RU59115U1

RU59115U1 - VIBRATION DRILLING WELL

Info

Publication number: RU59115U1
Application number: RU2006121949/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Правдюк; Александр Леонидович Маркелов; Ильгизар Хасимович Махмутов; Радик Зяузятович Зиятдинов; Дмитрий Витальевич Страхов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2006-12-10

Abstract

Предложение относится к буровой технике и предназначено для вибрационного бурения скважин. Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус, ниппель, установленный внутри корпуса, шток, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля с корпусом. Ниппель снабжен рядом радиальных отверстий, а ниже рядом сквозных продольных пазов. Ниппель внутри снабжен перегородкой с дроссельным отверстием, разделяющей ряд радиальных отверстий и ряд сквозных продольных пазов, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и ниппелем. В перепускной канал установлен шток, выполненный кольцевым и подпружиненный снизу посредством пружины. Шток снаружи перекрывает верхнюю часть продольных сквозных пазов ниппеля в исходном положении. Сверху корпус соосно и жестко оснащен генератором импульса, состоящим из кожуха и полого сердечника, причем полый сердечник герметично установлен в кожух и подпружинен посредством пружины вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха. Генератор импульса преобразует пульсацию жидкости в соосные малоамплитудные колебания на компоновке бурильного инструмента, тем самым, способствуя снижению сил трения. Результатом чего является улучшение передачи нагрузки, то есть обеспечивается плавность подачи нагрузки на долото и снижение крутильных напряжений в колонне, особенно при наклонно-направленном бурении, что приводит к повышению срока службы долота. Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, а повышение эффективности его работы связано с возможностью промывки устройства в процессе работы, а возможность применения устройства при бурении скважин малого диаметра расширяет его функциональные возможности. 1 илл. на 1 л.The proposal relates to drilling equipment and is intended for vibration drilling of wells. A device for vibratory drilling of wells includes a housing, a nipple mounted inside the housing, a rod having the possibility of axial movements relative to the nipple with the housing. The nipple is equipped with a series of radial holes, and below a number of through longitudinal grooves. The nipple inside is equipped with a partition with a throttle hole that separates a series of radial holes and a series of through longitudinal grooves that communicate with each other through a bypass channel made between the housing and the nipple. A rod is installed in the bypass channel, made annular and spring-loaded from below by means of a spring. The rod outside overlaps the upper part of the longitudinal through grooves of the nipple in the initial position. From above, the housing is coaxially and rigidly equipped with a pulse generator consisting of a casing and a hollow core, the hollow core being hermetically mounted in the casing and spring loaded upward with the possibility of limited axial movement relative to the casing. The pulse generator converts the pulsation of the fluid into coaxial low-amplitude vibrations on the layout of the drilling tool, thereby contributing to a decrease in the friction forces. The result of which is an improvement in load transfer, that is, a smooth loading of the load on the bit and a reduction in torsional stresses in the string are ensured, especially during directional drilling, which leads to an increase in the life of the bit. The proposed device has a simple design, and increasing its efficiency is associated with the ability to flush the device during operation, and the possibility of using the device when drilling small diameter wells expands its functionality. 1 ill. for 1 liter

Description

Предложение относится к буровой технике и предназначено для вибрационного бурения скважин.The proposal relates to drilling equipment and is intended for vibration drilling of wells.

Известно устройство для вибрационного бурения скважин (патент RU №2239043, Е 21 В 7/24, опубл. БИ №30 от 27.10.2004 г.), включающее корпус, поршни, установленные с возможностью взаимодействия друг с другом и образования совместно с перегородками и уплотнениями замкнутых гидравлических камер, клапан и шток, имеющий канал, при этом один из поршней установлен над штоком и имеет проходной канал прямоугольного сечения, внутри которого расположен клапан, выполненный в виде установленного на оси маятника, верхний торец которого выполнен в виде лопасти, а нижний - заодно с тарелкой, которая установлена с возможностью периодического перекрытия канала штока.A device for vibration drilling of wells is known (patent RU No. 2239043, E 21 B 7/24, publ. BI No. 30 of 10.27.2004), including a housing, pistons installed with the possibility of interaction with each other and formation together with partitions and seals of closed hydraulic chambers, a valve and a rod having a channel, while one of the pistons is mounted above the rod and has a passage channel of rectangular cross section, inside of which there is a valve made in the form of a pendulum mounted on the axis, the upper end of which is made in the form of a blade, and the lower d - at the same time with the plate, which is installed with the possibility of periodic overlapping of the stem channel.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для вибрационного бурения скважин (патент RU №2258791, Е 21 В 7/24, опубл. в БИ №23 от 20.08.2005 г.), содержащее корпус, шток с проходным каналом, ниппель и шпонку, при этом устройство снабжено поршнями, каждый из которых установлен внутри защитной втулки, закрепленной в корпусе, и снабжен конфузором, диффузором и соплом, образующим струйный насос, всасывающий канал которого соединен с подпоршневой полостью, причем в проходном канале штока для размещения в нем шара выполнено седло с возможностью частичного протекания жидкости под шаром, а в штоке выполнены отводы для изменения направления потока жидкости на 180° и каналы, соединяющие зоны разрушения породы с зонами разряжения, создаваемыми обратной струей жидкости из отводов.Closest to the proposed technical solution is a device for vibration drilling of wells (patent RU No. 2258791, E 21 B 7/24, published in BI No. 23 of 08.20.2005), comprising a housing, a rod with a passage channel, a nipple and a key wherein the device is equipped with pistons, each of which is installed inside the protective sleeve fixed in the housing, and is equipped with a confuser, a diffuser and a nozzle forming a jet pump, the suction channel of which is connected to the under-piston cavity, and in the passage channel of the rod for placing the ball in it saddle with the possibility of partial leakage of fluid under the ball, and the rod bends are made to change the fluid flow direction by 180 ° and channels connecting rock fracture zones with zones of vacuum created by the liquid jet of reverse bends.

Как прототипу, так и аналогу в той или иной мере присущи общие недостатки:Both prototype and analogue in one way or another have common disadvantages:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;- firstly, the complexity of the design, due to the large number of nodes and parts;

- во вторых, конструкция устройства не позволяет производить бурение скважин малого диаметра;- secondly, the design of the device does not allow drilling of small diameter wells;

в-третьих, устройство в процессе работы загрязняется и не промывается, в связи с чем ухудшается эффективность его работы.thirdly, the device is polluted and not washed during operation, and therefore its performance is deteriorating.

в-четвертых, жесткая подача нагрузки на долото сокращает срок его службы.fourthly, a rigid supply of load to the bit reduces its service life.

Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение срока службы долота, а также повышение эффективности работы устройства с возможностью его применения при бурении скважин малого диаметра.The technical task of the utility model is to simplify the design of the device and increase the life of the bit, as well as increase the efficiency of the device with the possibility of its use when drilling wells of small diameter.

Указанная задача решается устройством для вибрационного бурения скважин, содержащим корпус, ниппель, установленный внутри корпуса, шток, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля с корпусом.This problem is solved by a device for vibrational drilling of wells, comprising a housing, a nipple mounted inside the housing, a rod having axial movements relative to the nipple with the housing.

Новым является то, что ниппель снабжен сверху рядом радиальных отверстий, а ниже рядом сквозных продольных пазов, при этом ниппель внутри снабжен перегородкой с дроссельным отверстием, разделяющей ряды радиальных отверстий и сквозных продольных пазов, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и ниппелем, при этом в перепускной канал установлен шток, выполненный кольцевым и подпружиненный снизу, при этом шток снаружи перекрывает верхнюю часть продольных сквозных пазов ниппеля в исходном положении, при этом сверху корпус соосно и жестко оснащен генератором импульса, состоящим из кожуха и полого сердечника, причем полый сердечник герметично установлен в кожух и подпружинен вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха.What is new is that the nipple is provided on top with a series of radial holes and below a row of through longitudinal grooves, while the nipple inside is equipped with a baffle with a throttle hole that separates the rows of radial holes and through longitudinal grooves that communicate with each other through a bypass channel made between the housing and the nipple, while the rod is made in the bypass channel, made annular and spring-loaded from the bottom, while the rod outside overlaps the upper part of the longitudinal through grooves of the nipple in the original m position, with the top of the housing coaxially and rigidly equipped with a pulse generator, consisting of a casing and a hollow core, the hollow core being hermetically installed in the casing and spring loaded upward with the possibility of limited axial movement relative to the casing.

На фигуре изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.The figure shows the proposed device for vibration drilling of wells.

Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1, ниппель 2, установленный внутри корпуса 1, шток 3, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля 2 с корпусом 1. Ниппель 2 снабжен рядом радиальных отверстий 4, а ниже рядом сквозных продольных пазов 5.A device for vibrational drilling of wells includes a housing 1, a nipple 2 mounted inside the housing 1, a rod 3 having axial movements relative to the nipple 2 with the housing 1. The nipple 2 is provided with a number of radial holes 4, and below a number of through longitudinal grooves 5.

Ниппель 2 внутри снабжен перегородкой 6 с дроссельным отверстием 7, разделяющей ряд радиальных отверстий 4 и ряд сквозных продольных пазов 5, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала 8, выполненного между корпусом 1 и ниппелем 2. В перепускной канал 8 установлен шток 3, выполненный кольцевым и подпружиненный снизу посредством пружины 9. Шток 3 снаружи перекрывает верхнюю часть продольных сквозных пазов 5 ниппеля 2 в исходном положении.The nipple 2 is internally provided with a partition 6 with a throttle hole 7 separating a series of radial holes 4 and a series of through longitudinal grooves 5, which communicate with each other via a bypass channel 8 made between the housing 1 and the nipple 2. A rod 3, made of an annular, is installed in the bypass channel 8 and spring-loaded from below by means of a spring 9. The rod 3 externally overlaps the upper part of the longitudinal through grooves 5 of the nipple 2 in the initial position.

Сверху корпус 1 соосно и жестко оснащен генератором импульса 10, состоящим из кожуха 11 и полого сердечника 12, причем полый сердечник 12 герметично установлен в кожух 11 и подпружинен посредством пружины 13 вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха 11.From above, the housing 1 is coaxially and rigidly equipped with a pulse generator 10 consisting of a casing 11 and a hollow core 12, the hollow core 12 being hermetically installed in the casing 11 and spring loaded upward by means of a spring 13 with the possibility of limited axial movement relative to the casing 11.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента, как показано на фигуре, причем верхний конец полого сердечника 12 генератора импульса 10 вворачивают в нижний конец вала винтового забойного двигателя (ВЗД) 14, а в нижний конец корпуса 1 вворачивают долото 15 (например, истирающее), имеющее центральный канал 16 и истирающую рабочую поверхность 17. С целью исключения «поршневания» в процессе работы генератора импульса 10 кожух 11 оснащен технологическим отверстием 18.The device is installed in the layout of the drilling tool, as shown in the figure, and the upper end of the hollow core 12 of the pulse generator 10 is screwed into the lower end of the shaft of the downhole motor (HZD) 14, and a bit 15 (for example, abrasive) is screwed into the lower end of the housing 1, having the Central channel 16 and the abrasive work surface 17. In order to avoid "pistoning" during the operation of the pulse generator 10, the casing 11 is equipped with a technological hole 18.

Устройство на конце бурильной колонны труб (на фиг. не показано) спускают в скважину в интервал бурения, при этом жидкость находящаяся в скважине перетекает снизу вверх через дроссельное отверстие 7 перегородки 6 ниппеля 2, заполняя бурильную колонну труб выше устройства.The device at the end of the drill pipe string (not shown in Fig.) Is lowered into the well during the drilling interval, while the fluid in the well flows from bottom to top through the throttle hole 7 of the baffle 6 of the nipple 2, filling the drill pipe above the device.

После достижения интервала бурения восстанавливают циркуляцию жидкости по колонне бурильных труб и ВЗД 14 и начинают бурение, при этом поток жидкости, достигнув устройства, попадает внутрь полого сердечника 12 и далее через внутреннее пространство 19 кожуха 11 генератора импульса 10 попадает внутрь корпуса 1, откуда через ряд радиальных отверстий 4 ниппеля 2 попадает в перепускной канал 8 над штоком 3, при этом давление жидкости в перепускном канале 8 и внутреннем пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 повышается.After reaching the drilling interval, the fluid circulation is restored along the drill pipe string and VZD 14 and drilling is started, while the fluid flow, reaching the device, enters the hollow core 12 and then through the inner space 19 of the casing 11 of the pulse generator 10 enters the housing 1, from where through radial holes 4 of the nipple 2 falls into the bypass channel 8 above the rod 3, while the fluid pressure in the bypass channel 8 and the inner space 19 of the casing 11 of the pulse generator 10 increases.

Поток жидкости во внутреннем пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 воздействует снизу на нижний торец полого сердечника 12, сжимая пружину 13, что приводит к перемещению полого сердечника 12, ВЗД 14 и всей компоновки бурильного инструмента вверх, то есть генератор импульсов 10 увеличивается в длине, одновременно с этим шток 3, выполненный кольцевым и расположенный в перепуском канале 8, сжимая пружину 9, опускается вниз относительно ниппеля 2 с корпусом 1 до тех пор, пока не откроется верхняя часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2, которая была перекрыта снаружи штоком 3 в исходном положении.The fluid flow in the inner space 19 of the casing 11 of the pulse generator 10 acts from below on the lower end of the hollow core 12, compressing the spring 13, which leads to the movement of the hollow core 12, VZD 14 and the entire assembly of the drilling tool up, that is, the pulse generator 10 increases in length, at the same time, the rod 3, made annular and located in the bypass channel 8, compressing the spring 9, lowers down relative to the nipple 2 with the housing 1 until the upper part of the row of through longitudinal grooves 5 of the nipple 2 opens which was blocked outside by rod 3 in the initial position.

После открытия верхней части ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2 перемещение вверх полого сердечника 12 в кожухе 11 генератора импульса 10, ВЗД 14 и всей компоновки бурильного инструмента прекращается и полый сердечник 12, жестко соединенный с ВЗД 14 и всей компоновкой бурильного инструмента, за счет возвратной силы пружины 13 опускаются вниз, при этом полый сердечник 12 возвращается в исходное положение, а генератор импульсов 10 сокращается в длине.After opening the upper part of the series of through longitudinal grooves 5 of the nipple 2, the upward movement of the hollow core 12 in the casing 11 of the pulse generator 10, VZD 14 and the entire assembly of the drilling tool stops and the hollow core 12, rigidly connected to the VZD 14 and the entire assembly of the drilling tool, due the forces of the spring 13 fall down, while the hollow core 12 is returned to its original position, and the pulse generator 10 is reduced in length.

Одновременно с этим поток жидкости через открывшуюся под действием давления жидкости верхнюю часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2 попадает внутрь ниппеля 2, откуда жидкость сквозь нижнюю часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2 поступает в перепускной канал 8, воздействуя снизу на шток 3, создавая дополнительный подпор жидкости, при этом давление жидкости над штоком 3 падает и последний за счет возвратной силы пружины 9 и отмеченного выше дополнительного подпора жидкости, оказываемого давления на шток 3 снизу возвращается обратно, перекрывая верхнюю часть ряда сквозных продольных пазов 5 ниппеля 2, при этом жидкость попадает в центральный канал 16 долота 15 и далее на истирающую рабочую поверхность 17.At the same time, the fluid flow through the upper part of the row of through longitudinal grooves 5 of the nipple 2, which opened under the pressure of the liquid, enters the nipple 2, from where the liquid through the lower part of the row of through longitudinal grooves 5 of the nipple 2 enters the bypass channel 8, acting from below on the rod 3, creating additional liquid back-up, while the liquid pressure above the stem 3 drops and the latter due to the return force of the spring 9 and the above additional liquid back-up, exerted pressure on the rod 3 from below returns conversely, closing the upper part of a series of through longitudinal grooves 5 of the pin 2, wherein the fluid enters the central channel 16, the bit 15 and further abrading the work surface 17.

Циркуляцию жидкости продолжают, при этом давление жидкости во внутренней пространстве 19 кожуха 11 генератора импульса 10 и в перепускном канале 8 над штоком 3 вновь возрастает.The fluid circulation continues, while the fluid pressure in the inner space 19 of the casing 11 of the pulse generator 10 and in the bypass channel 8 above the rod 3 increases again.

В дальнейшем описанный выше цикл повторяется, при этом происходит пульсация жидкости, ведущая к вибрации устройства. Частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости.Subsequently, the cycle described above is repeated, with a ripple of the liquid leading to vibration of the device. The pulsation frequency is directly proportional to the flow rate.

Генератор импульса преобразует пульсацию жидкости в соосные малоамплитудные колебания на компоновке бурильного инструмента, тем самым, способствуя снижению сил трения. Результатом чего является улучшение передачи нагрузки, то есть обеспечивается плавность подачи нагрузки на долото и снижение крутильных напряжений в колонне, особенно при наклонно-направленном бурении, что приводит к повышению срока службы долота.The pulse generator converts the pulsation of the fluid into coaxial low-amplitude vibrations on the layout of the drilling tool, thereby contributing to a decrease in the friction forces. The result of which is an improvement in load transfer, that is, a smooth loading of the load on the bit and a reduction in torsional stresses in the string are ensured, especially during directional drilling, which leads to an increase in the life of the bit.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, а повышение эффективности его работы связано с возможностью промывки устройства в процессе работы, а возможность применения устройства при бурении скважин малого диаметра расширяет его функциональные возможности.The proposed device has a simple design, and increasing its efficiency is associated with the ability to flush the device during operation, and the possibility of using the device when drilling small diameter wells expands its functionality.

Claims

A device for vibrational drilling of wells, comprising a housing, a nipple mounted inside the housing, a rod having axial movement relative to the nipple with the housing, characterized in that the nipple is provided on top with a number of radial holes and below a number of through longitudinal grooves, while the nipple inside is provided with a partition with a throttle hole that separates the rows of radial holes and through longitudinal grooves that communicate with each other through a bypass channel made between the body and the nipple, p and a rod is installed in the bypass channel, made annular and spring-loaded from below, while the rod outside covers the upper part of the longitudinal through grooves of the nipple in the initial position, while the housing is coaxially and rigidly equipped with a pulse generator consisting of a casing and a hollow core, the hollow core hermetically installed in the casing and spring-loaded upward with the possibility of limited axial movement relative to the casing.