RU2005162C1 - Устройство дл бурени скважин - Google Patents

Abstract

Использование: в технике и технологии бурени  скважин с применением промывочной жидкости Сущность изобретени : предложен центратор. включающий корпус с резьбой дл  соединени  с бурильной колонной и долотом. К корпусу прикреплены лопасти. На внешних концах лопастей имеютс  твердосплавные штыри дл  меньшего их износа о стенки скважины Приведен диапазон возможного угла наклона средней линии кривизны поверх-г ности лопастей и формула дл  определени  диаметра корпуса Центратор при вращении создает над долотом зону депрессии, способству  отрыву от забо  и выносу шлама и крупных кусков породы, что повышает эффективность бурени  1 ил.

Description

-i

VD s

X)

С

ц )i ,

о о л

SS

к

Изобретение относитс  к бурению скважин с промывкой жидкостью.

Предлагаетс  забойный центратор-дэи- житель дл  бурильной колонны, выполн ющий функции не только удержани  долота и низа бурильной колонны в центре скважины , но и воздействующий на поток промывочной жидкости и выносимую разбуренную породу.

Известны центраторы с металлически- ми лопаст ми, имеющие 3-6 приваренных сменных спиральных лопастей. Центратор забойного двигател  1 также имеет несколько спиральных лопастей с правой навивкой, снабженных твердосплавными зубками. Эти центраторы удерживают низ бурильной колонны и долото в центре скважины , обеспечива  ей заданное нагф|вле- ние, а твердосплавными зубками калибруют/ ствол скеажины.

Функции гидравлического движител  такие центраторы не выполн ют, так как угол подъема спирали велик и превышает 70°, длина центратора с лопаст ми 1ц значи-1 тельно превышает его диаметр D дл  удер- жани  компоновкой заданного направлени  ц/О 3,2-7,5, т.е. шаговое отношение H/D 2,0.

Известна также муфта с лопаст ми 2, имеющими большой угол наклона (75-80 к плоскости, перпендикул рной оси колонны бурильных труб (горизонтальной плоскости ). Такой угол наклона лопастей, кроме указанного выше, не обеспечивает подхват крупных кусков выбуренной породы и от- брасывание их вверх, учитыва  также и то. что поток жидкости уже закручен долотом в ту же сторону.

Известно устройство дл  бурени  скважин 3, включающее колонну бурильных труб, породоразрушающий инструмент и крылйчатки с лопаст ми, размещенные на колонне бурильных труб. Оси симметрии каждой лопасти наклонены под острым углом к плоскости, перпендикул рной оси ко- лонны бурильных труб. В процессе бурени  крыльчатки, вращающиес  с колонной бурильных труб, создают в восход щем потоке режим развитой турбулентности, в результате чего увеличиваетс  относитель- на  скорость движени  частиц шлама. За счет колебательного движени  и увеличени  его относительной скорости становитс  возможным вынос частиц шлама более крупного размера.

Наилучшему решению поставленной задачи - выносу более крупных частиц шлама - отвечало бы устройство, не закручивающее частицы турбулентным вихрем, в котором частицы движутс  как вверх, так и

вниз, а придающее им направленное движение снизу вверх.

Эта цель достигаетс  применением конструкции , обладающей определенными свойствами гребного винта. Как известно, скорость жидкости перед движителем (гребным винтом) возрастает, а давление падает. Таким образом, перед винтом создаетс  зона пониженного давлени , котора  будет способствовать интенсивному отсасыванию крупных и мелких кусков выбуренной породы из-под долота, которые раньше не могли быть вынесены промывочной жидкостью до тех пор, пока долото не раздробит их на мелкие частицы. Кроме того, выпадающие из каверн крупные куски шлама будут отбиватьс  потоком, создаваемым центратором-движителем , преп тству  попаданию их под долото.

Известно, что оптимальными соотношени ми дл  гребных винтов  вл ютс : шаговое отношение H/D 0,6-2,0 (наилучшие - 0,9); дисковое отношение РЛ/Р 0,2-0,8; относительный диаметр ступицы DK/D 0,16- 0,35 4.

Поскольку забойный центратор находитс  в скважине в стесненном пространстве , диаметр его корпуса определ етс  из соотношени , полученного экспериментальным и аналитическим путем из услови  его прочности,

DK Г

-PjTr-fe

+ D2nP

0,785 От

где Рд - максимальна  нагрузка на долото;

Рз - усилие зат жки резьбы;

DK -диаметр корпуса центратора;

Dnp - диаметр проточки корпуса центратора под резьбу долота;

- допустимое значение предела текучести материала центратора, где п - коэффициент запаса.

Исход  из наиболее прочного материала , примен емого в нефтепромысловом деле 0т - 100 кгс/мм , и минимального коэффициента запаса п 1 дл  размерного р да долот по ГОСТ 20692-75, получаютс  соотношени  DK/D 0,32 - 1,0; дисковое отношение F/i/F 0,898-0,0, что входит в оптимальные соотношени  дл  гребных винтов.

На фиг.1 изображена схематически нижн   часть бурильной колонны 1 с установленными на ней центраторами-движител ми 2 и 3. Верхний центратор 2 установлен над пластом 4 с аномально низким пластовым давлением, а нижний центратор - движитель 3 установлен над долотом 5. Выше центратора 3 может быть усыновлен шламоуловитель . Цифрой 6 показаны куски выбуренной породы. Лини  За - ось симметрии лопасти, наход ща с  под углом 90° Ј оси бурильной колонны.

На фиг.2 показан вид сверху центратора-движител . К корпусу центратора 7 диаметром DK приварены или прикреплены иным способом лопасти 8. имеющие криволинейную поверхность. Дл  выполнени  функций центратора лопасти 8 могут быть выполнены расшир ющимис  наружу, а их торцевые кромки защищены твердосплавным материалом. В, верхней и нижней част х центратора 7 нарезана ответна  замкова  резьба 9 дл  соединени  с долотом и бурильной колонной.

На фиг.З показана отдельна  лопасть, имеюща  на внешней торцевой стороне наваренный твердосплавный материал или зубки 10 с целью уменьшени  износа лопасти о стенки скважины.

Средн   лини  11 профил  лопасти имеет Измен ющийс  угол наклона / к горизонтальной плоскости, убывающей по на- правлению вращени  колонны. Максимальное значение угла ft получено из соотношени  H/D 2 (ft 63°). Минимальное значение угла ft равно 0° дл  лучшего входа в закрученный поток и подхватьтЪа- ни  кусков шлама.

При вращении бурильной колонны 1 (показаноЪтрелкой), вместе с колонной враФормула изобретени 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН , содержащее установленный над долотом забойный центратор, выполненный в виде цилиндрического корпуса с присоединительными резьбами дл  встраивани  в бурильную колонну и лопаст ми на наружной поверхности, отличающеес  тем, что, с целью улучшени  процесса выноса разбуренной породы с забо  и предотвращени  попадани  породы в зону работы долота при выпадений последней из кат- верн, профиль лопастей центратора имеет гидравлически обтекаемую форму с измещаютс  центраторы-движители 2 и 3. Верхний центратор 2. враща сь, создает в зоне пласта 4 депрессию, предотвраща  поглощение пластом промывочной жидкости.

Нижний центратор-движитель 3 при вращении интенсивно отсасывает промывочную жидкость из-под долота вместе с кусками выбуренной породы 6. Одновременно оба центратора-движител  2 и 3 удерживают бурильную колонну в центре скважины, работа  как центраторы.Использование забойного центратора-движител  при установке его над долотом позвол ет повысить механическую скорость и проходку на долото за счет интенсивного отсасывани  выбуренной породы из-под долота и преп тствовзни  падению крупных кусков породы из вышележащих каверн под долото. При установке центратора-движител 

между долотом и шпинделем турбобура дополнительно достигаетс  снижение числа оборотов турбобура и приближение их к оптимальному .

(56) 1. Авторское свидетельство СССР № 1239255, кл, Е 21 В 17/10, 1984.

2.Авторское свидетельство СССР № . кл, Е.21 В 4/00, 1980.

3.Авторское свидетельство CGCP №614213. кл. Е 21 В 21 /00, 1973..

4.Г.И.Ваганов, В. К. Ш а мчу ров и др. Т га судов. Л.: 1962,

ос

j н ющййс  по ходу вращени  кривизной поверхности с углом наклона средней линии от 63 до 0 к горизонтальной плоскости , при этом ось симметрии лопастей 4Q центратора перпендикул рна к оси, а диа- ; метр корпуса центратора Ьк удовлетвор ет соотношению

. Ок(Рд+Р3)/0,785Ы+о2Р ,

Где рд - максимальна  нагрузка на долото;

Рз - усилие зат жки резьбы;

Dnp - диаметр проточки корпуса центратора под резьбу долота;

ат - допустимое значение предела текучести материала центратора,

te/

7

f/tmpfffaeHt/e йрщем  Фиг.З