Вибрационное устройство для бурения скважин
Изобретение относится к горной промышленности, может быть применено для повышения эффективности бурения нефтяных и газовых горизонтальных скважин турбинным способом и предназначено для очистки горизонтальных участков скважин за счет генерирования радиальных колебаний. Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение скорости проходки за один спуск-подъем за счет освобождения внутритрубного пространства для проведения технологических операций. Устройство включает корпус с замковыми соединениями для встраивания в колонну бурильных труб, в котором выполнены радиальные отверстия и продольный канал, упругий элемент и перепускное устройство. Продольный канал соединяет с помощью перепускного устройства затрубное пространство и полость в упругом элементе. Предлагаемое устройство не занимает внутритрубное пространство, за счет чего упрощаются технологические операции, сопряженные со спуском оборудования в скважину. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для повышения эффективности бурения нефтяных и газовых горизонтальных скважин турбинным способом, а именно для очистки горизонтальных участков скважин за счет генерирования радиальных колебаний.
Известно вибрационное устройство, встраиваемое в колонну бурильных труб и содержащее корпус и расположенный в нем генератор колебания в виде гидравлической турбины с эксцентриком /Пат. 2176017 РФ, МПК7 Е 21 В 21/100, опубл. 2001/.
Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата данным устройством, является то, что генератор колебания находится внутри колонны бурильных труб, что препятствует спуску оборудования при проведении технологических операций, а также то, что возбуждаемые им продольные и радиальные колебания не ориентированы по отношению к плоскости контакта колонны бурильных труб со стенками скважины.
Наиболее близким по существенным признакам к заявляемому устройству является вибрационное устройство, содержащее корпус с проходным сечением, генератор радиальных колебаний в виде эксцентрика, расположенного на оси корпуса и выполненного в виде пустотелого вала расположенного на оси корпуса, соединенного верхним концом с гидротурбиной /Пат. 2186926 РФ, Е 21 В 4/14, 7/24, опубл. 2002/.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является расположение генератора колебаний внутри проходного сечения колонны бурильных труб.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение скорости бурения скважин при одновременном повышении степени очистки ствола скважины, преимущественно горизонтальной.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в увеличении проходки на один спуск-подъем.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном вибрационном устройстве для бурения преимущественно горизонтальных скважин, содержащем корпус с внутренней полостью и замковыми резьбовыми соединениями для встраивания в колонну бурильных труб, особенностью является то, что в указанном корпусе выполнен ряд радиальных отверстий и продольный канал, причем одно из указанных радиальных отверстий соединено с продольным каналом, который соединен с затрубным пространством при помощи перепускного устройства, по внешней поверхности указанного корпуса расположен упругий элемент, который закреплен при помощи средств крепления таким образом, что внутренняя поверхность упругого элемента и внешняя поверхность корпуса устройства образуют полости, ограниченные средствами крепления, причем указанные полости замкнуты по отношению к затрубному пространству и соединены с внутритрубным пространством посредством радиальных отверстий. Кроме того, указанное перепускное устройство выполнено в виде подпружиненного клапана с выпускным отверстием, соединяющим затрубное пространство и продольный канал и расположено в продольном канале. Упругий элемент имеет форму полого цилиндра, причем средства крепления упругого элемента выполнены в виде хомутов и расположены на одинаковых расстояниях по периметру внешней поверхности корпуса.
Увеличение скорости проходки за один спуск-подъем достигается за счет освобождения внутритрубного пространства от дополнительных устройств, что позволяет проводить технологические операции без необходимости подъема труб колонны бурильных труб.
Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что в корпусе вибрационного устройства с внутренней полостью, имеющем на концах замковые резьбовые соединения для встраивания в бурильную колонну, в отличие от прототипа имеются радиальные отверстия, соединяющие внутритрубное пространство с полостями упругого элемента, а также перепускное устройство, соединяющее внутритрубное пространство с затрубным.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 показан фронтальный разрез корпуса, а на фиг.2 - сечение по А - А.
Вибрационное устройство для бурения преимущественно горизонтальных скважин содержит корпус 1 с внутренней полостью и замковыми соединениями 2 для встраивания в колонну бурильных труб. В корпусе 1 выполнены радиальные отверстия 3 и продольный канал 6. По внешней стороне корпуса 1 закреплен при помощи средств крепления 10 упругий элемент 5, который имеет форму полого цилиндра и представляет собой, например, устройство в виде камеры, выполненной из эластичного материала, диаметр которой превышает наружный диаметр колонны труб. Либо в качестве упругого элемента 5 может быть использован упругий центратор, имеющий полые внутренние полости. При креплении упругого элемента 5 к корпусу 1 формируются полости 4, ограниченные внутренней поверхностью упругого элемента 5, внешней поверхностью корпуса 1 и средствами крепления 10, которые выполнены, например, в виде хомутов. Внутритрубное пространство посредством перепускного устройства 7 соединено через одно из радиальных отверстий 3 и продольный канал 6 с затрубным пространством. Перепускное устройство 7 может быть выполнено, например, в виде подпружиненного клапана 8 с выпускным отверстием 9, соединяющим продольный канал 6 и затрубное пространство. Перепускное устройство 7 может быть расположено непосредственно в продольном канале 6. Средства крепления 10 установлены на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру внешней поверхности корпуса 1.
Корпус 1 вибрационного устройства при помощи замковых соединений встраивают в колонну бурильных труб горизонтальной скважины. Колонну спускают в скважину. Далее работу вибрационного устройства можно разделить на два этапа.
На первом этапе выпускное отверстие 9 перекрыто подпружиненным клапаном 8. За счет этого буровой раствор наполняет полость 4 упругого элемента 5 через радиальные отверстия 3. В результате вибрационное устройство, находясь ближе к нижней стенке горизонтальной скважины (т.к. испытывает действие силы тяжести), поднимает колонну бурильных труб по направлению к верхней стенке скважины. При этом давление во внутритрубном пространстве повышается и сжимает подпружиненный клапан 8, который открывает выпускное отверстие 9 в корпусе 1.
На втором этапе сквозь открытое выпускное отверстие 9 буровой раствор выходит в затрубное пространство. В результате давление во внутритрубном пространстве падает, и упругий элемент 5 сжимается под действием силы тяжести. Колонна бурильных труб прижимается к нижней стенке горизонтальной скважины. При падении давления подпружиненный клапан 8 разжимается и закрывает выпускное отверстие 9 в корпусе 1. Таким образом, происходит полный цикл колебания, создаваемого вибрационным устройством.
Предлагаемое вибрационное устройство имеет свободную внутреннюю полость, за счет чего упрощаются технологические операции, сопряженные со спуском оборудования в скважину.
Формула изобретения
1. Вибрационное устройство для бурения преимущественно горизонтальных скважин, содержащее корпус с внутренней полостью и замковыми резьбовыми соединениями для встраивания в колонну бурильных труб, отличающееся тем, что в указанном корпусе выполнен ряд радиальных отверстий и продольный канал, причем одно из указанных радиальных отверстий соединено с продольным каналом, который соединен с затрубным пространством при помощи перепускного устройства, по внешней поверхности указанного корпуса расположен упругий элемент, который закреплен при помощи средств крепления таким образом, что внутренняя поверхность упругого элемента и внешняя поверхность корпуса устройства образуют полости, ограниченные средствами крепления, причем указанные полости замкнуты по отношению к затрубному пространству и соединены с внутритрубным пространством посредством радиальных отверстий.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перепускное устройство выполнено в виде подпружиненного клапана с выпускным отверстием, соединяющим затрубное пространство и продольный канал.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перепускное устройство расположено в продольном канале.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругий элемент имеет форму полого цилиндра.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства крепления упругого элемента выполнены в виде хомутов и расположены на одинаковых расстояниях по периметру внешней поверхности корпуса.
