RU2213199C2 - Well hydraulic giant reamer - Google Patents
Well hydraulic giant reamer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213199C2 RU2213199C2 RU2001135918A RU2001135918A RU2213199C2 RU 2213199 C2 RU2213199 C2 RU 2213199C2 RU 2001135918 A RU2001135918 A RU 2001135918A RU 2001135918 A RU2001135918 A RU 2001135918A RU 2213199 C2 RU2213199 C2 RU 2213199C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- relative
- angle
- axis
- hydraulic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для расширения скважин в расчетном интервале. The invention relates to drilling equipment and can be used to expand wells in the design interval.
Анализ существующего уровня показал следующее. Analysis of the existing level showed the following.
Известен скважинный расширитель, содержащий породоразрушающий орган с размещенным внутри турбинным приводом и механизм поворота породоразрушающего органа (см. а. с. 206469 от 16.04.1963 г. по кл. Е 21 В 9/28 (5а, 14/20), опубл. в ОБ 24, 1967 г.). Механизм поворота породоразрушающего органа выполнен в виде зубчатой рейки, скрепленной с поршнем гидравлической пары, цилиндр которой связан с колонной бурильных труб, и зубчатого сектора, связанного с валом турбинного привода и взаимодействующего с зубчатой рейкой. A well-known borehole expander containing a rock cutting body with a turbine drive located inside and a rotation mechanism for the rock cutting body (see A. p. 206469 dated 04.16.1963 according to class E 21 B 9/28 (5a, 14/20), publ. in OB 24, 1967). The rotation mechanism of the rock cutting body is made in the form of a gear rack fastened to a hydraulic pair piston, the cylinder of which is connected to the drill pipe string, and a gear sector connected to the turbine drive shaft and interacting with the gear rack.
Недостатком известного устройства являются ненадежность конструкции и неэффективность работы. Это обусловлено целым рядом причин:
- конструкцией расширителя не предусмотрено огибание твердых включений, т. к. промывочная жидкость постоянно воздействует на зубчатую передачу, а обратный ход последней возможен, но с приложением большого усилия, приводящего к поломке расширителя;
- конструкцией расширителя не предусмотрена защита зубчатой передачи от посторонних включений (разбуриваемой породы), что может привести к поломке устройства;
- осуществляется механическое разрушение породы без эффективной очистки (промывки) забоя, что приводит к заклиниванию инструмента.A disadvantage of the known device is the unreliability of the design and inefficiency. This is due to a number of reasons:
- the design of the expander does not provide for enveloping solid inclusions, since flushing fluid constantly acts on the gear train, and the reverse stroke of the latter is possible, but with great effort, leading to breakdown of the expander;
- the design of the expander does not provide for the protection of the gear transmission from foreign inclusions (drilled rock), which can lead to damage to the device;
- mechanical destruction of the rock is carried out without effective cleaning (washing) of the face, which leads to jamming of the tool.
Известен скважинный гидромониторный расширитель, содержащий корпус, породоразрушающую лопасть, прикрепленную к боковой поверхности корпуса, полый приводной вал, размещенный в корпусе и соединенный как с буровой колонной, так и с корпусом с возможностью ограниченного осевого перемещения и подпружинен, а также три гидромониторные насадки, сообщенные посредством промывочных каналов с полостью буровой колонны (см. а.с. 1666678 от 19.05.89 г. по кл. Е 21 В 7/28, опубл. в ОБ 28, 1991 г.) При этом вторая насадка расположена на боковой поверхности лопасти, а третья - на боковой поверхности корпуса со смещением по вертикали относительно первой насадки с возможностью гидравлического сообщения полости буровой колонны с насадками корпуса при крайних положениях приводного вала относительно корпуса и с насадкой лопасти при среднем положении вала. A well-known hydraulic monitor extender comprising a housing, a rock cutting blade attached to a side surface of the housing, a hollow drive shaft located in the housing and connected to the drill string and the housing with the possibility of limited axial movement and spring-loaded, as well as three hydraulic monitor nozzles through flushing channels with a drill string cavity (see AS 1666678 of 05.19.89, class E 21
Недостатком известного устройства являются ненадежность конструкции и неэффективность работы. Это обусловлено целым рядом причин:
- наличие открытых пружин в конструкции расширителя может привести к заклиниванию последних разбуриваемой породой и, как следствие, невозможности осевого перемещения корпуса относительно вала;
- отсутствие в конструкции расширителя поворотного механизма приводт к невозможности создания каверны запланированного размера, а лишь только на величину прогиба бурильных труб, ограниченных стенкой скважины;
- породоразрушающая лопасть не всегда прижата к стенке скважины из-за непостоянства действия отклоняющей силы;
- конструкцией расширителя обеспечивается малый гидромониторный эффект, т.к. насадка на лопасти расположена с обратной стороны вращения.A disadvantage of the known device is the unreliability of the design and inefficiency. This is due to a number of reasons:
- the presence of open springs in the design of the expander can lead to jamming of the last drilled rock and, as a result, the impossibility of axial movement of the housing relative to the shaft;
- the lack of a swivel mechanism in the expander design makes it impossible to create a cavity of the planned size, but only by the amount of deflection of the drill pipes bounded by the borehole wall;
- rock cutting blade is not always pressed against the wall of the well due to the inconsistency of the deflecting force;
- the design of the expander provides a small hydromonitor effect, because the nozzle on the blades is located on the reverse side of the rotation.
В качестве прототипа взят скважинный гидромониторный расширитель, содержащий полый цилиндрический оребренный рабочий орган (под ребрами подразумеваются породоразрушающие элементы), связанный с бурильной колонной с помощью цилиндрического шарнира, и гидромониторные насадки, одна из которых выполнена под углом относительно оси расширителя в сторону нижней границы оребренного рабочего органа (см. а.с. 1002500 от 25.01.82 г. по кл. Е 21 В 7/28, опубл. в ОБ 9, 1983 г.). При этом ось цилиндрического шарнира смещена относительно оси корпуса в сторону наименьшей образующей оребренного рабочего органа, выполненного в виде втулки со скошенным торцом. Втулка установлена на корпусе концентрично. As a prototype, a downhole hydraulic monitor expander was used, containing a hollow cylindrical finned working element (by ribs are rock cutting elements) connected to the drill string using a cylindrical hinge, and hydraulic nozzles, one of which is made at an angle relative to the axis of the expander towards the lower boundary of the finned working body (see AS 1002500 from 01.25.82, according to class E 21 B 7/28, published in OB 9, 1983). The axis of the cylindrical hinge is shifted relative to the axis of the housing towards the smallest generatrix of the finned working element, made in the form of a sleeve with a beveled end. The sleeve is mounted concentrically on the housing.
Недостатком прототипа являются ненадежность конструкции и неэффективность работы. Это обусловлено целым рядом причин:
- конструкцией расширителя не предусмотрено огибание твердых включений, т. к. конструктивные особенности втулки и положение цилиндрического шарнира не способствуют возникновению выпрямляющего усилия, приводящего втулку в первоначальное положение;
- операция расширения связана с подъемом втулки за счет действия центробежной силы, величина которой мала вследствие незначительной частоты вращения бурильной колонны;
- конструкцией обеспечивается малый гидромониторный эффект, т.к. насадки расположены на корпусе, не имеющем возможности углового перемещения относительно оси скважины.The disadvantage of the prototype is the unreliability of the design and inefficiency. This is due to a number of reasons:
- the design of the expander does not provide for enveloping solid inclusions, because the design features of the sleeve and the position of the cylindrical hinge do not contribute to the emergence of a rectifying force, leading the sleeve to its original position;
- the expansion operation is associated with the lifting of the sleeve due to the action of centrifugal force, the value of which is small due to the insignificant frequency of rotation of the drill string;
- the design provides a small hydromonitor effect, because nozzles are located on the housing, which is not capable of angular movement relative to the axis of the well.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему: повышается эксплуатационная надежность скважинного гидромониторного расширителя и эффективность проведения технологической операции расширения скважины за счет:
- отсутствия возможности заклинивания оребренного рабочего органа при встрече с твердыми включениями в разрушаемой породе, т.к. конструкцией предусмотрено огибание оребренного рабочего органа этих включений;
- незначительных габаритных размеров цилиндрического шарнира, обусловленных отсутствием влияния отклоняющего момента от реактивной силы струи, вытекающей из реактивной насадки;
- постоянного нахождения гидромониторных насадок в непосредственной близости со стенкой скважины, что обусловлено непрерывным действием отклоняющей силы и возможностью углового перемещения оребренного рабочего органа относительно оси скважины;
- выполнения каверны запланированного диаметра, т.е. цилиндрический шарнир связан с оребренным рабочим органом и позволяет отклонение последнего до максимального угла 30o и создание каверны диаметром 1 м;
- создания максимальной длины фронта разрушающей силы, что обусловлено расположением и количеством гидромониторных насадок.The technical result that can be obtained by implementing the present invention is as follows: the operational reliability of the downhole hydraulic expander is increased and the efficiency of the technological operation of expanding the well due to:
- the lack of jamming of the finned working body when meeting with solid inclusions in destructible rock, because the design provides for the rounding of the finned working body of these inclusions;
- insignificant overall dimensions of the cylindrical hinge due to the absence of the influence of the deflecting moment from the jet reactive force flowing from the jet nozzle;
- the constant presence of hydraulic nozzles in close proximity to the wall of the well, due to the continuous action of the deflecting force and the possibility of angular movement of the finned working body relative to the axis of the well;
- performing a cavity of a planned diameter, i.e. a cylindrical hinge is connected with a finned working body and allows the deflection of the latter to a maximum angle of 30 o and the creation of a cavity with a diameter of 1 m;
- creating the maximum length of the front of the destructive force, which is due to the location and number of hydraulic nozzles.
Технический результат достигается с помощью известного скважинного гидромониторного расширителя, содержащего полый цилиндрический оребренный рабочий орган, связанный с бурильной колонной с помощью цилиндрического шарнира, и гидромониторные насадки, одна из которых выполнена под углом относительно оси расширителя в сторону нижней границы оребренного рабочего органа. По заявленной конструкции расширитель дополнительно содержит ориентирующий удлиняющий переводник, расположенный между оребренным рабочим органом и цилиндрическим шарниром. Последний расположен коаксиально бурильной колонне и оребренному рабочему органу, а их общий гидравлический канал заканчивается в нижней части оребренного рабочего органа и связан с каналом реактивной насадки и промывочными каналами не более трех гидромониторных насадок, расположенных на боковой поверхности оребренного рабочего органа. Реактивная насадка связана с нижней частью общего гидравлического канала и направлена перпендикулярно относительно оси расширителя, а ее диаметр определен по формуле
где dp - диаметр реактивной насадки, м;
μ - коэффициент расхода промывочной жидкости, прошедшей через насадку с совершенной конфигурацией входного участка, равный 0,90-0,95;
W - суммарная фактическая гидравлическая мощность используемых цементировочных агрегатов, кВт;
G - вес расширителя, Н;
υ - скорость истечения промывочной жидкости из насадки, равная 80-100 м/сек;
ρ - плотность промывочной жидкости, кг/м3.The technical result is achieved using a well-known downhole hydraulic expander containing a hollow cylindrical finned working element connected to the drill string by means of a cylindrical hinge and hydraulic nozzles, one of which is made at an angle relative to the axis of the expander towards the lower boundary of the finned working body. According to the claimed design, the expander further comprises an orienting extension sub located between the finned working body and the cylindrical hinge. The latter is located coaxially with the drill string and finned working body, and their common hydraulic channel ends at the bottom of the finned working body and is connected to the jet nozzle channel and flushing channels of no more than three hydraulic monitor nozzles located on the side surface of the finned working body. The jet nozzle is connected to the lower part of the common hydraulic channel and is directed perpendicular to the axis of the expander, and its diameter is determined by the formula
where d p is the diameter of the jet nozzle, m;
μ is the flow coefficient of the flushing fluid passing through the nozzle with a perfect configuration of the inlet section, equal to 0.90-0.95;
W is the total actual hydraulic power of the cementing units used, kW;
G is the weight of the expander, N;
υ is the flow rate of the washing fluid from the nozzle, equal to 80-100 m / s;
ρ is the density of the washing fluid, kg / m 3 .
Первая гидромониторная насадка расположена на уровне реактивной насадки под углом 210o относительно ее оси по ходу вращения расширителя и под углом 30o относительно его оси в сторону нижней границы оребренного рабочего органа. Вторая гидромониторная насадка расположена вверх по образующей цилиндра оребренного рабочего органа относительно первой гидромониторной насадки и под углом 90o относительно оси расширителя. Третья гидромониторная насадка расположена вверх по образующей цилиндра оребренного рабочего органа, отстоящей от образующей цилиндра для первой и второй гидромониторных насадок под углом 285o по ходу вращения расширителя и под углом 90o относительно его оси. Максимальный диаметр каждой гидромониторной насадки рассчитан по формуле
где dn max - максимальный расчетный диаметр каждой гидромониторной насадки, м, при этом n - количество гидромониторных насадок, выбранное из условия 1≤n≤3,
и выбран диаметр стандартной насадки из условия d≤dn max, где d - диаметр стандартной насадки, м.The first hydraulic nozzle is located at the level of the jet nozzle at an angle of 210 o relative to its axis along the rotation of the expander and at an angle of 30 o relative to its axis towards the lower boundary of the finned working body. The second nozzle is located upstream of the cylinder of the fin of the working body relative to the first nozzle and at an angle of 90 o relative to the axis of the expander. The third hydraulic nozzle is located upstream of the cylinder of the finned working body, spaced from the cylinder for the first and second hydraulic nozzles at an angle of 285 o in the direction of rotation of the expander and at an angle of 90 o relative to its axis. The maximum diameter of each jet nozzle is calculated by the formula
where d n max is the maximum calculated diameter of each nozzle, m, while n is the number of nozzles selected from the
and the diameter of the standard nozzle is selected from the condition d≤d n max , where d is the diameter of the standard nozzle, m
Расстояние между соседними гидромониторными насадками определено по формуле
Ln=12d,
где Ln - расстояние между соседними гидромониторными насадками, м, при этом 2≤n≥3.The distance between adjacent hydraulic nozzles is determined by the formula
L n = 12d,
where L n is the distance between adjacent hydromonitor nozzles, m, with 2≤n≥3.
Анализ изобретательского уровня показал следующее. Известен струйный расширитель, содержащий гидротурбину с двумя соплами, имеющими гидромониторные насадки, установленные под углом друг другу, выполненные с разным входным сечением (см а.с. 891881 от 17.04.80 г. по кл. Е 21 В 7/28, опубл. в ОБ 47, 1981 г. ). В этом случае энергия одной струи гасит энергию другой и их суммарное воздействие на стенку скважины уменьшается. Известен шарошечный расширитель с системой промывки, включающий связанные между собой и осевым каналом и выполненные в корпусе наклонные и радиальные каналы (см. патент 2169822 от 24.11.2000 г. по кл. Е 21 В 7/28, опубл. в ОБ 18, 2001 г.). Концевые участки наклонных каналов заглушены, а радиальные, расположенные перпендикулярно продольной оси корпуса, оснащены гидромониторными насадками, расположенными в межшарошечном проеме. Расширение осуществляется за счет воздействия шарошек, что не слишком эффективно, т.к. отсутствует поворотный механизм. При этом гидромониторный эффект незначителен, что обусловлено углом наклона гидромониторных насадок и отсутствием отклоняющей силы. Известно устройство для бурения и расширения скважин, в боковых стенках корпуса которого размещены гидромониторные насадки, оси которых перпендикулярны оси устройства (см. а.с. 1084405 от 30.07.82 г. по кл. Е 21 В 7/28, опубл. в ОБ 13, 1984 г.). Расширение скважин незначительно и происходит на величину действия энергии гидромониторных струй. An analysis of the inventive step showed the following. Known jet expander containing a hydraulic turbine with two nozzles having hydraulic nozzles mounted at an angle to each other, made with different input cross-section (see AS 891881 from 04.17.80, CL E 21
Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие конструкции скважинных гидромониторных расширителей, в которых бы присутствовал эффект действия постоянной отклоняющей силы в совокупности с надежностью работы расширителя. Таким образом, достигаемый технический результат обусловлен неизвестными свойствами частей рассматриваемого скважинного гидромониторного расширителя и связями между ними. Изобретение явным образом не следует из известного уровня техники, то есть соответствует условию изобретательского уровня. We have not found sources of patent documentation and scientific and technical literature describing the design of downhole hydraulic expanders, in which there would be the effect of a constant deflecting force in combination with the reliability of the expander. Thus, the achieved technical result is due to the unknown properties of the parts of the considered downhole hydraulic expander and the relationships between them. The invention does not explicitly follow from the prior art, that is, it meets the condition of an inventive step.
Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства относительно оси (транспортное положение);
на фиг.2. представлен горизонтальный разрез, выполненный в плоскости А - А;
на фиг.3 представлен горизонтальный разрез, выполненный в плоскости Б - Б;
на фиг.4 представлен фрагмент продольного разреза устройства в плоскости В - В, расположенной под углом 30o относительно продольной плоскости по оси устройства.The design of the claimed device is illustrated by the following drawings:
in FIG. 1 shows a longitudinal section of the device about an axis (transport position);
figure 2. a horizontal section is presented, made in the plane A - A;
figure 3 presents a horizontal section made in the plane B - B;
figure 4 presents a fragment of a longitudinal section of the device in the plane b - B, located at an angle of 30 o relative to the longitudinal plane along the axis of the device.
Устройство имеет следующие габариты: длина - 1,28 м, диаметр - 0,14 м, масса - 53 кг. The device has the following dimensions: length - 1.28 m, diameter - 0.14 m, weight - 53 kg.
Скважинный гидромониторный расширитель содержит полый цилиндрический оребренный рабочий орган 1, связанный с бурильной колонной с помощью цилиндрического шарнира 2 (см. фиг.1). Между оребренным рабочим органом 1 и цилиндрическим шарниром 2 находится ориентирующий удлиняющий переводник 3. Цилиндрический шарнир 2 расположен коаксиально бурильной колонне и оребренному рабочему органу 1. Все перечисленные конструктивные элементы имеют общий гидравлический канал 4, заканчивающийся в нижней части оребренного рабочего органа 1 и связанный с каналом реактивной насадки 5 и промывочными каналами не более трех гидромониторных насадок 6, 7, 8, расположенных на боковой поверхности оребренного рабочего органа 1. Реактивная насадка 5 связана с нижней частью общего гидравлического канала 4 и направлена под углом 90o относительно оси расширителя.Downhole hydraulic extender contains a hollow cylindrical finned working
Диаметр реактивной насадки составляет
При этом в расчете использовалась фактическая гидравлическая мощность W двух цементировочных агрегатов ЦА-320 М. Мощность одного агрегата составляет 52,5 кВт.The diameter of the jet nozzle is
In this case, the actual hydraulic power W of two cementing units CA-320 M was used in the calculation. The power of one unit is 52.5 kW.
Вес расширителя G рассчитывался по проектному объему последнего, составляющему 7,14•10-3 м3, и плотности стали 7500 кг/м3:
7,14•10-3•7500≈53 кг х 10=530 Н.The weight of the expander G was calculated according to the design volume of the latter, amounting to 7.14 • 10 -3 m 3 , and the density of steel 7500 kg / m 3 :
7.14 • 10 -3 • 7500≈53 kg x 10 = 530 N.
В качестве промывочной жидкости использовался 8% водный глинистый раствор, ρ=1055 кг/м3.An 8% aqueous clay solution, ρ = 1055 kg / m 3, was used as a washing liquid.
Коэффициент расхода насадки с совершенной конфигурацией входного участка μ, равный 0,90-0,95, взят из книги: Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин : Учебник для вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1988, с. 193. The nozzle flow coefficient with the perfect configuration of the inlet section μ, equal to 0.90-0.95, is taken from the book: N. Sereda, E. Soloviev Drilling oil and gas wells: Textbook for universities. - 2nd ed. reslave. and add. - M .: Nedra, 1988, p. 193.
Величина скорости истечения промывочной жидкости из реактивной насадки υ, равная 80-100 м/сек, взята из книги: Козодой А.К., Зубарев А.В. и Федоров B.C. Промывка скважин при бурении.: Гостоптехиздат, 1963, с. 91. The value of the velocity of the outflow of the washing fluid from the jet nozzle υ, equal to 80-100 m / s, is taken from the book: Kozodoy A.K., Zubarev A.V. and Fedorov B.C. Flushing wells during drilling .: Gostoptekhizdat, 1963, p. 91.
Первая гидромониторная насадка 6 расположена на уровне реактивной насадки 5 под углом 210o относительно ее оси по ходу вращения расширителя и под углом 30o относительно его оси в сторону нижней границы оребренного рабочего органа 1 (см. фиг.4). Вторая гидромониторная насадка 7 расположена вверх по образующей цилиндра оребренного рабочего органа относительно первой гидромониторной насадки 6 под углом 90o относительно оси расширителя (см. фиг. 2 и 4). Третья гидромониторная насадка 8 расположена вверх относительно второй гидромониторной насадки 7 по образующей цилиндра оребренного рабочего органа 1, отстоящей от образующей цилиндра для гидромониторных насадок 6 и 7 под углом 285o по ходу вращения расширителя и под углом 90o относительно его оси (см. фиг.3).The
Устройство работоспособно с достижением заявляемого технического результата при компоновке оребренного рабочего органа 1 насадками 5 и 6 или 5, 6 и 7, или 5, 6, 7 и 8. The device is operable with the achievement of the claimed technical result when the layout of the finned working
В случае компоновки устройства насадками 5 и 6 рассчитывают максимальный диаметр гидромониторной насадки 6
и далее, исходя из условия d≤d1 max, выбирают стандартную насадку с d=8 мм, выпускаемую заводом "Победит", г. Владикавказ. Насадку 6 жестко устанавливают в соответствующее отверстие, расположенное на боковой поверхности оребренного рабочего органа 1.In the case of the arrangement of the device with
and then, based on the condition d≤d 1 max , choose a standard nozzle with d = 8 mm, manufactured by the plant "Pobedit", Vladikavkaz. The
В случае компоновки устройства насадками 5, 6 и 7 рассчитывают максимальный диаметр гидромониторных насадок 6 и 7:
и далее, исходя из условия d≤d2 max, выбирают стандартные насадки с d=6 мм, выпускаемые тем же заводом.In the case of the arrangement of the device with
and then, based on the condition d≤d 2 max , standard nozzles with d = 6 mm, manufactured by the same plant, are selected.
В случае компоновки устройства насадками 5, 6, 7 и 8 рассчитывают максимальный диаметр гидромониторных насадок 6, 7 и 8:
и далее, исходя из условия d≤d3 max , выбирают стандартные насадки с d= 5,6 мм, выпускаемые тем же заводом.In the case of the arrangement of the device with
and then, based on the condition d≤d 3 max , standard nozzles with d = 5.6 mm produced by the same plant are selected.
Для случаев компоновки устройства насадками 5, 6 и 7 или 5, 6, 7 и 8 определяют расстояние между соседними гидромониторными насадками
L2=12•0,6•10-2=0,0720 м,
L3=12•5,6•10-3=0,0672 м.For cases of arrangement of the device with
L 2 = 12 • 0.6 • 10 -2 = 0.0720 m,
L 3 = 12 • 5.6 • 10 -3 = 0.0672 m.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
В ходе работ на скважине 122 Песчано-Уметского месторождения проводилось расширение открытого ствола скважины заявляемым расширителем в интервале продуктивного горизонта 1082-1088 м для последующего создания гравийной обсыпки в интервале установленных щелевых фильтров ФСК-73. Для этого скважинный гидромониторный расширитель в транспортном положении опускают на колонне труб по обсадной колонне с наружным диаметром 0,168 м до нижней границы продуктивного горизонта. In the course of work at well 122 of the Peschano-Umetskoye field, the open wellbore was expanded with the claimed reamer in the interval of the productive horizon 1082-1088 m for the subsequent creation of gravel sprinkling in the interval of installed FSK-73 slotted filters. To do this, the downhole hydraulic monitor in the transport position is lowered on the pipe string along the casing with an outer diameter of 0.168 m to the lower boundary of the productive horizon.
Наличие в компоновке расширителя удлиняющего ориентирующего переводника позволяет установить оребренный рабочий орган относительно цилиндрического шарнира так, чтобы ось отклоняющего канала реактивной насадки 5 также лежала во фронтальной плоскости относительно оси скважины, в которой возможно отклонение цилиндрического шарнира, имеющего одну степень свободы и способного отклоняться на угол 30o. Возможность максимального отклонения шарнира на угол 30o при постоянной длине нижней части расширителя от оси перегиба шарнира до нижней границы оребренного рабочего органа, равной 1 м, объясняется получением каверны диаметром 1 м, что в семь раз больше номинального диаметра скважины. Отклонение шарнира на угол больше, чем 30o, нецелесообразно по причине резкого увеличения момента сопротивления, обусловленного весом подвижной части устройства и, как следствие, уменьшением силы прижатия его к стенке скважины. В свою очередь увеличение длины подвижной части устройства также нецелесообразно, так как приведет к увеличению момента сопротивления. Такой технологический процесс расширения скважины не может осуществить ни одна реально действующая конструкция расширителя, известная нам по имеющимся источникам информации. Некоторые же технологические операции при капитальном ремонте скважин требуют создания каверн даже большего диаметра, а с помощью заявляемого технического решения авторы приблизились к этой цели. Коаксиальное соединение цилиндрического шарнира, ориентирующего удлиняющего переводника и оребренного рабочего органа обеспечивает создание общего гидравлического канала и беспрепятственное прохождение промывочной жидкости по нему. Восстанавливают циркуляцию промывочной жидкости при помощи двух параллельно соединенных цементировочных агрегатов ЦА-320М, при этом осуществляют их работу для всех вариантов устройства на третьей скорости с давлением 7 МПа и суммарной фактической подачей 0,015 м3/с.The presence in the layout of the extender extending orienting sub allows you to set the finned working body relative to the cylindrical hinge so that the axis of the deflecting channel of the jet nozzle 5 also lies in the frontal plane relative to the axis of the well, in which the deviation of the cylindrical hinge having one degree of freedom and capable of deviating at an angle of 30 o . The possibility of maximum deviation of the hinge by an angle of 30 o with a constant length of the lower part of the expander from the axis of the bend of the hinge to the lower boundary of the finned working body equal to 1 m is explained by the receipt of a cavity with a diameter of 1 m, which is seven times the nominal diameter of the well. The deviation of the hinge at an angle greater than 30 o is impractical due to a sharp increase in the moment of resistance, due to the weight of the movable part of the device and, as a consequence, a decrease in the force of pressing it against the wall of the well. In turn, increasing the length of the movable part of the device is also impractical, since it will lead to an increase in the moment of resistance. Such a technological process of expanding a well cannot be carried out by any real operating design of an expander known to us from available sources of information. Some technological operations during well overhaul require the creation of caverns of even larger diameter, and with the help of the claimed technical solution, the authors approached this goal. The coaxial connection of the cylindrical hinge, the orienting extension sub and the finned working body ensures the creation of a common hydraulic channel and unhindered passage of the flushing fluid through it. Restore the circulation of flushing fluid using two parallel-connected cementing units CA-320M, while they work for all versions of the device at a third speed with a pressure of 7 MPa and a total actual flow of 0.015 m 3 / s.
Промывочная жидкость, вытекая из реактивной насадки 5, создает постоянно действующую отклоняющую силу, численно равную силе реакции струи и определяемую по формуле
где F - сила реакции струи, Н (см. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие. В трех томах. T.1. Механика. Молекулярня физика. - 3-е изд. , испр. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит: 1987. - 251 с.).The flushing fluid flowing out of the jet nozzle 5 creates a constantly acting deflecting force, numerically equal to the reaction force of the jet and determined by the formula
where F is the reaction force of the jet, N (see Saveliev I.V. General physics course: Textbook. In three volumes. T.1. Mechanics. Molecular physics. - 3rd ed., Rev. - M .: Nauka Edited by Phys.-Math.Lit .: 1987 .-- 251 p.).
Линия действия отклоняющей силы совпадает с осью канала реактивной насадки 5, которая находится в плоскости возможного отклонения цилиндрического шарнира, что позволяет оребренному рабочему органу отклоняться относительно оси скважины и в совокупности с вращением, сообщаемым ротором через колонну труб, производить разрушение породы гидромониторными струями, вытекающими из гидромониторных насадок. Последние в результате постоянства действия отклоняющей силы находятся постоянно в непосредственной близости со стенкой скважины. Перпендикулярное расположение оси канала реактивной насадки 5 относительно оси расширителя и ее расположение у нижней границы оребренного рабочего органа обусловлено:
- созданием максимального отклоняющего момента, т.к. при таком расположении осей и ее месторасположении плечо отклоняющей силы максимально, а отклоняющий момент равен произведению величины отклоняющей силы на плечо;
- отсутствием дополнительной нагрузки на шарнир, так как проекция отклоняющей силы при этом на продольную ось расширителя равна нулю и, следовательно, не возникает как растягивающей, так и сжимающей силы, приложенной к шарниру, от действия отклоняющей силы.The line of action of the deflecting force coincides with the axis of the channel of the jet nozzle 5, which is located in the plane of the possible deviation of the cylindrical hinge, which allows the finned working body to deviate relative to the axis of the well and, together with the rotation communicated by the rotor through the pipe string, destroy the rock by jet jets resulting from hydraulic nozzles. The latter as a result of the constancy of the action of the deflecting force are constantly in close proximity to the wall of the well. The perpendicular arrangement of the axis of the channel of the jet nozzle 5 relative to the axis of the expander and its location at the lower boundary of the finned working body is due to:
- the creation of a maximum deflecting moment, because with such an arrangement of the axes and its location, the shoulder of the deflecting force is maximum, and the deflecting moment is equal to the product of the value of the deflecting force by the shoulder;
- the absence of additional load on the hinge, since the projection of the deflecting force in this case on the longitudinal axis of the expander is zero and, therefore, there is no tensile or compressive force applied to the hinge from the action of the deflecting force.
Это, а также невозможность заклинивания расширителя и, как следствие, отсутствие значительных усилий, передаваемых на шарнир, обусловливают незначительные габаритные размеры цилиндрического шарнира, несмотря на его достаточную прочность и надежность работы. This, as well as the impossibility of jamming the expander and, as a consequence, the absence of significant forces transmitted to the hinge, determine the small overall dimensions of the cylindrical hinge, despite its sufficient strength and reliability.
Невозможность заклинивания объясняется следующим. При работе расширителя оребренный рабочий орган вращается относительно продольной оси скважины. При встрече с твердым включением в стенке скважины он останавливается и тогда шарнир, с которым связан оребренный рабочий орган, закрепленный на колонне труб, проворачивается относительно оребренного рабочего органа в сторону стенки скважины и выпрямляется. Тем самым оребренный рабочий орган огибает препятствие без момента сопротивления на вращение. The impossibility of jamming is explained by the following. During the operation of the expander, the finned working body rotates relative to the longitudinal axis of the well. When it encounters a solid inclusion in the wall of the well, it stops and then the hinge with which the finned working body is attached, mounted on the pipe string, rotates relative to the finned working body towards the side of the well and straightens. Thus, the finned working body goes around the obstacle without the moment of resistance to rotation.
Необходимо создать каверну диаметром 1 м. It is necessary to create a cavity with a diameter of 1 m.
В случае компоновки скважинного расширителя реактивной насадкой 5 и гидромониторной насадкой 6 месторасположение последних на боковой поверхности объясняется следующими причинами:
- уменьшением противодействия силы реакции струи, вытекающей из гидромониторной насадки 6, силе, отклоняющей расширитель, т.к. в этом случае противодействует не вся величина силы, а проекция последней на линию действия отклоняющей силы;
- увеличением эффективности очистки стенки скважины от разбуриваемой породы.In the case of the layout of the downhole expander with a jet nozzle 5 and a
- a decrease in counteraction of the reaction force of the jet flowing from the
- an increase in the efficiency of cleaning the borehole wall from the drilled rock.
Расчеты силы реакции струи для насадок 5 и 6 показывают, что величина отклоняющей силы в реактивной насадке 5 больше, чем проекция силы реакции струи, вытекающей из гидромониторной насадки 6. Разница этих сил обеспечивает отклонение расширителя. Направление гидромониторной насадки 6 под углом 30o к оси расширителя обеспечивает размыв встречаемых пробок на пути доставки расширителя до проектной зоны расширения. Такое месторасположение насадки 6 не препятствует струе жидкости эффективно разрушать породу. Разрушение породы гидромониторной струей происходит следующим образом: струя жидкости, истекающая из гидромониторной насадки, находящейся в непосредственной близости со стенкой скважины, оказывает давление на породу, величина которого максимальна в центре контакта с последней. С удалением от центра величина давления уменьшается и составляет 3 - 5 % от давления по центру на площади диаметром 12d, где d - диаметр стандартной насадки (см. Козодой А.К., Зубарев А. В. и Федоров B.C. Промывка скважин при бурении - М.: Гостоптехиздат, 1963, с. 92). Таким образом, можно принять диаметр фронта разрушения породы одной гидромониторной насадкой равным 12d. Вращение расширителя позволяет струе выполнять расширение по замкнутому контуру. После выполнения одного цикла расширения перемещают бурильную колонну на величину диаметра фронта разрушающей силы, равного в случае этой компоновки 12d=12•0,008=0,096 м. Повторяют операцию 61 раз. Количество операций определено путем деления всей длины зоны расширения на длину фронта разрушающей силы. По данным опытно-промысловых испытаний зону расширения прорабатывают четыре раза до получения запланированного диаметра каверны, равного 1 м.Calculations of the reaction force of the jet for
В случае компоновки расширителя реактивной насадкой 5 и двумя гидромониторными насадками 6 и 7 смещение гидромонитороной насадки 7 на величину 12d=12•0,006=0,072 м вверх по образующей от гидромониторной насадки 6 объясняется неперекрытием фронтов разрушающих сил гидромониторных насадок 6 и 7. Если перекрытие будет, то суммарное влияние фронтов разрушающих сил на породу станет ниже, что недопустимо. Местоположение оси гидромониторной насадки 7 от оси реактивной насадки 5 объясняется тем же, что и для угла отклонения гидромониторной насадки 6 от оси реактивной насадки 5. Перпендикулярное расположение оси гидромониторной насадки 7 относительно оси расширителя объясняется увеличением эффективности разрушения породы, так как при таком расположении гидромониторной насадки сила удара струи максимальна ( см. Козодой А. К., Зубарев А.В. и Федоров B.C. Промывка скважин при бурении - М.: Гостоптехиздат, 1963 г., с. 89). Появление гидромониторной насадки 7 обусловливает уменьшение диаметра гидромониторных насадок и увеличение силы сопротивления, уменьшающей отклоняющую силу, при неизменном диаметре реактивной насадки, но при этом увеличивается длина фронта разрушающей силы, которая составляет 2х12d=2•12•0,006=0,144 м. In the case of the arrangement of the expander with a jet nozzle 5 and two
Количество повторяющихся операций за один подъем составляет 42. Зону расширения прорабатывают 4 раза. The number of repeated operations per lift is 42. The expansion zone is worked out 4 times.
В случае компоновки расширителя реактивной насадкой 5 и тремя гидромониторными насадками 6, 7 и 8 смещение гидромониторной насадки 8 вверх по образующей цилиндра оребренного рабочего органа на величину 12•d= 12•0,0056= 0,0672 м относительно гидромониторной насадки 7 объясняется тем же, что и смещение гидромониторной насадки 7 относительно насадки 6, а местоположение ее на боковой поверхности объясняется уменьшением противодействия силы реакции вытекающей из нее струи на величину отклоняющей силы, а также эффективной очисткой стенки скважины от разбуриваемой породы. Расположение оси гидромониторной насадки 8 перпендикулярно оси расширителя объясняется тем же, что и перпендикулярное расположение оси гидромониторной насадки 7 относительно оси расширителя. Появление гидромониторной насадки 8 обусловливает уменьшение диаметра гидромониторных насадок и увеличение силы сопротивления, уменьшающей отклоняющую силу при неизменном диаметре реактивной насадки. Это оправдывается увеличением длины фронта разрушающей силы, которая составит 3•12d=3•12•0,0056=0,2016 м. In the case of the arrangement of the expander with a jet nozzle 5 and three
Количество повторяющихся операций за один подъем 30. Зону расширения прорабатывают также 4 раза. Компоновка расширителя тремя гидромониторными насадками одинакового диаметра при неизменном диаметре реактивной насадки и при реально создаваемом расходе промывочной жидкости является оптимальной. The number of repeated operations per
Таким образом, доказано соответствие заявляемого устройства условиям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости, т.е. техническое решение патентоспособно. Thus, the compliance of the claimed device with the conditions of novelty, inventive step and industrial applicability, i.e. the technical solution is patentable.
Claims (1)
где dp - диаметр реактивной насадки, м;
μ - коэффициент расхода промывочной жидкости, прошедшей через насадку с совершенной конфигурацией входного участка, равный 0,90-0,95;
W - суммарная фактическая гидравлическая мощность используемых цементировочных агрегатов, кВт;
G - вес расширителя, Н;
υ - скорость истечения промывочной жидкости из реактивной насадки, равная 80 - 100 м/сек;
ρ - плотность промывочной жидкости, кг/м3,
при этом первая гидромониторная насадка расположена на уровне реактивной насадки под углом 210o относительно ее оси по ходу вращения расширителя и под углом 30o относительно его оси в сторону нижней границы оребренного рабочего органа, вторая гидромониторная насадка - вверх по образующей цилиндра рабочего органа относительно первой гидромониторной насадки и под углом 90o относительно оси расширителя, а третья гидромониторная насадка - вверх по образующей цилиндра оребренного рабочего органа, отстоящей от образующей цилиндра для первой и второй гидромониторных насадок под углом 285o по ходу вращения расширителя и под углом 90o относительно его оси, при этом максимальный расчетный диаметр каждой гидромониторной насадки определен по формуле
где dn max - максимальный расчетный диаметр каждой гидромониторной насадки, м,
n - количество гидромониторных насадок, выбранное из условия 1≤n≤3 ,
а диаметр стандартной насадки выбран исходя из условия
d≤dn max,
где d - диаметр стандартной насадки, м,
при этом расстояние между соседними гидромониторными насадками определено по формуле
Ln= 12d,
где Ln - расстояние между соседними гидромониторными насадками, м, при этом 2≤n≤3.A downhole hydraulic extender containing a hollow cylindrical finned working element connected to the drill string by means of a cylindrical hinge, and hydraulic monitor nozzles, one of which is made at an angle relative to the axis of the expander towards the lower boundary of the finned working element, characterized in that it further comprises an orienting extending a sub located between the finned working body and the cylindrical hinge, the latter being located coaxially with the drill string and the fin to the working body, and their common hydraulic channel ends in the lower part of the finned working body and is connected with the deflecting channel of the jet nozzle and the washing channels of no more than three hydraulic monitor nozzles located on the side surface of the finned working body, and the reactive nozzle is connected with the lower part of the common hydraulic channel and directed at an angle of 90 o relative to the axis of the expander, and its diameter is determined by the formula
where d p is the diameter of the jet nozzle, m;
μ is the coefficient of flow rate of the washing fluid passing through the nozzle with a perfect configuration of the inlet section, equal to 0.90-0.95;
W is the total actual hydraulic power of the cementing units used, kW;
G is the weight of the expander, N;
υ is the velocity of the outflow of flushing fluid from the jet nozzle, equal to 80 - 100 m / s;
ρ is the density of the washing liquid, kg / m 3 ,
the first hydraulic nozzle is located at the level of the jet nozzle at an angle of 210 o relative to its axis in the direction of rotation of the expander and at an angle of 30 o relative to its axis towards the lower boundary of the finned working body, the second hydraulic nozzle is upward along the generatrix of the working body cylinder relative to the first hydraulic monitor nozzles and at an angle of 90 o relative to the axis of the expander, and the third jetting nozzle is up along the generatrix of the finned working body cylinder, spaced from the generatrix of the cylinder for the first and the second jetting nozzles at an angle of 285 o in the direction of rotation of the expander and at an angle of 90 o relative to its axis, while the maximum design diameter of each nozzle is determined by the formula
where d n max - the maximum design diameter of each jet nozzle, m,
n is the number of jet nozzles selected from the condition 1≤n≤3,
and the diameter of the standard nozzle is selected based on the condition
d≤d n max ,
where d is the diameter of the standard nozzle, m,
the distance between adjacent hydromonitor nozzles is determined by the formula
L n = 12d,
where L n is the distance between adjacent hydromonitor nozzles, m, with 2≤n≤3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001135918A RU2213199C2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Well hydraulic giant reamer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001135918A RU2213199C2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Well hydraulic giant reamer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001135918A RU2001135918A (en) | 2003-08-27 |
RU2213199C2 true RU2213199C2 (en) | 2003-09-27 |
Family
ID=29777281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001135918A RU2213199C2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Well hydraulic giant reamer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2213199C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679403C1 (en) * | 2015-05-13 | 2019-02-08 | Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк | Acid tunneling system controlled in real-time |
RU2771665C1 (en) * | 2021-10-07 | 2022-05-11 | Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина | Jet nozzle for horizontal wellbore acidizing |
-
2001
- 2001-12-27 RU RU2001135918A patent/RU2213199C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679403C1 (en) * | 2015-05-13 | 2019-02-08 | Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк | Acid tunneling system controlled in real-time |
RU2771665C1 (en) * | 2021-10-07 | 2022-05-11 | Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина | Jet nozzle for horizontal wellbore acidizing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10865605B1 (en) | Vortex controlled variable flow resistance device and related tools and methods | |
US10513900B1 (en) | Vortex controlled variable flow resistance device and related tools and methods | |
US5803187A (en) | Rotary-percussion drill apparatus and method | |
US6237701B1 (en) | Impulsive suction pulse generator for borehole | |
US5363927A (en) | Apparatus and method for hydraulic drilling | |
US6705413B1 (en) | Drilling with casing | |
US4527639A (en) | Hydraulic piston-effect method and apparatus for forming a bore hole | |
US20090107723A1 (en) | Pulse rate of penetration enhancement device and method | |
EP2235323A2 (en) | Pulse rate of penetration enhancement device and method | |
US20130284440A1 (en) | System, apparatus and method for abrasive jet fluid cutting | |
MX2012008430A (en) | Wellbore obstruction-clearing tool and method of use. | |
US20020070021A1 (en) | Guide device | |
RU2213199C2 (en) | Well hydraulic giant reamer | |
EP0100230B1 (en) | Earth boring apparatus | |
RU2338056C1 (en) | Jet head for hydro mechanical perforator | |
RU62981U1 (en) | HYDROMONITOR NOZZLE FOR HYDROMECHANICAL PERFORATOR | |
RU119801U1 (en) | SYSTEM OF JET FORMING OF A LOT OF LATERAL CHANNELS FROM A WELL OF A WELL HAVING AN ANGLE OF AN INCLINE FROM VERTICAL TO HORIZONTAL |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061228 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080720 |
|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 27-2003 FOR TAG: (73) |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201228 |