Устройство для очистки скважин от шлама

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для промывки скважин при бурении на нефть и газ. Устройство для очистки скважин от шлама включает невращающиеся бурильные трубы, долото, забойный двигатель и центраторы с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильных труб. Устройство снабжено турбинами, установленными за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости. Наружный диаметр турбины меньше наружного диаметра центраторов. Направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота. Лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом 30 - 160^o. Длина каждого центратора больше его диаметра. Число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины. Использование устройства для очистки скважин от шлама позволяет полностью очистить горизонтальные и наклонные участки ствола скважины от шлама, за счет чего на 30 - 40% снизить затраты времени на борьбу с осложнениями и авариями в скважинах и на 15 - 20% повысить производительность труда. Устройство может быть реализовано при бурении любых скважин, где наблюдается зашламование кольцевого канала, однако их использование наиболее эффективно при бурении на нефть и газ забойными двигателями преимущественно наклонных и горизонтальных участков стволов скважин. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для промывки скважин при бурении на нефть и газ.

Известен турбулизатор восходящего потока промывочной жидкости, который содержит установленную на бурильной колонне муфту с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильной трубы, причем лопасти расположены на верхней торцевой части муфты и выполнены одинакового диаметра с муфтой по наружной поверхности (aвторское свидетельство СССР N 1006705, кл. E 21 В 21/00, 1981). Недостатком такого устройства является низкая эффективность работы из-за необходимости вращения всей колонны бурильных труб для передачи вращающего момента от привода, установленного на поверхности, к долоту.

Известна также забойная компоновка бурильной колонны, принятая за прототип, включающая невращающиеся бурильные трубы, долото, забойный двигатель и центраторы с лопастями (Султанов Б.З., Шаммасов Н.Х. Забойные буровые машины и инструмент. - М.: Недра, 1976, с. 203).

Недостаток известных устройств заключается в низкой эффективности очистки скважин от шлама, так как при бурении наклонных и горизонтальных участков ствола скважины в этой зоне накапливается значительное количество бурового шлама, который постепенно оседает и заполняет область лежачей стенки, что зачастую приводит к прихватам и заклиниванию бурильных труб в скважине.

Задачей изобретения является создание устройства для очистки скважин от шлама, обеспечивающее повышение эффективности бурения скважин за счет предотвращения прихватов и заклинивания бурильных труб в скважине благодаря полному удалению шлама из наклонных и горизонтальных участков ствола.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для очистки скважин от шлама, включающее невращающиеся бурильные трубы, долото, забойный двигатель и центраторы с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильных труб, согласно изобретению снабжено турбинами, установленными за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, причем наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, а направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота, лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом 30-160^o, длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Именно заявленное наличие турбин, установленных за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, а также то, что наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, обеспечивают принудительное механическое перемешивание промывочной жидкости с одновременным приданием потоку вращательно-поступательного движения и периодическим изменением угла закручивания потока и тем самым решение поставленной задачи.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены, поэтому оно обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Существенными признаками для предотвращения образования застойных зон и оседания шлама при этом являются следующие: наличие бурильных труб, центраторов с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильных труб, турбин, установленных за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, с наружным диаметром турбин меньше наружного диаметра центраторов и направлением лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости, совпадающим с направлением вращения долота, с лопастями центраторов, направленных по отношению к лопастям турбин под углом 30-160^o, причем длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Отличительными признаками являются наличие турбин, установленных над центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей, то, что наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, а направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота, лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом 30-160^o, длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему чертежом, где показан общий вид устройства.

Устройство для очистки скважин от шлама содержит долото 1, присоединенное к забойному двигателю 2 и невращающиеся бурильные трубы 3 с расположенными на них лопастными центраторами 4 и турбинами 5, установленными над центраторами 4 с возможностью вращения вокруг своих продольных осей, причем наружный диаметр d_т турбин 5 меньше наружного диаметра d_ц центраторов 4, равного диаметру D_скв скважины 6, а лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом, равным 30-160^o.

Устройство для очистки скважин от шлама реализовано следующим образом. В процессе бурения за счет работы забойного двигателя 2 происходит разрушение горной породы на забое скважины долотом 1. Образующийся шлам потоком промывочной жидкости транспортируется по зазору между наружной поверхностью невращающихся бурильных труб 3 и стенками скважины 6 на поверхность. При выходе из зазора между наружной поверхностью забойного двигателя 2 и стенками скважины 6 поток промывочной жидкости, обогащенный шламом, проходит через лопасти центратора 4 и попадает на турбины 5, которые за счет энергии потока начинают вращаться вокруг своих продольных осей и механически перемешивают промывочную жидкость, одновременно закручивают поток и придают ему вращательно-поступательное движение, что предотвращает образование застойных зон и оседание шлама в зазорах и способствует его полному удалению на поверхность. Для оптимального направления потока промывочной жидкости на лопасти турбин, направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота, а лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом, равным 30-160^o. Благодаря этому периодически при прохождении каждого центратора и турбины происходит изменение угла закручивания потока, что также способствует лучшей очистке скважины от шлама.

Свободное вращение турбины 5 обеспечивается также тем, что ее наружный диаметр d_т меньше наружного диаметра d_ц центратора 4, равного диаметру скважины D_скв. При этом для лучшего формирования потока и стабильного вращения турбин, длина каждого центратора l_ц больше его диаметра d_ц, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

Использование предлагаемого устройства для очистки скважин от шлама позволяет по сравнению с существующими устройствами полностью очистить горизонтальные и наклонные участки ствола скважины от шлама, за счет чего на 30-40% снизить затраты времени на борьбу с осложнениями и авариями в скважинах и на 15-20% повысить производительность труда.

Предлагаемое устройство может быть реализовано при бурении любых скважин, где наблюдается зашламование кольцевого канала, однако использование наиболее эффективно при бурении на нефть и газ забойными двигателями преимущественно наклонных и горизонтальных участков стволов скважин. Устройство для очистки скважин от шлама может быть изготовлено на любом металлообрабатывающем предприятии.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки скважин от шлама, включающее невращающиеся бурильные трубы, долото, забойный двигатель и центраторы с лопастями, расположенными под острым углом к оси бурильных труб, отличающееся тем, что оно снабжено турбинами, установленными за центраторами с возможностью вращения вокруг своих продольных осей под действием потока промывочной жидкости, причем наружный диаметр турбин меньше наружного диаметра центраторов, а направление лопастей центраторов по ходу движения промывочной жидкости совпадает с направлением вращения долота.

2. Устройство для очистки скважин от шлама по п.1, отличающееся тем, что лопасти центраторов направлены по отношению к лопастям турбин под углом 30 - 160^o.

3. Устройство для очистки скважин от шлама по п.1, отличающееся тем, что длина каждого центратора больше его диаметра, а число лопастей каждого центратора на одно превышает число лопастей каждой турбины.

РИСУНКИ

Рисунок 1