RU61773U1

RU61773U1 - DRILLING HYDROMECHANICAL DRILL

Info

Publication number: RU61773U1
Application number: RU2006135936/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Романович Журавлев; Николай Васильевич Перепелица; Фарит Абуталибович Канеев; Виктор Николаевич Хайловский; Юрий Алексеевич Киричун
Original assignee: Сергей Романович Журавлев; Николай Васильевич Перепелица; Фарит Абуталибович Канеев; Виктор Николаевич Хайловский; Юрий Алексеевич Киричун
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2007-03-10

Abstract

Полезная модель относится к горной и нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для гидравлического, механического и гидроабразивного разрушения горных пород, тампонажного камня и может быть использована для проходки и разбуривания скважин, пробуривания в открытых и обсаженных трубами скважин цементных мостов и стаканов, разрушения посторонних металлических предметов в стволе скважин, а также для очистки эксплуатационных колонн и лифтовых труб от технологических отложений и пробок. Наибольшее применение найдет при проведении капитального ремонта скважин, особенно на морских и месторождениях, расположенных в труднодоступных местах. Известны скважинные гидробуры для гидравлического разрушения горных пород тампонажного камня и др. Недостатками этих устройств является невозможность держать высокие перепады давления рабочей жидкости на гидромониторных насадках, необходимые для эффективного разрушения тампонажного камня или горной породы, а также невозможность выполнять функций механического долота, что снижает эффективность работы устройства при разрушении материалов повышенной прочности. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности разрушения тампонажного камня повышенной прочности и твердой горной породы. Технический результат достигается решением технической задачи, направленной на наиболее эффективное использование энергии жидкостного потока при обеспечении необходимого крутящего момента на валу. Поставленная техническая задача решается за счет того, что в скважинном гидромеханическом буре, содержащем корпус, выполненный с внутренней The utility model relates to the mining and oil and gas industry, mainly to devices for hydraulic, mechanical and hydroabrasive destruction of rocks, grouting stone and can be used for drilling and drilling wells, drilling cement bridges and glasses in open and cased wells, destroying foreign metal objects in the wellbore, as well as for cleaning production casing and lift pipes from technological deposits and plugs. Will find the greatest application during the overhaul of wells, especially in offshore and fields located in inaccessible places. Well-known hydraulic boreholes for hydraulic destruction of groutstone rock rocks and others. The disadvantages of these devices are the inability to keep high pressure drops of the working fluid on the hydraulic nozzles necessary for the effective destruction of the groutstone or rock, as well as the inability to perform the functions of a mechanical bit, which reduces the efficiency of work devices for the destruction of materials of increased strength. The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency of the destruction of cement stone of increased strength and hard rock. The technical result is achieved by solving a technical problem aimed at the most efficient use of liquid flow energy while providing the necessary torque on the shaft. The stated technical problem is solved due to the fact that in a borehole hydromechanical storm containing a housing made with an internal

вращающейся частью, приводом вращения в виде гидротурбины с гидродолотом и гидравлическими соплами-насадками, корпус состоит из нижней, промежуточной и верхней частей, вращающаяся часть имеет сквозное отверстие для прохода части потока рабочей жидкости и нагрузочную пяту, вращающаяся часть вверху выполнена в виде многоступенчатого ротора гидротурбины, промежуточная часть неподвижного корпуса напротив ротора выполнена в виде многоступенчатого статора гидротурбины, ниже статора в промежуточной части корпуса имеются перепускные отверстия, верхняя часть корпуса выполнена с цилиндрическим каналом и калиброванным штуцером для подачи части потока рабочей жидкости на гидротурбину, образуемую многоступенчатым статором и многоступенчатым ротором, гидродолото выполнено с породоразрушающими вставками, а выходное сечение гидравлических сопел удалено от режущей кромки породоразрушающих вставок не более чем на 5-10 мм. Использование предлагаемой конструкции скважинного гидромеханического бура позволяет: - при неизменных расходе и устьевом давлении эффектней использовать энергию жидкостного потока, обеспечив при этом требуемый крутящий момент на валу; - одновременно с гидравлическим использовать механическое разрушение тампонажного камня и горных пород, что ускорит проходку в породах средней твердости и позволит разрушать искусственные камни и породы высокой твердости; - многократно повысить ресурс работоспособности уплотнений нагрузочного узла; - повысить надежность и бесперебойность работы устройства в различных скважинных условиях, расширив этим область применения. Ориентировочный экономический эффект от использования в скважинах глубиной от 2500 до 5000 м оценен в размере 250-500 тыс.руб. на одну скважину.a rotating part, a rotation drive in the form of a hydraulic turbine with a hydraulic hammer and hydraulic nozzle nozzles, the housing consists of a lower, intermediate and upper parts, the rotating part has a through hole for the passage of a part of the working fluid flow and a loading heel, the rotating part at the top is made in the form of a multi-stage rotor of a hydraulic turbine , the intermediate part of the stationary casing opposite the rotor is made in the form of a multi-stage stator of a hydraulic turbine, below the stator in the intermediate part of the casing there are overflow holes The upper part of the casing is made with a cylindrical channel and a calibrated fitting for supplying a part of the working fluid flow to a hydraulic turbine formed by a multi-stage stator and a multi-stage rotor, the hydraulic hammer is made with rock cutting inserts, and the outlet cross section of the hydraulic nozzles is not more than 5 from the cutting edge of the rock cutting inserts -10 mm. Using the proposed design of a borehole hydromechanical drill allows: - at constant flow rate and wellhead pressure, it is more effective to use the energy of a fluid stream, while ensuring the required torque on the shaft; - simultaneously with hydraulic use the mechanical destruction of cement stone and rocks, which will accelerate sinking in rocks of medium hardness and will destroy artificial stones and rocks of high hardness; - repeatedly increase the service life of the seals of the load node; - to increase the reliability and uninterrupted operation of the device in various downhole conditions, thereby expanding the scope. The estimated economic effect from use in wells with a depth of 2500 to 5000 m is estimated at 250-500 thousand rubles. per well.

Description

Полезная модель относится к горной и нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для гидравлического, механического и гидроабразивного разрушения горных пород, тампонажного камня и может быть использована для проходки и разбуривания скважин, пробуривания в открытых и обсаженных трубами скважин цементных мостов и стаканов, разрушения посторонних металлических предметов в стволе скважин, а также для очистки эксплуатационных колонн и лифтовых труб от технологических отложений и пробок. Наибольшее применение найдет при проведении капитального ремонта скважин, особенно на морских и месторождениях, расположенных в труднодоступных местах.The utility model relates to the mining and oil and gas industry, mainly to devices for hydraulic, mechanical and hydroabrasive destruction of rocks, grouting stone and can be used for drilling and drilling wells, drilling cement bridges and glasses in open and cased wells, destroying foreign metal objects in the wellbore, as well as for cleaning production casing and lift pipes from technological deposits and plugs. Will find the greatest application during the overhaul of wells, especially in offshore and fields located in inaccessible places.

Известно устройство скважинный гидробур по авторскому свидетельству на полезную модель №30819, содержащий корпус с подвижной частью с приводом вращения и гидромониторные насадки, при этом скважинный гидробур снабжен неподвижной частью, корпус выполнен в виде патрона, через полости подвижной и неподвижной частей проходит вал, неподвижно закрепленные в патроне, с внутренней трубой, имеющими каждый в своей нижней части соосные отверстия, при этом вал в своей нижней части снабжен неподвижной крыльчаткой, в основании корпуса неподвижной части скважинного гидробура находятся перепускные каналы цилиндрической формы, сообщающиеся с межтрубным пространством, образуемым валом и внутренней трубой, в верхней части корпуса неподвижной части посредством резьбового соединения закреплен переводник, которым скважинный гидробур крепится к напорной колонне труб, в нижней части переводника установлено направляющее сопло, выходное отверстие которого находится внутри расширительного патрубка, закрепленного внизу корпуса неподвижной части скважинного гидробура и сообщающегося с внутренней трубой, между внешней поверхностью расширительного патрубка и корпусом размещен фильтр, выполненный в виде цилиндрического кольца к подвижной части скважинного гидробура, корпус которой выполнен в виде цилиндрической A device is known for borehole hydraulic drill according to the author’s certificate for utility model No. 30819, comprising a housing with a movable part with a rotation drive and hydraulic nozzles, while the hydraulic borehole is equipped with a fixed part, the housing is made in the form of a cartridge, a shaft passes through the cavities of the movable and fixed parts, fixedly mounted in a cartridge, with an inner tube, each having in its lower part coaxial holes, the shaft in its lower part having a fixed impeller, and at the base of the housing a fixed part and a borehole hydraulic drill there are cylindrical bypass channels communicating with the annular space formed by the shaft and the inner pipe, a sub is fixed in the upper part of the housing of the fixed part by means of a threaded connection, by which the borehole hydraulic drill is attached to the pressure pipe string, a guide nozzle is installed in the lower part of the sub the hole of which is located inside the expansion pipe, fixed at the bottom of the body of the fixed part of the borehole hydraulic drill and communicating with the outside renney tube between the outer surface of the expansion sleeve and the housing is placed a filter constructed as a cylindrical ring to the movable part of the downhole Hydrodrills, wherein the housing is configured as a cylindrical

муфты, на неподвижном валу крепится гидродолото с подвижной крыльчаткой, расположенной под подвижной крыльчаткой неподвижной части скважинного гидробура, в нижней, рабочей части гидродолота размещены гидромониторные насадки, при этом центральная насадка установлена соосно вертикальной оси внутренней полости скважинного гидробура, промежуточные насадки установлены под углом 20-40° к вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось, боковые насадки размещены за промежуточными и установлены под углом 40-50° к вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось, при этом выходные отверстия промежуточных и боковых насадок направлены в противоположную сторону от вращения скважинного гидробура, обеспечиваемого гидроприводом.couplings, a hydraulic bit with a movable impeller is located on the fixed shaft, located under the movable impeller of the fixed part of the borehole hydraulic drill, hydraulic monitor nozzles are placed in the lower, working part of the hydraulic bit, while the central nozzle is installed coaxially with the vertical axis of the inner cavity of the borehole hydraulic drill, intermediate nozzles are installed at an angle of 20 40 ° to the vertical plane passing through the central axis, the side nozzles are placed behind the intermediate ones and installed at an angle of 40-50 ° to the vertical plane a tee passing through the central axis, while the outlet openings of the intermediate and side nozzles are directed in the opposite direction from the rotation of the borehole hydraulic drill provided by the hydraulic drive.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

- узкая область применения из-за того, что конструкция не позволяет держать высокие (более 10-12 МПа) перепады давления рабочей жидкости на гидромониторных насадках, необходимые для эффективного разрушения тампонажного камня или горной породы.- narrow scope due to the fact that the design does not allow you to keep high (more than 10-12 MPa) pressure drops of the working fluid on the nozzles, necessary for the effective destruction of cement stone or rock.

При повышенных перепадах и вращении корпуса с гидродолотом уплотнения нагрузочного узла довольно быстро (5-20 мин.) изнашиваются и теряют герметичность, а это приводит к резкому снижению рабочего давления (перепаду на гидромониторных насадках) и поступлению мехпримесей вместе с рабочей жидкостью в радиально-нагрузочные подшипники с последующей их заклинкой и коррозии. Затяжка уплотнений из-за малой величины крутящего момента развиваемого гидроприводом (0,5-1,5 кг/м) приводит к прекращению вращения корпуса с гидродолотом;With increased drops and rotation of the case with a hydraulic bit, the seals of the loading unit wear out quickly and lose their tightness, and this leads to a sharp decrease in working pressure (drop on the hydraulic nozzles) and the influx of mechanical impurities together with the working fluid into the radially loaded bearings followed by their stuck and corrosion. The tightening of the seals due to the small amount of torque developed by the hydraulic actuator (0.5-1.5 kg / m) leads to the cessation of rotation of the housing with a hydraulic hammer;

- конструкция гидродолота не позволяет выполнять функции механического долота, что снижает эффективность работы устройства при разрушении материалов повышенной прочности.- the design of the hydraulic bit does not allow to perform the functions of a mechanical bit, which reduces the efficiency of the device during the destruction of materials of increased strength.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является скважинный гидробур по авторскому свидетельству на полезную модель №20922, содержащий корпус с гидромониторными насадками, в котором корпус выполнен с внутренней подвижной частью с приводом вращения и герметизирующими уплотнениями, между корпусом и внутренней подвижной частью, при этом привод вращения выполнен в виде гидротурбины, укрепленной на верхнем конце внутренней Closest to the proposed device is a downhole hydraulic drill according to the author’s certificate for utility model No. 20922, comprising a housing with hydraulic nozzles, in which the housing is made with an internal movable part with a rotary drive and sealing seals, between the body and the inner movable part, while the rotation drive is made in the form of a hydraulic turbine mounted on the upper end of the inner

подвижной части, гидромониторные насадки установлены тангенциально на ее нижнем конце, по ее центральной оси установлена дополнительная гидромониторная насадка, а тангенциально установленные насадки расположены под острым углом к ее центральной оси внутренней подвижной части. В устройстве, по меньшей мере, одна из гидромониторных насадок выполнена подвижной в осевом направлении и подпружинена в направлении выхода водяных струй.of the moving part, the hydromonitor nozzles are installed tangentially at its lower end, an additional hydromonitor nozzle is installed along its central axis, and the tangentially mounted nozzles are located at an acute angle to its central axis of the inner movable part. In the device, at least one of the nozzles is made movable in the axial direction and is spring-loaded in the direction of exit of the water jets.

К недостаткам данного устройства относится узкая область применения, связанная с низкой технологичностью конструкции и его ограниченными функциональными возможностями, а именно:The disadvantages of this device include a narrow scope associated with low manufacturability of the design and its limited functionality, namely:

конструкция не позволяет держать высокие (более 10-12 МПа) перепады давления рабочей жидкости на гидромониторных насадках, необходимые для разрушения и эффективного разрушения тампонажного камня повышенной прочности и твердой горной породы и которые по экспериментальным данным и опыту бурения находятся в пределах до 20-40 МПа.the design does not allow to keep high (more than 10-12 MPa) pressure drops of the working fluid on the hydraulic nozzles, necessary for the destruction and effective destruction of cement stone of increased strength and hard rock and which, according to experimental data and drilling experience, are in the range of 20-40 MPa .

Это обусловлено тем, что уплотнения нагрузочного узла (конструкции) устройства при повышенных перепадах и вращении рабочего полого вала быстро (в течение 0,5-1,0 часа) изнашиваются и теряют герметичность. Это приводит к резкому снижению рабочего давления, поступлению рабочей жидкости и мехпримесей в радиально-нагрузочные подшипники с последующей их заклинкой и поломкой. Сильная затяжка уплотнений приводит к прекращению вращения ротора гидробура;This is due to the fact that the seals of the load node (structure) of the device with increased drops and rotation of the working hollow shaft quickly (within 0.5-1.0 hours) wear out and lose their tightness. This leads to a sharp decrease in working pressure, the flow of working fluid and mechanical impurities in the radial load bearings with their subsequent jamming and breakage. Strong tightening of the seals leads to the cessation of rotation of the rotor of the hydraulic drill;

- конструкция гидродолота не позволяет выполнять функции механического долота, что снижает эффективность работы устройства и, соответственно, скорость проходки. Это обусловлено тем, что при проходке цементных мостов и горной породы повышенной прочности довольно часть возникает необходимость в механическом разрушении встречающихся твердых разностей и вкраплений, в том числе таких как: доломит, конгломерат, щебень, галька и т.д.- the design of the hydraulic bit does not allow to perform the functions of a mechanical bit, which reduces the efficiency of the device and, consequently, the speed of penetration. This is due to the fact that during the sinking of cement bridges and rocks of increased strength, quite a part there is a need for mechanical destruction of the encountered solid differences and inclusions, including such as: dolomite, conglomerate, crushed stone, pebbles, etc.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности разрушения тампонажного камня повышенной прочности и твердой горной породы.The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency of the destruction of cement stone of increased strength and hard rock.

Технический результат достигается решением технической задачи, направленной на наиболее эффективное использование энергии жидкостного потока при обеспечении необходимого крутящего момента на валу.The technical result is achieved by solving a technical problem aimed at the most efficient use of liquid flow energy while providing the necessary torque on the shaft.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в скважинном гидромеханическом буре, содержащем корпус, выполненный с внутренней вращающейся частью, приводом вращения в виде гидротурбины с гидродолотом и гидравлическими соплами-насадками, корпус состоит из нижней, промежуточной и верхней частей, вращающаяся часть имеет сквозное отверстие для прохода части потока рабочей жидкости и нагрузочную пяту, вращающаяся часть вверху выполнена в виде многоступенчатого ротора гидротурбины, промежуточная часть неподвижного корпуса напротив ротора выполнена в виде многоступенчатого статора гидротурбины, ниже статора в промежуточной части корпуса имеются перепускные отверстия, верхняя часть корпуса выполнена с цилиндрическим каналом и калиброванным штуцером для подачи части потока рабочей жидкости на гидротурбину, образуемую многоступенчатым статором и многоступенчатым ротором, гидродолото выполнено с породоразрушающими вставками, а выходное сечение гидравлических сопел удалено от режущей кромки породоразрушающих вставок не более чем на 5-10 мм.The stated technical problem is solved due to the fact that in a borehole hydromechanical drill containing a housing made with an internal rotating part, a rotation drive in the form of a hydraulic turbine with a hydraulic bit and hydraulic nozzle nozzles, the housing consists of a lower, intermediate and upper parts, the rotating part has a through the hole for the passage of part of the flow of the working fluid and the loading heel, the rotating part at the top is made in the form of a multi-stage rotor of a hydraulic turbine, the intermediate part of the fixed body against the rotor, it is made in the form of a multi-stage stator of a hydraulic turbine, there are bypass openings in the intermediate part of the housing, the upper part of the body is made with a cylindrical channel and a calibrated fitting for supplying a part of the working fluid flow to the hydraulic turbine formed by a multi-stage stator and a multi-stage rotor, the hydraulic hammer is made with rock cutting inserts and the output section of the hydraulic nozzles is removed from the cutting edge of the rock cutting inserts by no more than 5-10 mm.

Сущность предполагаемой полезной модели заключается в том, что в предлагаемом устройстве основной поток рабочей жидкости делится на две части, что позволяет использовать энергию на разные виды работ - гидравлическое разрушение горной породы, и для создания достаточного требуемого крутящего момента на валу устройства для механического разрушения горной породы.The essence of the proposed utility model is that in the proposed device the main flow of the working fluid is divided into two parts, which allows you to use energy for different types of work - hydraulic rock destruction, and to create sufficient torque on the shaft of the device for mechanical rock destruction .

Меняя соотношение частей потока, в зависимости от решаемой задачи можно усиливать или уменьшать влияние гидравлического или механического способа разрушения горной породы, подбирая наиболее оптимальное соотношение для конкретных условий.By changing the ratio of the parts of the flow, depending on the problem to be solved, it is possible to strengthen or reduce the influence of the hydraulic or mechanical method of rock destruction, choosing the most optimal ratio for specific conditions.

Наличие перепускного отверстия, расположенного ниже статора, в промежуточной части корпуса позволяет части жидкостного потока, поступающего в гидротурбину, преобразовываться в необходимый крутящий момент на валу The presence of a bypass hole located below the stator in the intermediate part of the housing allows part of the fluid flow entering the turbine to be converted to the required torque on the shaft

ротора, что приводит долото с соплами и породоразрушающими вставками во вращение вокруг своей оси, что способствует эффективному гидромеханическому разрушению забоя скважины по всей площади ствола скважины. При этом давление части потока, прошедшей гидропривод резко снижается и перед перепускными каналами приближается к давлению в скважине, т.е. отсутствует перепад давления между внутренней и наружной частями, увеличивая ресурс его работоспособности.the rotor, which brings the bit with nozzles and rock cutting inserts into rotation around its axis, which contributes to the effective hydromechanical destruction of the bottom of the well over the entire area of the wellbore. In this case, the pressure of the part of the flow that has passed through the hydraulic drive drops sharply and approaches the pressure in the well before the bypass channels, i.e. there is no pressure drop between the inner and outer parts, increasing its service life.

Наличие породоразрушающих вставок позволяет одновременно с гидравлическим использовать механическое разрушение тампонажного камня и горных пород, что ускорит проходку в породах средней твердости и позволит разрушать искусственные камни и породы высокой твердости. Выходное сечение гидромеханических сопел удалено от режущей кромки породоразрушающих вставок не более чем Lo=5-10 мм. Сокращение расстояния менее чем 5 мм приведет к быстрому эрозионному износу корпуса долота и породоразрушающих вставок обратной струей, а увеличение более чем 10 мм резко снизит гидравлическое давление жидкостного потока на разбуриваемую среду и, соответственно, скорость проходки.The presence of rock-destroying inserts allows the simultaneous hydraulic use of mechanical destruction of cement stone and rocks, which will accelerate sinking in rocks of medium hardness and will destroy artificial stones and rocks of high hardness. The output section of the hydromechanical nozzles is removed from the cutting edge of the rock cutting inserts no more than Lo = 5-10 mm. Reducing the distance of less than 5 mm will lead to rapid erosive wear of the body of the bit and rock cutting inserts with a reverse jet, and an increase of more than 10 mm will sharply reduce the hydraulic pressure of the fluid flow on the drilled medium and, accordingly, the penetration rate.

На чертеже изображен скважинный гидромеханический бур.The drawing shows a downhole hydromechanical drill.

На фиг.1 - вид спереди с вертикальным разрезом.Figure 1 is a front view with a vertical section.

На фиг.2 - вид долота снизу.Figure 2 is a bottom view of the bit.

На фиг.3 вид долота с боку.Figure 3 is a view of the bit from the side.

Скважинный гидромеханический бур состоит из неподвижного корпуса 1 и вращающейся подвижной части 2. Корпус 1 состоит из нижней части 3, промежуточных 4, 5 и верхней 6.Downhole hydromechanical drill consists of a stationary body 1 and a rotating movable part 2. Housing 1 consists of a lower part 3, intermediate 4, 5 and upper 6.

Вращающаяся часть имеет сквозное отверстие 7 для прохода основной части потока рабочей жидкости, нагрузочную пяту 8, а вверху выполнена в виде многоступенчатого ротора гидротурбины 9. Внизу к вращающейся подвижной части 2 жестко крепится долото 10.The rotating part has a through hole 7 for the passage of the main part of the working fluid flow, a loading heel 8, and at the top is made in the form of a multi-stage rotor of a hydraulic turbine 9. At the bottom, a bit 10 is rigidly fixed to the rotating moving part 2.

Промежуточная часть 5 неподвижного корпуса 1, напротив ротора 9, выполнена в виде многоступенчатого статора гидротурбины 11. Ниже статора 11 в промежуточной части 5 корпуса 1 имеются перепускные отверстия 12.The intermediate part 5 of the stationary housing 1, opposite the rotor 9, is made in the form of a multi-stage stator of a hydraulic turbine 11. Below the stator 11 in the intermediate part 5 of the housing 1 there are bypass openings 12.

Между вращающейся частью 2 и неподвижным корпусом 1 имеются нагрузочные и радиальные подшипники 13, уплотнители 14, подвижные гайки 15, центрирующий подшипник 16 и защитная гайка 17.Between the rotating part 2 and the stationary housing 1 there are load and radial bearings 13, seals 14, movable nuts 15, a centering bearing 16 and a protective nut 17.

Верхняя часть 6 корпуса 1 имеет цилиндрический канал 18 и калиброванный штуцер 19 для подачи части потока рабочей жидкости на гидропривод, образуемый статором 11 и ротором 9. В верху верхней части 6 корпуса 1 имеется переводник для крепления устройства к колонне напорных труб (на чертеже не показано).The upper part 6 of the housing 1 has a cylindrical channel 18 and a calibrated fitting 19 for supplying a part of the working fluid flow to the hydraulic drive formed by the stator 11 and the rotor 9. At the top of the upper part 6 of the housing 1 there is an adapter for attaching the device to the column of pressure pipes (not shown in the drawing )

Долото 10 имеет сопла 20 и породоразрушающие вставки 21.The bit 10 has nozzles 20 and rock cutting inserts 21.

В предлагаемом устройстве выходное сечение сопел 20 удалено от режущей кромки породоразрушающих вставок не более, чем на Lo=5-10 мм (см. фиг.3), что позволяет наиболее эффективно использовать и сочетать гидро- и механический способы разрушения разбуриваемой среды.In the proposed device, the output section of the nozzles 20 is removed from the cutting edge of the rock cutting inserts by no more than Lo = 5-10 mm (see FIG. 3), which makes it possible to most effectively use and combine the hydraulic and mechanical methods of fracturing the drilling medium.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Устройство верхней частью 6 корпуса 1 жестко крепится к колонне напорных труб (на рисунке фиг.1 не показано), в качестве которых можно использовать бурильные трубы (БТ) или насосно-компрессорные трубы (НКТ) и опускают в скважину на заданную глубину. Наземными насосными агрегатами в колонну напорных труб под избыточным давлением до 12-50 МПа и более нагнетают заданный объем рабочей жидкости, обычно от 7,0 до 35,0 л/сек и более.The device with the upper part 6 of the housing 1 is rigidly attached to the column of pressure pipes (not shown in Fig. 1), which can be used as drill pipes (BT) or tubing (tubing) and lowered into the well to a predetermined depth. Ground pumping units in a column of pressure pipes under an overpressure of up to 12-50 MPa or more pump a predetermined volume of the working fluid, usually from 7.0 to 35.0 l / s or more.

Часть основного потока рабочей жидкости через сквозное отверстие 7 поступает во внутреннюю полость долота 10, откуда через сопла 20 поступает на забой, где за счет перепада давления (от 9 до 40 МПа и более) между внутренней частью долота 10 и забоем струи рабочего потока разгоняется от 110 до 300 м/сек и более. Ударяясь при таких скоростях о забой скважины, жидкостный поток быстро разрушает горную породу или тампонажный цементный камень. То есть, возникает гидромониторный эффект - разрушение породы струей жидкости.Part of the main flow of the working fluid through the through hole 7 enters the inner cavity of the bit 10, from where it enters the bottom through the nozzles 20, where due to the pressure drop (from 9 to 40 MPa or more) between the inner part of the bit 10 and the bottom of the working stream jet is accelerated from 110 to 300 m / s or more. When hitting the bottom of the well at such speeds, the fluid flow quickly destroys the rock or cement cement. That is, a hydromonitor effect arises - the destruction of the rock by a stream of liquid.

Другая часть потока через калиброванный штуцер 19 и цилиндрический канал 18 поступает в гидротурбину, образуемый статором 11 и ротором 9, а затем через перепускные отверстия 12 поступает в выходящий основной поток, увеличивая его скорость и способствуя более быстрому и полному очищению забоя от шлама разрушенной породы или тампонажного материала.The other part of the flow through a calibrated fitting 19 and a cylindrical channel 18 enters the hydraulic turbine formed by the stator 11 and rotor 9, and then through the bypass holes 12 enters the outgoing main stream, increasing its speed and contributing to a more rapid and complete cleansing of the bottom of the slime of the destroyed rock or grouting material.

Энергия части потока, проходящего через гидропривод, преобразуется в необходимый крутящий момент на валу ротора 9, что приводит долото 10 с соплами 20 и породоразрушающими вставками 21 (алмазные, твердосплавные и др.) во вращение вокруг своей оси, что способствует эффективному гидромеханическому разрушению забоя скважины по всей площади ее диаметра. При этом давление части потока прошедшей гидропривод резко снижается и перед Перепускными каналами приближается к давлению в скважине. Благодаря этому, нагрузочный узел, состоящий из нагрузочных и радиальных подшипников 13, уплотнителей 14 и поджимных гаек 15 работает, в отличие от прототипа, без перепада давления между внутренней и наружной частями, что резко увеличивает ресурс (в 10 и более раз) его работоспособности.The energy of the part of the flow passing through the hydraulic drive is converted to the required torque on the rotor shaft 9, which brings the bit 10 with nozzles 20 and rock cutting inserts 21 (diamond, carbide, etc.) into rotation around its axis, which contributes to the effective hydromechanical destruction of the bottom of the well over the entire area of its diameter. In this case, the pressure of a part of the flow passing the hydraulic actuator sharply decreases and approaches the pressure in the well before the Bypass channels. Due to this, the load node, consisting of load and radial bearings 13, seals 14 and pinch nuts 15 works, unlike the prototype, without a pressure drop between the inner and outer parts, which dramatically increases the service life (10 or more times) of its performance.

Деление основного потока рабочей жидкости в предлагаемом устройстве на две части позволяет использовать их энергию на разные виды работ - гидравлическое разрушение горной породы и для создания достаточного требуемого крутящего момента на валу устройства для механического разрушения горной породы. Это, в отличие от прототипа, позволяет наиболее эффективнее использовать гидравлическую энергию потока рабочей жидкости и расширить область применения устройства.Dividing the main flow of the working fluid in the proposed device into two parts allows you to use their energy for different types of work - hydraulic rock destruction and to create sufficient torque on the device shaft for mechanical rock destruction. This, unlike the prototype, allows the most efficient use of the hydraulic energy of the flow of the working fluid and expand the scope of the device.

Пример. Расход общей рабочей жидкости =30,0 л/сек. Для разрушения породы повышенной прочности перепада на соплах должен быть не менее 30,0 МПа. Необходимая мощность на валу - 300 л.с. Плотность рабочей жидкостиExample. Consumption of total working fluid = 30.0 l / s. To destroy the rock of increased strength, the differential on the nozzles must be at least 30.0 MPa. Required shaft power - 300 hp Fluid density

ρ=1000 кг/м³.ρ = 1000 kg / m ³ .

Известно, что гидравлическая мощность потока жидкости, подводимого к гидроприводу, определяется как произведение расхода прокачиваемой жидкости на перепад давления (или напор) по формуле:It is known that the hydraulic power of the fluid flow supplied to the hydraulic actuator is defined as the product of the flow rate of the pumped fluid and the pressure drop (or pressure) by the formula:

Где: Н - напор в м;Where: N - head in m;

Р - удельный вес, в кг/м³;P - specific gravity, in kg / m ³ ;

Q - расход жидкости, в м³/ceк.Q - fluid flow rate, in m ³ / sec.

Используя формулу (1), определяем, что для получения требуемой мощности на валу равной 300 л.с. и сохранения перепада на соплах равного 30,0 МПа, в Using formula (1), we determine that to obtain the required power on the shaft equal to 300 hp and maintaining the differential pressure at nozzles of 30.0 MPa, in

устройстве прототипа необходимо поднять избыточное давление на 7,5 МПа, что приведет к дополнительным энергетическим затратам.the prototype device, it is necessary to raise the excess pressure by 7.5 MPa, which will lead to additional energy costs.

В предлагаемом устройстве, без изменения избыточного давления, для достижения мощности на валу равной 300 л.с., достаточно использовать перепад давления 2 части потока, равной 25% от общего.In the proposed device, without changing the excess pressure, to achieve a shaft power of 300 hp, it is enough to use a pressure drop of 2 parts of the stream, equal to 25% of the total.

Таким образом, меняя соотношение частей потока, в зависимости от решаемой задачи, можно усиливать или уменьшать влияние гидравлического или механического способа разрушения горной породы, подбирая наиболее оптимальное соотношение для конкретных условий.Thus, changing the ratio of the parts of the flow, depending on the problem being solved, it is possible to strengthen or reduce the influence of the hydraulic or mechanical method of rock destruction, choosing the most optimal ratio for specific conditions.

Использование предлагаемой конструкции скважинного гидромеханического бура в отличие от аналогов и прототипа позволяет:Using the proposed design of a downhole hydromechanical drill, unlike analogues and prototype, allows you to:

- при неизменных расходе и устьевом давлении эффектней использовать энергию жидкостного потока, обеспечив при этом требуемый крутящий момент на валу;- at constant flow rate and wellhead pressure it is more effective to use the energy of the liquid flow, while ensuring the required torque on the shaft;

- одновременно с гидравлическим использовать механическое разрушение тампонажного камня и горных пород, что ускорит проходку в породах средней твердости и позволит разрушать искусственные камни и породы высокой твердости;- simultaneously with hydraulic use the mechanical destruction of cement stone and rocks, which will accelerate sinking in rocks of medium hardness and will destroy artificial stones and rocks of high hardness;

- многократно повысить ресурс работоспособности уплотнений нагрузочного узла;- repeatedly increase the service life of the seals of the load node;

- повысить надежность и бесперебойность работы устройства в различных скважинных условиях, расширив этим область применения.- to increase the reliability and uninterrupted operation of the device in various downhole conditions, thereby expanding the scope.

Ориентировочный экономический эффект от использования в скважинах глубиной от 2500 до 5000 м оценен в размере 250-500 тыс.руб. на одну скважину.The estimated economic effect from use in wells with a depth of 2500 to 5000 m is estimated at 250-500 thousand rubles. per well.

Claims

A downhole hydromechanical drill containing a housing made with an internal rotating part, a rotation drive in the form of a hydraulic turbine with a hydraulic hammer and hydraulic nozzle nozzles, characterized in that the housing consists of a lower, intermediate and upper parts, the rotating inner part has a through hole for passage of a part of the flow working fluid and loading heel, the rotating part at the top is made in the form of a multi-stage rotor of a hydraulic turbine, the intermediate part of the stationary case opposite the rotor is made in the form a multi-stage stator of a hydraulic turbine, there are bypass openings in the intermediate part of the body below the stator, the upper part of the body is made with a cylindrical channel and a calibrated fitting for supplying a part of the working fluid flow to the hydraulic turbine formed by a multi-stage stator and a multi-stage rotor, the hydraulic bit is made with rock cutting inserts, and the output section is hydraulic nozzles are removed from the cutting edge of rock cutting inserts by no more than Lo = 5-10 mm.