Устройство для бурения глубоких скважин аэрированной жидкостью

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<11>977696 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23. 05.79 (21) 2774083/22-03

И11М. К . с присоединением заявки Мо

Е 21 В 21/14

Государственный комитет

СССР

II0 делам изобретений и открытий (23) Приоритет

ИЗ1УДК 822. 243. .444(088.8) Опубликовано 3Ы182. Бюллетень Hо44

Дата опубликования описания 30.11 ° 82

И.В.Белей, Г.Г.Гераськин, Г.Е.Касьянов, Ф.М.Кацман, Ю.С.Лопатин, Б.Г.Любимов, A.З.PogaHQBg Т.A.Цйтанов---.= — ----,... . и P.Ã.Êàðëîâ (72) Авторы изобретения Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт буровой техники (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ГЛУБОКИХ CKBAEHH

АЭРИРОВАННОЙ ЖИДКОСТЬЮ

Изобретение относится к бурению глубоких эксплуатационных и разведочных скважин на нефть, газ и другие полезные ископаемые с использованием аэрированной промывочной жидкости при выводе воздуха в верхнюю часть ствола.

Бурение с использованием аэрированной жидкости является известным средством ускорения буровых работ, в том числе в условиях поглощения.

Известно устройство с двойной колонной бурильных труб для разделенной подачи жидкости и воздуха, который выводится в верхней части эатрубного пространства 1 1).

Устройство не применяется в глубоком бурении из-за усложнения работ при проведении спуско-подъемных операций, увеличения веса бурильной колонны, применения сложных,а следовательно, недостаточно надежных технологических средств.

Существенное упрощение достига,ется при использовании стандартных одноколонных труб с выводом из них в верхней части скважины. Известно выполнение такого вывода через отверстия в стенке -переводника, перекрытие подвижной подпружиненной втулкой. Втулка перемещается после сбрасывания шара, который садится на втулку, и включения насосов. Перепад давления перемещает втулку, открывая отверстия в стенке переводника. В одном из вариантов устройства радиальные отверстия перекрыты подпружиненными шариками и открываются при соответствующем перепаде давления на шарики 1 2).

Техническую задачу вывода воздуха в верхнюю часть затрубного пространства при выводе жидкости через долото устройство не решает. Воздух и жидкость либо совместно выводятся в затрубное пространство, либо совместно проходят на долото. Положение втулки (для открытия отверстий в стен. ке переводника) при помощи сбрасываемого шара можно изменить только один раз. Повторение операций требует либо подъема бурильных труб, либо специальных работ по извлечению сброшенного в трубы шара.

Известно также устройство для бурения глубоких скважин аэрированной жидкостью с подачей жидкой и газовой фаз в скважину общим потоком, включающее корпус с разделителем фаз и систему каналов для выпуска газо977696

65 вой фазы в затрубное пространство выше долота и пропуска жидкой фазы в долото (31.

Недостатком известного устрой- ства является то, что оно .не позволяет осуществлять регулирование расхода газовой фазы, выходящей в затруб ное пространство, а также наличие высокоскоростной струи выходящего из устройства газа способствует нарушению качества крепления скважины в месте выхода струи, т.е. в обса-. женном участке скважины, из-за чего снижается скорость бурения и повышается стоимость сооружения скважиные

Кроме того, данное устройство не позволяет пропустить в случае необходимости торпеду ниже места установки устройства в бурильной колонне.

Цель изобретения — ускорение и удешевление бурения глубинных горизонтов эа счет вывода газовой фазы в обсаженную часть ствола и регулирования ее расхода, а также пропуска торпеды ниже места установки устройства в бурильной колонне.

Указанная цель достигается тем, что,каналы для выпуска газовой фазы

"в затрубное пространство выше долота выполнены в виде не менее двух. несообщающихся между собой трасс, каждая из которых снабжена сужением сечения и гасителем скорости на выходе в затрубное пространство,а также общим средством для многократного перекрытия и открытия трасс совместно или по отдельности.

Кроме того, каналы для выпуска газовой фазы .в эатрубное пространство размещены по оси корпуса и сво бодно сообщены с полостью над разделителем фаз.

На фиг.1 показано устройство, продольный разрез; на фиг.2 — нижняя часть устройства; на.фиг.3 — разрез А-А на фиг.1.

В бурильной колонне между стан- дартными бурильными трубами 1 и 2 размещен узел вывода воздуха в затрубное пространство на глубине

100-1000 м (в зависимости от конкретных условий на буровой) . Внутри цилиндра 3 выполнены кольцевые канавки со скошенными уступами 4 и 5.

Нижняя часть цилиндра-имеет меньий диаметр. На переходном бурте вободно установлена подвижная втулка 6 с уплотнениями 7 и 8 по обоим .концам. Отсекаемое уплотнениями 7 и 8 пространство сообщено отверстием 9 с затрубным пространством скважины. Цилиндр 3 соединен конической резьбой (типа замковой) с корпусом 10, а тот аналогичной резьбой с переводником 11 ° Резьбовые. разъемы облегчают сборку и разборку, обеспечивают доступ к местам требующим контроля при эксплуатации. В переводнике 11 через втулки 12 зажаты статоры 13 турбинки турбобура. Нижняя втулка 14 жестко закреплена в переводнике 11. При помощи .подвески 15 крепится трубка 16 накопителя воздуха, трубка 16 имеет, сквозные прорези (сверления) 17 непосредственно под лопатками статоров- . Выше трубки 16 накопитель воздуха включает. фигурные детали 18 и 19, зажатые в корпусе. В детали 18 на различной высоте выполнены входы в каналы 20 и 21 для отвода воздуха в затрубное пространство. Вход в каналы защищен перфорированной перегородкой 22. Между деталя-. ми 18 и 19 в каналах .20 и 21 установлены штуцеры 23 для снятия давления.

Диаметр сопел в штуцерах может быть одинаковым или различным. Ось штуцеров проходит параллельно оси бурильной колонны. Каналы продолжаются в детали 19 и через радиальные окна корпуса выводятся в затрубное пространство. О-образные уплотнения герметизируют зазор между деталью 19 и корпусом. Скорость потока гасится на пути от штуцера к затрубному пространству благодаря увеличению диаметра каналов и поворотам. Диаметр сопел штуцера больше, чем попереч-. ные размеры отверстий и прорезей в перегородке 22 и трубке 16, для того, чтобы предотвратить забивание штуцеров. В цилиндре 3 подвешена верхняя телескопически выдвигаемая. часть 24 накопителя, оканчивающаяся снизу поршнем 25 с уплотнениями 26 и 27, а сверху фиксатором 28 с упругими элементами. Полость накопителя закрыта сверху диафрагмой 29 из хрупкого материала (крепление диафрагмы не показано) . Разрушив диафрагму можно .пропустить торпеду через накопитель в случае необходимости ее использования.

На фиг.1 показано верхнее положение телескопической части 24, при которой открыты оба канала для отвода воздуха. Упругие элементы фиксатора находятся на уступе 4. В среднем положении упругие элементы посажены на уступ 5, а поршень отсекает канал 20. Воздух может выходить через один штуцер. В нижнем положении упругие элементы фиксатора контактируют с цилиндрической поверхностью, а поршень перекрывает оба канала.

Промывочная жидкость, подаваемая в бурильные трубы, проходит сверления 30 в фиксаторе и через окна 31 в полость 32. Далее она входит в пространство 33, образованное срезами детали 19 (фиг.2), и через отверстия 34 выходит в полость 35.

977696

Проходя через лопатки турбинок поток приобретает окружную составляющую скорости. Благодаря возникающей центробежной силе легкая фаза концентрируется на поверхности трубки 16 и проваливается через щели во внутреннюю полость. Пузырьки воздуха поднимаются вверх по накопителю и образуют заполненное газом пространство под диафрагмой 29. Поверхность контакта с жидкостью постепенно опускается. В зоне входа в каналы.20 и

21 устанавливается воздушная среда.

Процесс накопления воздуха происходит и без закручивания потока лопатками статора, но очень медленно. Весовая 15 скорость уходящего через штуцеры воздуха больше, чем приходящего в накопитель, и работа устройства не устойчива. Закручивание потока и прорези (сверления) в трубке позволяют уско- 20 рить процесс накопления воздуха. Величина скорости накопления зависит от числа статоров. В зависимости от конкретных условий можно ставить 3-8 статоров. Если весовая скорость при- 5 ходящего в накопитель воздуха больше, чем уходящего через штуцеры, избыток воздуха автоматически сбрасывается в поток жидкости через открытый снизу конец втулки. Роль лопаток 30 статора может выполнить любая поверхность, выводящая поток жидкости под углом к горизонту (например, шнек и т.п.) .

Переход поршня сверху вниз.обеспе- З5 чивается перепадом давления на сверлениях 30 фиксатора, которые образуют сужение канала для протока жидкости. Кратковременный прирост расхода жидкости создает увеличенное, давление и осевую силу для деформации упругих элементов. фиксатора.

Разницей диаметров цилиндрических поверхностей под уступами 4 и 5 обеспечивается более высокая потребная осевая нагрузка для перехода из среднего положения в нижнее, чем из верхнего в среднее. Для обратного перемещения поршня в полости бурильных труб создается разрежение (6-10 атм), например закачкой воэ- 50 духа в трубы с последующим сбросом его в атмосферу. Перепад давления поднимает втулку 6, которая ведет выдвижную телескопйческую часть накопителя в верхнее положение. Управ- 55 ,ление ее перемещением в обоих направлениях с поверхности земли обеспечивается дискретным контролем за количеством выходящего в эатрубное пространство воздуха.

Применение промывки аэрированной жидкостью с использованием предлагаемого устройства дает экономию устройства до 9,5 р. на 1 м проходки.

Неучитываемая сопоставительным расчетом экономия от применения предлагаемого устройства связана с возможностью бурения скважин с катастрофическими уходами раствора, которые ликвидируют по этой причине или же крепят установкой дополнительной обсадной колонны.

Формула изобретения

l. Устройство для бурения глубоких скважин аэрированной жидкостью, с подачей жидкой и газовой фаз в скважину общим потоком, включающее корпус с разделителем фаэ и систему каналов для выпуска газовой фазы в затрубное пространство выше долота и пропуска жидкой фазы в долото, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ускорения и удешевления бурения глубинных горизонтов за счет вывода газовой фазы в обсаженную часть ствола и регулирования ее рас-. хода, каналы для выпуска газовой фазы в затрубное пространство выше долота выполнены в виде не менее двух не сообщающихся между собой трасс, каждая из которых снабжена сужением сечения и гасителем скорости на выходе в затрубное пространство, а также общим средством для многократного перекрытия и открытия трасс совместно. или по отдельности.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью пропуска торпеды ниже места установки устройства в бурильной колонне, каналы для выпуска газовой фазы s затрубное пространство размещены по оси корпуса и свободно сообщены,с полостью над разделителем фаз.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIIIA Р 3534822, кл. 175-69, опублик. 1970..

2. Патент СшА Р 2312018, кл. 175-67 опублик. 1943.

3. Авторское свидетельство СССР

It 633842, кл. Е 21 В 21/00 1977 (прототип) °

977696

27

78

Х2

Составитель В;Никулин

Редактор Н.Кешеля Техред Т.Маточка Корректор Н.Король

Эаказ 9154/42 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4