RU2235845C1 - Гидромониторно-эжекторная насадка бурового долота - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам с гидромониторными насадками, а именно к промывочным узлам шарошечных долот, и может найти применение при проходке нефтяных и газовых скважин. Гидромониторно-эжекторная насадка бурового долота представляет собой закрепленный в промывочном канале бурового долота корпус с внутренней полостью переменного поперечного сечения, включающий камеру всасывания с эжекционными отверстиями. Внутренняя полость корпуса насадки бурового долота состоит из верхней, средней и нижней части. Верхняя часть имеет форму усеченного конуса или коноида, входное отверстие которого сообщено с промывочным каналом бурового долота, а выходное отверстие направлено в полость средней части – камеру всасывания, которая выполнена в виде уширения в корпусе насадки бурового долота и сообщена с полостью нижней части – ускорительной камерой, имеющей цилиндрическую форму. Повышается механическая скорость проходки скважины за счет усиления эжекционного эффекта и динамического напора сформированной струи, а также надежность работы долота. 1 з.п ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к буровым долотам с гидромониторными насадками, а именно к промывочным узлам шарошечных долот, и может найти применение при проходке нефтяных и газовых скважин.

Известно большое количество гидромониторных шарошечных долот и их промывочных узлов (например, авторские свидетельства СССР № 295856, 309111, 866109, 994672, 1040111, 1046466, 1048104, 1177438, 1314001,1465531, 1484898, 1496351, 1500754, 1535966, 1541370, 1652499, 1694844; патенты РФ № 2001230, 2007537, 2012763). Основная задача этих и ряда других изобретений - вынос с забоя образовавшегося шлама и интенсификация процессов разрушения горных пород на забое скважины. Трудность решения этой задачи состоит в том, что струя промывочной жидкости, исходящая из промывочного канала бурового долота, попадает в затопленный забой скважины, вследствие чего ее динамический напор существенно снижается. Известно два основных способа повышения динамического воздействия промывочной жидкости на забой скважины и ускорения процесса выноса из призабойной зоны бурового шлама. Первый из них - формирование в призабойной зоне скважины высоконапорной струи промывочной жидкости посредством гидромониторного устройства. Второй - создание в призабойной зоне скважины местной или локальной циркуляции промывочной жидкости за счет применения эжекторного устройства.

Известно буровое шарошечное долото по А.с. № 1541370. Долото содержит корпус с центральным промывочным каналом и эжекционные каналы с насадками. На корпусе долота между эжекционными каналами закреплены лапы с шарошками. В центральном промывочном канале расположена направляющая втулка с прорезями и эжекционные насадки, размещенные в эжекционных каналах. При этом эжекционные насадки расположены в определенных точках долота и имеют заданное поперечное сечение.

Недостаток долота по А.с. № 1541370 заключается в том, что эжекционные насадки расположены на довольно значительном расстоянии от забоя скважины. Это снижает эффект оттока промывочной жидкости непосредственно с забоя.

Известно буровое долото, которое содержит корпус, промывочный и шламовый каналы и размещенный в наддолотном переводнике механизм для принудительного подъема и выноса шлама (А.с. № 994672). Корпус этого механизма на наружной поверхности имеет кольцевую проточку. Шламовые каналы в наддолотном переводнике выполнены тангенциально и соединены с кольцевой проточкой. Рабочая полость механизма для принудительного подъема и выноса шлама посредством патрубка сообщается с призабойной зоной, а через кольцевую проточку и тангенциальные каналы - с затрубным пространством.

Недостаток бурового долота по А.с. № 994672 - сложность конструкции.

Известно гидромониторное шарошечное долото по А.с. № 295856. Оно содержит шарошки и лапы, выполненные со сверлениями, соединяющими центральный промывочный канал долота с внешними поверхностями лап. Долото включает также гидромониторные сопла, служащие для размещения насадок в центральном и боковых промывочных каналах. При этом каждое сопло, размещенное в боковом промывочном канале, состоит из двух коноидных насадок, между которыми образовано пространство увеличенного по сравнению с ними диаметра. Это пространство сообщается с центральным промывочным каналом, причем выходной диаметр сопла больше входного.

Недостаток гидромониторного шарошечного долота по А.с. № 295856 - сложность конструкции.

Известен промывочный узел бурового долота по А.с. № 1040111 (прототип). Узел содержит соосно установленные в промывочном канале долота верхнюю и нижнюю гидромониторные насадки. Между этими насадками выполнена полость с эжекционными отверстиями, посредством которых она сообщается со скважинным пространством. При этом основные элементы промывочного узла выполняют следующие функции:

- верхняя насадка формирует гидромониторную струю промывочной жидкости, которая поступает в скважину по колонне бурильных труб;

- полость с эжекционными отверстиями выполняет роль камеры всасывания эжектора, обеспечивающего отток промывочной жидкости из призабойной зоны посредством создания ее местной циркуляции;

- нижняя насадка служит для повторного формирования гидромониторной струи промывочной жидкости и подводу ее к забою скважины.

Исходя из вышеизложенного можно констатировать, что по своей технической сущности промывочный узел по А.с. № 1040111 является гидромониторно-эжекторной насадкой к буровому шарошечному долоту.

Недостатки промывочного узла по А.с. № 1040111: слабый эжекционный эффект и динамический напор сформированной струи, а также сложность конструкции.

Поставлена задача - усиление эжекционного эффекта и динамического напора сформированной струи при одновременном упрощении конструкции промывочного узла гидромониторного шарошечного долота.

Эта задача решена следующим образом. Гидромониторно-эжекторная насадка представляет собой корпус в виде удлиненного пустотелого цилиндра с внутренней полостью переменного сечения. Внутренняя полость верхней части корпуса, выполняющая функцию гидромониторной насадки, имеет вид перевернутого усеченного конуса или коноида и служит для формирования высоконапорной струи промывочной жидкости. Полость имеет конусную или коноидную боковую поверхность и два цилиндрических отверстия, одно из которых - входное - сопряжено с промывочным каналом долота, второе - выходное отверстие - по сути выполняет роль сопла вышеупомянутой гидромониторной насадки. Во внутренней полости средней части гидромониторно-эжекторной насадки имеет место уширение, в стенках которого расположены эжекционные отверстия. Эта часть насадки служит камерой всасывания. Конструкция насадки завершается внутренней полостью с цилиндрической поверхностью, являющейся ускорительной камерой. Диаметр ускорительной камеры равен не менее двум диаметрам выходного отверстия верхней части корпуса насадки. В этой камере происходит смешивание закачиваемой в скважину и эжектируемой из скважинного пространства промывочной жидкости, формирование и ускорение коллективной струи жидкости до скорости, равной скорости струи на выходе из выходного отверстия верхней части гидромониторно-эжекторной насадки, и доставка ее на забой скважины. Гидромониторно-эжекторная насадка закреплена в промывочном канале шарошечного долота посредством резьбового соединения.

Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена в разрезе гидромониторно-эжекторная насадка бурового шарошечного долота.

Гидромониторно-эжекторная насадка (далее - ГЭН) представляет собой удлиненный цилиндрический корпус 1 с внутренней полостью переменного поперечного сечения, закрепленный в промывочном канале корпуса 2 шарошечного долота с помощью резьбового соединения.

Внутренняя полость ГЭН функционально разделена на три части: верхнюю, среднюю и нижнюю.

Верхняя часть 3 корпуса ГЭН по своему функциональному назначению является гидромониторной насадкой. Она имеет вид перевернутого усеченного конуса или коноида, входное цилиндрическое отверстие которого сообщается с промывочным каналом бурового долота, а выходное цилиндрическое отверстие 4 (далее - выходное отверстие) служит соплом вышеупомянутой гидромониторной насадки и направлено в полость средней части ГЭН. Выходное отверстие 4 формирует высоконапорную струю промывочной жидкости, поступающей по бурильным трубам.

Внутренняя полость средней части корпуса ГЭН - камера всасывания 5 - выполнена в виде уширения в корпусе 1. Через ее эжекционные отверстия 6 промывочная жидкость из призабойной зоны поступает в камеру всасывания 5.

Внутренняя полость нижней части ГЭН, имеющая цилиндрическую форму, является ускорительной камерой 7, в которой происходит смешивание закачиваемой в скважину по колонне бурильных труб и поступающей из призабойной зоны скважинного пространства промывочной жидкости и ускорение коллективной эжектируемой на забой жидкости до скорости, равной скорости жидкости, исходящей из выходного отверстия 4. Из ускорительной камеры 7 сформированная струя промывочной жидкости подается непосредственно на забой скважины. При этом диаметр ускорительной камеры 7 составляет не менее двух диаметров выходного отверстия 4 верхней части 3 ГЭН, что обеспечивает всасывание через эжекционные отверстия 6 требуемого количества промывочной жидкости из скважинного пространства и исключает потери динамического напора в ускорительной камере 7 сформированной коллективной струи.

Камера всасывания 5 и ускорительная камера 7 фактически выполняют функцию эжектора-ускорителя. Задача эжектора-ускорителя - создать в призабойной зоне скважинного пространства локальную циркуляцию промывочной жидкости со значительным динамическим напором и, таким образом, обеспечить полное удаление шлама с забоя.

Гидромониторно-эжекторная насадка изготавливается из износостойкого материала.

Закачиваемая по колонне бурильных труб промывочная жидкость в виде высоконапорной струи, сформированной выходным отверстием 4 верхней части 3 ГЭН, через камеру всасывания 5 поступает в ускорительную камеру 7. При движении струи по внутренней полости ГЭН в камере всасывания 5 создается разрежение и соответственно проявляется эффект увлечения этой струей промывочной жидкости, находящейся вне камеры всасывания 5. Вследствие этого промывочная жидкость, омывающая корпус 1 ГЭН, втягивается через эжекционные отверстия 6 внутрь камеры всасывания 5. Из камеры всасывания 5 эжектированная из призабойной зоны скважинного пространства промывочная жидкость поступает в ускорительную камеру 7, где она смешивается с высоконапорной струей, исходящей из выходного отверстия 4 верхней части ГЭН. В ускорительной камере 7 происходит разгон коллективной струи промывочной жидкости до скорости, равной скорости струи, сформированной в выходном отверстии 4 верхней части 3 ГЭН. Смешанный ускоренный поток промывочной жидкости достигает забоя скважины, омывает его и поднимается вверх с захваченным шламом. Значительная часть этого потока через эжекционные отверстия 6 возвращается в камеру всасывания 5 эжектора, а не попавшая в циркуляционный контур часть потока по затрубному пространству поднимается к устью скважины. Так как вышеописанный процесс происходит постоянно, в призабойной зоне скважины осуществляется интенсивная местная циркуляция промывочной жидкости. Благодаря ей, во-первых, происходит отрыв и подъем с забоя частиц выбуренной горной породы, во-вторых, повышается гидромониторный эффект струи промывочной жидкости за счет значительного роста динамического напора. Все это способствует повышению механической скорости проходки скважины.

Таким образом, заявляемое изобретение, представляя собой достаточно простую по конструкции гидромониторно-эжекторную насадку бурового шарошечного долота, обеспечивает в призабойной зоне скважины значительный эжекционный и гидромониторный эффекты, что способствует ускоренному выносу с забоя выбуренной породы и повышению механической скорости проходки скважины.

Claims (2)

1. Гидромониторно-эжекторная насадка бурового долота, представляющая собой закрепленный в промывочном канале бурового долота корпус с внутренней полостью переменного поперечного сечения, включающий камеру всасывания с эжекционными отверстиями, отличающаяся тем, что внутренняя полость корпуса насадки бурового долота состоит из верхней, средней и нижней части, при этом верхняя часть имеет форму усеченного конуса или коноида, входное отверстие которого сообщено с промывочным каналом бурового долота, а выходное отверстие направлено в полость средней части – камеру всасывания, которая выполнена в виде уширения в корпусе насадки бурового долота и сообщена с полостью нижней части – ускорительной камерой, имеющей цилиндрическую форму.

2. Насадка бурового долота по п.1, отличающаяся тем, что диаметр ускорительной камеры равен не менее двум диаметрам выходного отверстия верхней части насадки.