройство снабжается регулятором перепада давления, обеспечивающим заданный перепад давления между струйной камерой 13 и затрубным пространством, за счет чего поддерживается надежное формирование сигнала об окончании процесса тампонирования. При этом одно из сливных отверстий 12 (фиг. 1) выполняется в виде сливного канала 46 (фиг. 8) в стволе 17 или нижнем переходнике 19, а регулятор перепада давления устанавливается в указанном канале. Для исключения отказа в работе пульсатора в случае загрязнения канала 46 или рабочего отверстия регулятора перепада давления помимо сливного канала 46 в корпусе 1 пульсатора, оснащенного регулятором перепада давления, сохраняется по меньшей мере одно сливное отверстие 12. При этом в случае работы тампонажного устройства на минимальном расходе рабочей жидкости Q Q_min сливной канал 46 находится в закрытом положении (перекрывается проходное рабочее отверстие регулятора, встроенного в канал 46), а слив жидкости из струйной камеры 13 в затрубное пространство осуществляется только через сливные отвеpстия 12. Исходя из этого площадь сечения сливных отверстий 12 в пульсаторе, оснащенном регулятором перепада давления, определяется по формуле (1) с учетом того, что величина объемной подачи Q, входящей в указанную формулу, принимается равной минимальному объемному расходу Q_min рабочей жидкости, подводимой к пульсатору, а площадь сечения проходного рабочего отверстия регулятора перепада давления в указанном пульсаторе определяется выражением

где f_р площадь сечения одного проходного рабочего отверстия регулятора, м²;
Q_р объемный расход рабочей жидкости через регулятор, м³/с;
k_р количество рабочих отверстий регулятора;
μ_p коэффициент расхода жидкости через рабочее отверстие регулятора.

В простейшем виде регулятор перепада давления может быть выполнен в виде диафрагменного дросселя со сменной диафрагмой 47 (фиг. 8), фиксируемой гайкой 48 и имеющей осевое отверстие 49 для прохода рабочей жидкости. При этом устройство комплектуется набором диафрагм 47, отличающихся друг от друга площадью сечения проходного отверстия 49. Перепад давления между струйной камерой 13 и затрубным пространством при такой конструкции регулятора регулируется в необходимых пределах подбором диафрагмы 47 с требуемой площадью f_р сечения проходного отверстия 49, определяемой выражением (3). Для удобства настройки регулятора на каждой диафрагме 47 наносится отметка, выражающая численное или номерное (условное) значение объемного расхода Q потребляемой пульсатором рабочей жидкости, при котором необходимо устанавливать данную диафрагму в регулятор перепада давления. Численное значение Q может выражаться в дм³/с, л/мин, м³/час или в других единицах измерения, а номерное значение в в виде цифр, букв или символов, соответствующих различным по величине значениям расхода Q. При использовании номерного обозначения Q в инструкцию по эксплуатации тампонажного устройства вводится таблица соответствия принятых номерных обозначений реальным значениям расхода Q. Аналогичные отметки Q используются и в конструкциях последующих вариантов регуляторов, описанных ниже (например, на фиг. 14, 18, 22 показаны отметки 67, выражающие численное значение Q в дм³/с).

Конструкция регулятора перепада давления может быть выполнена также в виде набора сливных отверстий 50 (фиг. 9, 10), сообщающих струйную камеру 13 с затрубным пространством и выполненных в стволе 17 или нижнем переходнике 19. При этом сливной канал 46 выполнен в виде кольцевой полости, а отверстия 50 выполнены с различной или равной площадью проходного сечения и снабжены съемными заглушками 51. При выполнении отверстий 50 с разной площадью проходного сечения, когда открытым остается только одно отверстие 50, для удобства настройки регулятора на наружной поверхности корпуса пульсатора напротив каждого отверстия 50 наносится отметка, выражающая численное или номерное значение объемного расхода подводимой к пульсатору рабочей жидкости, при котором необходимо оставлять открытым данное отверстие.

В целях снижения возможности засорения проходного отверстия регулятора последний может быть выполнен в виде пакета съемных диафрагм 52 (фиг. 11) с внутренними разделительными проточками 53 и рабочими отверстиями 54, имеющими равную площадь проходного сечения. При этом отверстия 54 в каждых из двух смежных диафрагм 52 повернуты друг относительно друга на 180^o, что создает эффект лабиринтного гидравлического сопротивления в регуляторе. Поскольку гидравлическое сопротивление такого регулятора равно сумме сопротивлений всех входящих в дроссельный пакет диафрагм 52, то площадь сечения рабочего отверстия 54 в каждой диафрагме 52 может быть значительно больше по величине в сравнении с площадью сечения отверстия 49 одиночной диафрагмы 47 (фиг. 8) или в сравнении с площадью сечения отверстия 50 регулятора, показанного на фиг. 9-10, за счет чего снижается вероятность засорения регулятора и соответственно вероятность его отказа в работе.

Регулятор перепада давления может быть выполнен также в виде подпружиненного регулируемого обратного клапана 55 (фиг. 12), установленного с возможностью перепуска рабочей жидкости из струйной камеры 13 в затрубное пространство при превышении заданной величины перепада давления между струйной камерой 13 и затрубным пространством. Следует отметить, что при всей простоте конструкции практическое применение данного регулятора может быть ограничено вследствие возможности вхождения подпружиненного клапана 55 в автоколебательный режим, который может нарушить нормальный режим работы как регулятора перепада давления, так и пульсатора в целом. Кроме того, регулировка перепада давления при такой конструкции регулятора может выполняться только на стенде с измерением расходов и давлений, что усложняет эксплуатацию устройства.

В целях упрощения и ускорения регулировки перепада давления за счет исключения необходимости разборки и сборки регулятора последний может быть выполнен в виде регулируемого дросселя с плавной регулировкой площади сечения отверстия для прохода рабочей жидкости. Для этих целей могут быть использованы известные из машиностроительной гидравлики регулируемые дроссели, например пробковые, игольчатые, щелевые, винтовые и т.п. В качестве примера на фиг. 13 показан регулятор перепада давления на базе игольчатого регулируемого дросселя, содержащего диафрагму 57, зафиксированную в сливном канале 46 гайкой 58 с отверстиями 59 для прохода рабочей жидкости, и дроссельную иглу 60, установленную на резьбе в осевом отверстии гайки 58 с возможностью осевого перемещения конусного рабочего конца иглы в рабочем отверстии диафрагмы 57 и снабженную контргайкой 61. Так же, как и регулятор с регулируемым обратным клапаном (фиг. 12), данный регулятор может настраиваться только в стендовых условиях с применением приборов для измерения расхода и давления рабочей жидкости.

Указанного недостатка лишен представленный на фиг. 14-16 регулятор перепада давления со ступенчатым регулируемым дросселем, основным элементом которого является поворотное регулировочное кольцо 62 с радиальным отверстием 63, установленное в наружной кольцевой проточке, выполненной в стволе 17 или нижнем переходнике 19 с радиальными отверстиями 64 и сливным каналом 46, выполненным в виде кольцевой полости, сообщаемой отверстиями 64 с указанной наружной проточкой. Радиальные отверстия 64 выполнены на одном уровне (в одной плоскости, перпендикулярной оси пульсатора) и отличаются друг от друга площадью проходного сечения, а площадь проходного сечения отверстия 63 больше или равна по величине площади сечения наибольшего из отверстий 64. Регулировочное кольцо 62 снабжено подпружиненным фиксатором 65, установленным с возможностью фиксации кольца 62 в положениях, при которых в процессе поворота указанного кольца относительно корпуса пульсатора его радиальное отверстие 63 поочередно сообщается с каждым из радиальных отверстий 64, для чего в кольце 62 выполнены на одном уровне (в одной плоскости, перпендикулярной оси пульсатора) радиальные отверстия 66, в которые поочередно входит фиксатор 65. Каждые два смежных отверстия 64 в стволе 17 (фиг. 15), так же, как и каждые два смежных отверстия 66 (фиг. 1) в регулировочном кольце 62, расположены под равным углом α за исключением двух смежных отверстий 64 в стволе 17, которые расположены под углом b = 2α. Для удобства настройки регулятора на наружной поверхности ствола 17 напротив каждого отверстия 64 наносится отметка 67 (фиг. 14), выражающая численное или номерное значение объемного расхода Q подводимой к пульсатору рабочей жидкости, при котором отверстие 63 регулировочного кольца 62 должно быть совмещено с данным сливным отверстием 64, а в средней части наружной поверхности ствола 17, находящейся в зоне углa β (фиг. 15), где отсутствует сливное отверстие 4, наносится отметка 67, соответствующая расходу Q Q_min. При установке отверстия 63 регулировочного кольца 62 у данной отметки кольцо 62 перекрывает все сливные отверстия 64, исключая возможность слива рабочей жидкости из струйной камеры пульсатора по каналу 46 в затрубное пространство.

Представленная конструкция ступенчатого регулятора перепада давления позволяет выполнять регулировку непосредственно на буровой без проведения каких-либо измерений. Вместе с тем в данной конструкции регулятора трудно обеспечить герметичность зазора между регулировочным кольцом 62 и наружной проточкой, в которой он установлен, вследствие чего возможны утечки рабочей жидкости из канала 45 по указанному зазору, нарушающие стабильность гидравлического сопротивления регулятора и соответственно стабильность регулируемого перепада давления.

Указанная проблема решена в ступенчатом регуляторе перепада давления, содержащем подпружиненный поворотный регулировочный диск 68 (фиг. 17) с продольными отверстиями 69, установленный в радиальном канале 70 ствола 17 (или нижнего переходника 19), в котором выполнен сливной канал 46, сообщающий канал 70 со струйной камерой 13. Радиальный канал 70 закрыт наружной крышкой 71 с двумя радиальными относительно корпуса пульсатора отверстиями 72 и 73, первое из которых служит для прохода рабочей жидкости, а внутри второго размещена головка 74 диска 68 с прорезью под отвертку для поворота указанного диска при регулировке. При этом крышка 71 жестко прикреплена к стволу 17, а диск 68 снабжен пружиной 75, прижимающей его к крышке 71, и фиксатором, например штифтом 76, закрепленным в крышке 71, как показано на фиг. 17, или в диске 68 перпендикулярно его плоскости. В случае закрепления штифта 76 в крышке 71 в диске 68 выполняются продольные отверстия 77 (фиг. 19) под штифт 76, а в случае закрепления штифта 76 в диске 68 аналогичные отверстия выполняются в крышке 71. Фиксатор установлен с возможностью фиксации диска 68 относительно крышки 71 в положениях, при которых отверстие 72 в процессе вращения диска 68 поочередно сообщается с каждым из продольных отверстий 69 последнего. Для этого каждые два смежных отверстия 69 в диске 68 (фиг. 19), как и каждые два смежных отверстия 77 под фиксирующий штифт 76, расположены под равным углом g за исключением двух смежных отверстий 69 в диске 68, которые расположены под углом e=2γ. При этом отверстия 69 отличаются друг от друга величиной площади проходного сечения, а площадь проходного сечения отверстия 72 больше или равна по величине площади сечения наибольшего отверстия 69 диска 68. Для исключения утечек жидкости из канала 70 в затрубное пространство через плоский зазор между диском 68 и крышкой 71 регулятор снабжен плоским уплотнением 78, установленным в указанном зазоре и жестко закрепленным относительно корпуса крышкой 71. В уплотнении 78 выполнено отверстие для прохода рабочей жидкости, расположенное напротив отверстия 72 в крышке 71. Для удобства настройки регулятора на наружной поверхности крышки 71 вокруг отверстия 73 нанесены отметки 67 (фиг. 18), выражающие численные или номерные значения объемного расхода Q подводимой к пульсатору рабочей жидкости, а на торце головки 74 нанесена радиальная метка 79, указывающая, на какой объемный расход настроен регулятор. При перекрытии сливного отверстия 72 в крышке 71 участком диска 68 с углом ε метка 79 должна находиться напротив отметки 67, соответствующей значению расхода Q Q_min. Для исключения случайных нажатий на головку 74 диска 68 при хранении и эксплуатации тампонажного устройства на отверстие 73 крышки 71 может быть установлена съемная заглушка.

Аналогичный по конструкции регулятор перепада давления может быть установлен не в радиальном 70 (фиг. 17), а в продольном канале 80 (фиг. 20) ствола 17 или нижнего переходника 19 пульсатора. При этом канал 80 сообщается сливным каналом 46 со струйной камерой 13 и закрыт крышкой в виде втулки 81 с кольцевой проточкой 82, сообщаемой с затрубным пространством через сливной канал 83 в стволе 17. Головка 74 регулировочного диска 68 защищена от воздействия давления съемной крышкой 84, установленной на наружном торце втулки 81 и снабженной уплотнителем 85. Так же, как и на наружной поверхности крышки 71 предыдущего регулятора (фиг. 18), на наружном торце втулки 81 нанесены отметки, выражающие численные или номерные значения объемного расхода Q подводимой к пульсатору рабочей жидкости, а на торце головки 74 нанесена радиальная метка, указывающая, на какой объемный расход настроен регулятор. Представленный регулятор несколько проще в изготовлении в сравнении с предыдущим регулятором, но в то же время сложнее в эксплуатации, т.к. в нем для выполнения регулировки перепада давления необходимо снимать с регулятора крышку 84, чтобы обеспечить доступ к головке 74 диска 68, а по окончании регулировки необходимо снятую крышку вновь устанавливать на место.

В целях упрощения конструкции ступенчатый регулятор может быть выполнен в виде поворотной регулировочной втулки 86 (фиг. 21) с продольным отверстием 87 и радиальными отверстиями 88, которая установлена в радиальном канале 70, выполненном в стволе 17 или нижнем переходнике 19 со сливным каналом 46, сообщающим указанный канал 70 со струйной камерой 13. Радиальные отверстия 88 отличаются друг от друга величиной площади проходного сечения, а площадь проходного сечения отверстия 87 по величине не меньше площади проходного сечения наибольшего радиального отверстия 88. Регулировочная втулка 86 снабжена фиксатором, например подпружиненным шариком 89, входящим в отверстия 90, выполненные во втулке 86. При этом фиксатор установлен с возможностью фиксации втулки 86 относительно ствола 17 (или переходника 19) в положениях, при которых сливной канал 46 в процессе вращения втулки 86 поочередно сообщается с каждым из радиальных отверстий 88 последней. Для этого каждые два смежных отверстия 88 во втулке 86 (фиг.2 4), так же, как и каждые два ее смежных отверстия 90 под фиксатор 89, расположены под равным углом h за исключением двух смежных отверстий 88, которые расположены под углом l=2η. Для удобства настройки регулятора на наружном торце втулки 86 нанесены отметки 67 (фиг. 22), выражающие численные или номерные значения объемного расхода Q подводимой к пульсатору рабочей жидкости, а на наружной поверхности ствола 17 напротив канала 46 нанесена продольная метка 91, указывающая, на какой объемный расход жидкости настроен регулятор. При этом в средней части угла λ на наружном торце втулки 86 наносится отметка 67, соответствующая значению расхода Q Q_min.

Допускается также возможность установки регулировочной втулки 86 в продольном канале ствола 17 или нижнего переходника 19, как показано на фиг. 25. При таком исполнении конструкции регулятора в стволе 17 (или нижнем переходнике 19) выполняется радиальный канал 92, сообщающий продольный канал 87 втулки с затрубным пространством через ее радиальные отверстия 88, а канал 87 сообщается через сливной канал 46 со струйной камерой 13. Так же, как и в предыдущей конструкции, втулка 86 снабжена радиальным подпружиненным фиксатором 89, установленным в стволе 17 или в самой втулке с возможностью фиксации последней относительно ствола 17 в положениях, при которых радиальный канал 92 поочередно сообщается с каждым из радиальных отверстий 88 втулки 86. При этом отверстия 88 имеют различную площадь проходного сечения, а площадь проходного сечения радиального канала 92, так же, как и площадь проходного сечения продольного канала 87 втулки 86 и сливного канала 46, больше или равна по величине площади сечения наибольшего радиального отверстия 88 втулки 86. Расположение радиальных отверстий 88 и 90 во втулке 86 соответствует их расположению в конструкции предыдущего регулятора, показанного на фиг. 21 -24, а отметки, выражающие численные или номерные значения объемного расхода Q подводимой к пульсатору рабочей жидкости, наносятся на наружный торец втулки 86. При этом на торце ствола 17, вблизи которого находится торец втулки с указанными отметками, наносится метка, расположенная напротив радиального отверстия 92.

Тампонажное устройство работает следующим образом.

Перед заправкой контейнера тампонажным раствором настраивают в соответствии с соотношением (2) требуемый перепад давления Dp между струйной камерой 13 и затрубным пространством 14, который должен формироваться при работе тампонажного устройства в скважине. В случае, если тампонажному устройству предстоит работать с минимальным объемным расходом рабочей жидкости Q Q_min, слив жидкости через регулятор перепада давления блокируют путем перекрытия сливного канала 46, используя для этих целей следующие приемы, определяемые конструкцией указанного регулятора:
устанавливают глухую резьбовую заглушку на место гайки 48 (фиг. 8, 11);
закрывают все радиальные сливные отверстия 50 (фиг. 9, 10) заглушками 51;
увеличивают до необходимого значения предварительное сжатие пружины 56 (фиг. 12) путем закручивания гайки 48 или устанавливают глухую резьбовую заглушку на место указанной гайки;
перекрывают дроссельной иглой 60 (фиг. 13) осевое отверстие в диафрагме 57;
поворачивают регулировочное кольцо 62 (фиг. 14-16) до установки его радиального отверстия 63 у отметки 67 (фиг. 14), соответствующей расходу Q Q_min; при этом отверстие 63 будет находиться в закрытом положении между двумя смежными сливными отверстиями 64, расположенными под углом β (фиг. 15);
поворачивают регулировочный диск 68 (фиг. 17, 20) до установки радиальной метки 79 на его головке 74 напротив отметки 67 (фиг. 18), соответствующей расходу Q Q_min; при этом сливное отверстие 72 перекрывается участком регулировочного диска с углом e (фиг. 19), не имеющим сливного отверстия 69;
поворачивают регулировочную втулку 86 (фиг. 21, 25) до установки отметки 67 (фиг. 22), соответствующей расходу Q Q_min, напротив метки 91 на корпусе пульсатора; при этом сливной канал 46 (в варианте регулятора, показанном на фиг. 25) перекрывается участком регулировочной втулки с углом l (фиг. 24), не имеющим сливного отверстия 88.

Если же тампонажному устройству необходимо работать с объемным расходом подводимой к пульсатору рабочей жидкости, превышающим минимальное значение Q_min, осуществляют настройку требуемого значения перепада давления Dp путем изменения гидравлического сопротивления сливу рабочей жидкости из струйной камеры 13 в затрубное пространство в соответствии с заданным объемным расходом Q подводимой к пульсатору рабочей жидкости, который должен обеспечивать требуемую эффективность тампонирования. Величина указанного расхода определяется по имеющимся теоретическим и экспериментальным данным, учитывающим конструктивные параметры тампонажного устройства, горно-геологические параметры тампонируемого интервала скважины и параметры технологических режимов процесса тампонирования. В зависимости от конструктивного исполнения регулятора изменение его гидравлического сопротивления осуществляют с использованием следующих приемов:
заменяют дроссельную диафрагму 47 (фиг. 8) на диафрагму с требуемой площадью проходного отверстия 49;
открывают необходимое количество сливных отверстий 50 (фиг. 9, 10), снимая с них заглушки 51 при выполнении отверстий 50 с равной площадью сечения;
открывают одно сливное отверстие 50 (фиг. 9, 10) с требуемой площадью проходного сечения при выполнении отверстий 50 с разной площадью сечения;
изменяют до требуемого значения количество диафрагм 52 (фиг. 11) в дроссельном пакете регулятора;
регулируют до требуемого значения величину предварительного натяга пружины 56 (фиг. 12) обратного клапана 55;
осуществляют осевое перемещение дроссельной иглы 60 (фиг. 13) на требуемую величину или перемещение в необходимом направлении какого-либо другого регулировочного элемента (например, пробки, винта и т.п.) при выполнении регулятора с плавно регулируемой площадью проходного сечения;
поворачивают регулировочное кольцо 62 (фиг. 14-16) до установки его радиального сливного отверстия 63 у отметки 67 (фиг. 14), соответствующей заданному расходу Q рабочей жидкости, который должен подводиться к пульсатору тампонажного устройства; при этом отверстие 63 совмещается с радиальным сливным отверстием 64, имеющим требуемую площадь проходного сечения;
поворачивают регулировочный диск 68 (фиг. 17, 20) до установки pадиальной метки 79 у отметки 67 (фиг. 18), соответствующей заданному расходу Q; при этом сливное отверстие 72 в крышке 71 совмещается со сливным отверстием 69 диска 68, имеющим требуемую площадь проходного сечения;
поворачивают регулировочную втулку 86 (фиг.с 21) до установки напротив продольной метки 91 на корпусе пульсатора отметки 67 (фиг. 22) на наружном торце втулки, соответствующей заданному расходу Q; при этом со сливным каналом 46 совместится сливное отверстие 88 втулки 86, имеющее требуемую площадь проходного сечения;
поворачивают регулировочную втулку 86 (фиг. 25) до установки напротив метки, нанесенной на верхнем торце ствола 17 вблизи втулки 86, отметки на наружном торце указанной втулки, соответствующей заданному расходу Q; при этом со сливным отверстием 92 в корпусе совместится сливное отверстие 88 втулки 86, имеющее требуемую площадь проходного сечения.

После настройки регулятора перепада давления приводят в исходное положение сигнальный затвор с использованием следующих приемов, определяемых конструкцией сигнализатора:
устанавливают втулку 25 (фиг. 1) в патрубке 23 и фиксируют ее врезным элементом 26 в положении, при котором втулка перекрывает радиальное отверстие 24 в патрубке 23;
устанавливают разрезную пружинную втулку 25 (фиг. 2) в кольцевую проточку 29;
устанавливают сливную горловину 34 (фиг. 4) с внутренней кольцевой проточкой 35 и обеспечивают плотное прилегание запорного конусного элемента 30 к поршню 3, исключающее негерметичность сигнального затвора;
устанавливают пробку 36 (фиг. 5) на поршень 3 и сливную горловину 34 с упорным стержнем 38;
устанавливают сливную горловину 34 (фиг. 7) с внутренней конусной проточкой 45 и обеспечивают герметичный контакт запорных элементов 40 с поршнем 3.

Затем заправляют рабочую полость 5 контейнера 2 тампонажным раствором и спускают тампонажное устройство-пульсатор на колонне бурильных труб в скважину до упора опорной трубы 11 в забой с герметизацией ствола скважины упругими уплотнительными элементами 6 (фиг. 1) или до достижения устройством заданного интервала скважины, удаленного от забоя.

По окончании спуска включают буровой насос и вращение буровой колонны. При этом рабочая жидкость нагнетается по колонне буpильных труб через осевое отверстие верхнего переходника 15 в питающее сопло 18, на выходе которого формируется мощная напорная струя, периодически отклоняемая от приемного сопла 20 дефлектором 21, приводимым во вращение с помощью вала 22, получающего вращение от переходника 15. Периодическое отклонение струи от приемного сопла 20 приводит к формированию в сопле 20 и сообщающейся с ним надпоршневой полости 4 импульсного давления с частотой, равной произведению числа оборотов вращателя бурового станка в единицу времени на число рабочих отверстий в дефлекторе 21, через которые струя периодически проходит в приемное сопло 20.

Формируемые в надпоршневой полости 4 импульсы давления передаются через поршень 3 на тампонажный раствор, находящийся в полости 5. Под действием импульсного давления со стороны поршня 3 тампонажный раствор выбивает заглушку 9 из сливной горловины контейнера и совершает импульсное движение в скважину, заполняя трещины, поры и каверны горных пород в тампонируемом интервале.

В процессе импульсного вытеснения тампонажного раствора из контейнера 2 в скважину между струйной камерой 13 и затрубным пространством 14 создается положительный перепад давления Δp за счет гидравлического сопротивления сливу рабочей жидкости из камеры 13 в затрубное пространство. Указанный слив относится к той части рабочей жидкости, поступающей в струйную камеру 13 из сопла 18, которая не попадает в приемное сопло 20 при работе пульсатора. Величина перепада давления Δp определяется выражением
Δp = p_к-p_c,
где р_к и р_c соответственно давление в струйной камере 13 (фиг. 1) и в затрубном пространстве 14 скважины.

При работе устройства с минимальным объемным расходом рабочей жидкости Q Q_min, когда сливной канал 46 и соответственно регулятор перепада давления блокированы, слив рабочей жидкости из струйной камеры 13 в затрубное пространство осуществляется только через сливное отверстие 12 в корпусе пульсатора. При этом заданный перепад давления Δp между струйной камерой 13 и затрубным пространством 14 обеспечивается гидравлическим сопротивлением сливных отверстий 12. В случае же работы устройства при Q > Q_min, когда сливной канал 46 и регулятор находятся в открытом положении, слив рабочей жидкости из струйной камеры 13 в затрубное пространство осуществляется одновременно через сливное отверстие 12 корпуса пульсатора и его сливной канал 46, по которому жидкость проходит через проходное отверстие регулятора, имеющее регулируемое гидравлическое сопротивление. При этом заданный перепад давления Δp между струйной камерой 13 и затрубным пространством обеспечивается суммарным гидравлическим сопротивлением сливных отверстий 12 и проходного отверстия регулятора.

В процессе перемещения поршня 3 в контейнере 2 давление в струйной камере 13 и соответственно перепад давления Δp имеют значение, близкое к постоянному. В конце рабочего хода поршня 3 срабатывает сигнальный затвор устройства, вступающий во взаимодействие с поршнем. В зависимости от конструктивного исполнения сигнального затвора указанное взаимодействие осуществляется:
путем упора поршня 3 во втулку 25 (фиг. 1) с последующим срезанием срезного элемента 26 или выталкиванием пружинной втулки 25 из кольцевой канавки 29 (фиг. 2) и последующим совместным перемещением поршня 3 и втулки 25 до опускания поршня 3 ниже радиальных отверстий 24 в патрубке 23;
путем упора поршня 3 в упорный буртик на верхнем торце сливной горловины 34 контейнера (фиг. 4) с последующим опусканием запорного элемента 30 в проточку 35 сливной горловины под действием импульсного давления со стороны полости 4, в результате чего полость 4 сообщается через осевой канал и продольные каналы 32 штока 31 и сливное осевое отверстие горловины 34 со скважиной;
путем упора пробки 36 (фиг. 5) в стержень 38 с выходом указанной пробки из отверстия 37 поршня 3, обеспечивающим сообщение полости 4 со скважиной через отверстие 37 в поршне 3 и сливное осевое отверстие горловины 34;
путем упора запорных элементов 40 (фиг. 7) в конусную проточку 45 сливной горловины 34 с последующим остаточным перемещением поршня 3 до посадки его внутреннего буртика на наружный буртик штока 43 (с уменьшением осевого зазора σ между указанными буртиками до нуля), в результате чего обеспечивается сообщение полости 4 со скважиной через продольный канал 41 поршня 3, осевой канал 44 штока 43, перепускные отверстия в нижней части поршня 3, в которых установлены запорные элементы 40, и зазор между нижним торцом поршня 3 и конусной проточкой 45 горловины 34.

В результате срабатывания сигнального затвора, при котором надпоршневая полость 4 соединяется со скважиной, образуется дополнительный канал слива рабочей жидкости из струйной камеры 13 в скважину, включающий приемное сопло 20, полость 4 контейнера и сливные отверстия сигнального затвора: радиальные отверстия 24 (фиг. 1, 2) в патрубке 23; конусный зазор между запорным элементом 30 (фиг. 4) и поршнем 3; продольное отверстие 37 (фиг. 5) в поршне 3; перепускные отверстия в поршне 3 (фиг. 7), в которых установлены запорные элементы 40. После образования указанного дополнительного канала слива жидкость сливается по нему из струйной камеры 13 в скважину, вследствие чего давление р_к в струйной камере 13 падает до значения, близкого или равного давлению р_c в скважине, и соответственно с этим перепад давления Dp между струйной камерой 13 и затрубным пространством снижается до значения, близкого или равного нулю. В результате этого формируется сигнал об окончании тампонирования в виде понижения давления в струйной камере 13, который передается через сопло 18 в осевой подводящий канал верхнего переходника 15, откуда по колонне бурильных труб доходит до устья скважины и поступает на поверхностный регистрирующий прибор, подключенный к линии нагнетания бурового насоса (например, манометр; прибор со звуковым или световым оповещением и т. п.). После получения сигнала об окончании тампонирования выключают вращатель бурового станка и буровой насос, плавно приподнимают тампонажное устройство над зоной тампонирования и затем в обычном порядке поднимают из скважины.

Формула изобретения

1. Тампонажное устройство, включающее полый корпус, контейнер, помещенный в нижней части корпуса, поршень, помещенный в контейнере и разделяющий полость последнего на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, сигнальный затвор и пульсатор, установленный над контейнером и имеющий по меньшей мере одно сливное отверстие и струйную камеру, сообщающуюся через сливное отверстие и стуйную камеру с внешним пространством, питающее сопло, установленное в струйной камере, приемное сопло, установленное в верхней части контейнера и сообщающееся с надпоршневой полостью, механизм прерывания струи, отличающееся тем, что сигнальный затвор установлен в контейнере с возможностью сообщения надпоршневой полости с внешним пространством, при этом сигнальный затвор выполнен с площадью проходного сечения в его открытом положении не менее площади сечения входного отверстия приемного сопла, а площадь сечения сливных отверстий выбрана из соотношения

где f площадь сечения одного сливного отверстия, м²;
Q объемный расход рабочей жидкости, подводимой к пульсатору, м³/с;
V скорость движения поршня в контейнере, м/с;
F рабочая площадь сечения поршня, м²;
k количество сливных отверстий;
m коэффициент расхода жидкости через сливные отверстия;
Dp заданный перепад давления между струйной камерой и внешним пространством, Па;
ρ плотность жидкости, кг/м³.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сигнальный затвор выполнен в виде полой втулки, установленной в нижней части контейнера и выполненной по меньшей мере с одним радиальным отверстием, и втулки, перекрывающей радиальные отверстия полой втулки и установленной внутри последней с возможностью перемещения с поршнем ниже радиальных отверстий полой втулки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поршень выполнен с продольным каналом, сообщающим надпоршневую и рабочую полости, а сигнальный затвор установлен в продольном канале с возможностью его перекрытия.

4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что в нижней части контейнера выполнен внутренний упорный буртик с возможностью его взаимодействия с поршнем в конце рабочего хода последнего, а сигнальный затвор выполнен в виде запорного элемента, установленного в нижней части поршня, при этом запорный элемент снабжен штоком с наружными продольными каналами, верхний конец которого снабжен опорным буртиком, подпружиненным относительно поршня, а наружный диаметр запорного элемента меньше внутреннего диаметра упорного буртика контейнера.

5. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что контейнер снабжен продольным упорным стержнем, установленным в его нижней части, а сигнальный затвор выполнен в виде пробки, установленной в верхней части продольного канала поршня с возможностью взаимодействия с упорным стержнем, причем пробка снабжена в верхней части опорным буртиком, диаметр которого больше диаметра продольного канала поршня.

6. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что в нижней части контейнера выполнен внутренний упорный буртик, а сигнальный затвор выполнен в виде по меньшей мере одного подпружиненного относительного поршня запорного элемента, при этом в нижнем торце поршня выполнено по меньшей мере одно перепускное отверстие, сообщающее продольный канал поршня с рабочей полостью контейнера, а запорный элемент установлен с возможностью перекрытия перепускного отверстия и взаимодействия с упорным буртиком контейнера.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пульсатор снабжен регулятором перепада давления, установленным в сливном отверстии между струйной камерой и внешним пространством.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что регулятор перепада давления выполнен в виде диафрагменного дросселя, снабженного набором сменных диафрагм, отличающихся площадью сечения отверстия для прохода рабочей жидкости.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что регулятор перепада давления выполнен в виде патрубка с отверстиями, перекрытыми съемными заглушками, при этом патрубок связан с корпусом.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что регулятор перепада давления выполнен в виде пакета съемных диафрагм.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что регулятор перепада давления выполнен в виде подпружиненного обратного клапана, установленного с возможностью перепуска рабочей жидкости из струйной камеры во внешнее пространство при превышении заданной величины перепада давления между струйной камерой и указанным пространством.

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что регулятор перепада давления выполнен в виде регулируемого, например игольчатого, дросселя с плавно регулируемой площадью отверстия для прохода рабочей жидкости.

13. Устройство по пп.1 и 7, отличающееся тем, что в корпусе выполнена наружная продольная проточка и радиальные отверстия, сообщающие последнюю со струйной камерой, при этом регулятор перепада давления выполнен в виде кольца с радиальным отверстием, установленного в наружной проточке корпуса с возможностью поворота относительно последнего, и снабжен фиксатором кольца, установленным в корпусе с возможностью фиксации кольца относительно последнего в положениях, при которых его радиальное отверстие поочередно сообщается с каждым из радиальных отверстий корпуса, причем последние отличаются друг от друга площадью проходного сечения, а площадь проходного сечения радиального отверстия кольца по величине не меньше площади сечения наибольшего из радиальных отверстий корпуса.

14. Устройство по пп. 1 и 7, отличающееся тем, что в корпусе выполнен радиальный канал с наружной крышкой, сообщающийся со струйной камерой, при этом в крышке выполнено радиальное относительно корпуса отверстие для прохода рабочей жидкости, а регулятор перепада давления выполнен в виде диска с продольными отверстиями для прохода рабочей жидкости, установленного в радиальном канале корпуса с возможностью поворота относительно последнего и взаимодействия с крышкой, и снабжен фиксатором диска, установленным в крышке или диске с возможностью фиксации диска относительно крышки в положениях, при которых радиальное отверстие в крышке поочередно сообщается с каждым из продольных отверстий диска, причем последние отличаются друг от друга площадью проходного сечения, а площадь проходного сечения отверстия крышки по величине не меньше площади сечения наибольшего отверстия диска.

15. Устройство по пп.1 и 7, отличающееся тем, что в корпусе выполнено по меньшей мере одно радиальное отверстие и сообщающийся со струйной камерой продольный канал, закрытый крышкой с кольцевой проточкой, сообщающейся через радиальное отверстие корпуса с внешним пространством, при этом в крышке выполнено продольное относительно корпуса отверстие для прохода рабочей жидкости, а регулятор перепада давления выполнен в виде диска с продольными отверстиями для прохода рабочей жидкости, установленного в продольном канале корпуса с возможностью поворота относительно последнего и взаимодействия с крышкой, и снабжен фиксатором диска, установленным в крышке или диске с возможностью фиксации диска относительно крышки в положениях, при которых продольное отверстие крышки поочередно сообщается с каждым из продольных отверстий диска, причем последние отличаются друг от друга площадью проходного сечения, а площадь проходного сечения отверстия крышки, также как и площадь проходного сечения ее кольцевой протоки и радиального канала корпуса, по величине не меньше площади сечения наибольшего отверстия диска.

16. Устройство по пп.1 и 7, отличающееся тем, что в корпусе выполнен радиальный канал, сообщающийся со струйной камерой через сливной канал пульсатора, а регулятор перепада давления выполнен в виде втулки с сообщающимся с внешним пространством продольным каналом и сообщающимися с последним радиальными отверстиями, установленной в радиальном канале корпуса с возможностью поворота относительно последнего, при этом втулка снабжена фиксатором, установленным в корпусе или во втулке с возможностью фиксации последней относительно корпуса в положениях, при которых сливной канал пульсатора поочередно сообщается с каждым из радиальных отверстий втулки, причем последние отличаются друг от друга площадью проходного сечения, а площадь проходного сечения продольного канала втулки по величине не меньше площади сечения наибольшего радиального отверстия последней.

17. Устройство по пп. 1 и 7, отличающееся тем, что в корпусе выполнен продольный канал, сообщающийся со струйной камерой через сливной канал пульсатора, и радиальный канал, сообщающий указанный продольный канал с внешним пространством, а регулятор перепада давления выполнен в виде втулки с сообщающимся со струйной камерой продольным каналом и сообщающимися с последним радиальными отверстиями, установленной в продольном канале корпуса с возможностью поворота относительно последнего, при этом втулка снабжена фиксатором, установленным в корпусе или во втулке с возможностью фиксации последней относительно корпуса в положениях, при которых радиальный канал корпуса поочередно сообщается с каждым из радиальных отверстий втулки, причем последние отличаются друг от друга площадью проходного сечения, а площадь проходного сечения радиального канала корпуса, также как и площадь проходного сечения продольного канала втулки, по величине не меньше площади сечения наибольшего радиального отверстия последней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25