UA119724C2

UA119724C2 - DEVICE FOR DRILLING WELLS

Info

Publication number: UA119724C2
Application number: UAA201805856A
Authority: UA
Inventors: Денис Олександрович Паневник
Original assignee: Івано-Франківський Національний Технічний Університет Нафти І Газу
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-07-25

Abstract

Пристрій для буріння свердловин містить паралельно з'єднані струминні насоси, які виконані з різними співвідношеннями діаметрів камери змішування і сопла. Дифузор струминного насоса з більшим співвідношенням діаметрів камери змішування та сопла сполучається з промивальним каналом долота, а дифузор струминного насоса з меншим співвідношенням діаметрів камери змішування та сопла сполучається з промивальним каналом вихрової насадки. Досягається підвищенні ефективності буріння нафтових і газових свердловин шляхом одночасного поєднання створення області низького тиску та збільшення витрати промивальної рідини на вибої.The device for drilling wells contains parallel connected jet pumps, which are made with different ratios of the diameters of the mixing chamber and the nozzle. The diffuser of the jet pump with a larger ratio of the diameters of the mixing chamber and the nozzle is connected to the washing channel of the bit, and the diffuser of the jet pump with a smaller ratio of diameters of the mixing chamber and the nozzle is connected to the washing channel of the vortex nozzle. Achieved efficiency of drilling of oil and gas wells by simultaneously combining the creation of a low pressure area and increasing the flow of flushing fluid at the bottom.

Description

Винахід належить до галузі буріння свердловин, а саме - до пристроїв, призначених для буріння вертикальних, похилих та горизонтальних нафтових і газових свердловин.The invention belongs to the field of well drilling, namely to devices designed for drilling vertical, inclined and horizontal oil and gas wells.

Відомий пристрій для буріння свердловин (патент США Мо 4479558, Кл. Е21В 17/18, С1 175/320, 175/324), що включає бурове долото з промивальними каналами та наддолотний перехідник з радіальними каналами з розміщеною в ньому вихровою насадкою для зниження тиску на вибої, вісь якої зміщена відносно осі свердловини, а промивальний канал сполучається з наддолотним простором.A well-known device for drilling wells (US patent Mo 4479558, Cl. E21B 17/18, C1 175/320, 175/324), which includes a drill bit with flushing channels and an over-bit adapter with radial channels with a vortex nozzle placed in it to reduce pressure on the hole, the axis of which is shifted relative to the axis of the well, and the washing channel connects to the space above the bit.

Недоліком цієї конструкції є погіршення безпосереднього очищення вибою, оскільки витрата промивальної рідини, що виходить з насадок долота, суттєво нижча продуктивності бурового насоса на величину, яка подається на вихрову насадку. Недостатня витрата промивальної рідини, яка подається на вихрову насадку, внаслідок спрямування значної її частини в промивальну систему долота зменшує величину зниження тиску на вибої та показники процесу буріння.The disadvantage of this design is the deterioration of the direct cleaning of the hole, since the flow rate of the flushing fluid coming out of the bit nozzles is significantly lower than the performance of the drilling pump by the amount supplied to the vortex nozzle. Insufficient flow of flushing fluid, which is supplied to the vortex nozzle, as a result of directing a significant part of it into the flushing system of the bit, reduces the amount of pressure reduction on the holes and indicators of the drilling process.

Найбільш близькою до запропонованої є конструкція пристрою для буріння свердловин (Мельников А.П. Повьішение зффективности использования струйньїх насосов в бурений / А.П.The closest to the proposed one is the design of the device for drilling wells (Melnikov A.P. Povyshenie zffektivnosti oslovak struinykh nasozov v burenyi / A.P.

Мельников, А.В. Паневник // Нефтяное хозяйство. - 2012. - Мо 6. - С. 41-43 (рис. 4)), що включає бурове долото з промивальним каналом та наддолотний перехідник з радіальними каналами з розміщеними в ньому паралельно з'єднаними струминними насосами для збільшення витрати промивальної рідини у привибійному контурі циркуляції, сопла яких сполучаються з каналом для підведення рідини, а камери змішування - з наддолотним простором.Melnikov, A.V. Panevnyk // Oil industry. - 2012. - Mo 6. - P. 41-43 (Fig. 4)), which includes a drill bit with a flushing channel and an over-bit adapter with radial channels with parallel connected jet pumps placed in it to increase the flow of flushing fluid in the near-hole circulation circuit, the nozzles of which are connected to the channel for supplying liquid, and the mixing chambers - to the space above the chisel.

Використання струминних насосів дозволяє збільшити витрату промивальної рідини у привибійному контурі циркуляції та підвищити ефективність очищення вибою. Недоліком конструкції прототипу є неможливість одночасної інтенсифікації промивання привибійної зони та зниження тиску на вибої.The use of jet pumps allows you to increase the flow of washing liquid in the near-hole circulation circuit and increase the efficiency of cleaning the hole. The disadvantage of the prototype design is the impossibility of simultaneously intensifying the washing of the near-bump zone and reducing the pressure on the potholes.

Задача винаходу полягає у підвищенні ефективності буріння нафтових і газових свердловин шляхом одночасного поєднання створення області низького тиску та збільшення витрати промивальної рідини на вибої.The task of the invention is to increase the efficiency of drilling oil and gas wells by simultaneously combining the creation of a low-pressure area and increasing the flow of flushing fluid on wells.

Поставлена задача вирішується тим, що струминні насоси виконані з різними співвідношеннями діаметрів камери змішування і сопла, дифузор струминного насоса з більшимThe task is solved by the fact that the jet pumps are made with different ratios of the diameters of the mixing chamber and the nozzle, the diffuser of the jet pump with a larger

Зо співвідношенням діаметрів камери змішування та сопла сполучається з промивальним каналом долота, а дифузор струминного насоса з меншим співвідношення діаметрів камери змішування та сопла сполучається з промивальним каналом вихрової насадки.With the ratio of the diameters of the mixing chamber and the nozzle, it is connected to the flushing channel of the bit, and the diffuser of the jet pump with a smaller ratio of the diameters of the mixing chamber and the nozzle is connected to the flushing channel of the vortex nozzle.

Така конструкція пристрою дозволяє компенсувати зниження витрати промивальної рідини на вибої, викликане відведенням частини основного потоку на вихрову насадку, та збільшити витрату промивальної рідини, яка подається на вихрову насадку. Спільна одночасна робота струминних насосів та вихрової насадки дозволяє за рахунок створення області низького тиску та збільшення витрати промивальної рідини на вибої підвищити ефективність буріння нафтових і газових свердловин.This design of the device makes it possible to compensate for the decrease in the flow of washing liquid on the holes, caused by the diversion of part of the main flow to the vortex nozzle, and to increase the flow of washing liquid supplied to the vortex nozzle. The joint simultaneous operation of the jet pumps and the vortex nozzle makes it possible to increase the efficiency of drilling oil and gas wells due to the creation of a low-pressure area and an increase in the flow of flushing fluid on the wells.

На фіг. 1 показаний пристрій для буріння свердловин, а на фіг. 2 - його вихрова насадка.In fig. 1 shows a device for drilling wells, and in fig. 2 - its vortex nozzle.

Пристрій складається з розміщеного в нижній частині колони бурильних труб верхнього перехідника 1, наддолотного перехідника 2, в якому розміщені верхня основа З з робочими насадками 4, 5 та нижня основа 6 з камерами змішування та дифузорами 7, 8. Робоча насадка 4 та камера змішування з дифузором 7 утворюють струминний насос І, а робоча насадка 5 та камера змішування з дифузором 8 - струминний насос І. В нижній частині наддолотного перехідника 2 розміщене долото 9. Наддолотний перехідник 2 містить радіальні отвори 10, які сполучають приймальну камеру 11 струминних насосів І, ІЇ з каналом затрубного простору 12.The device consists of an upper adapter 1 placed in the lower part of the drill pipe column, an over-bit adapter 2, in which the upper base C with working nozzles 4, 5 and the lower base 6 with mixing chambers and diffusers 7, 8 are placed. The working nozzle 4 and the mixing chamber with the diffuser 7 forms the jet pump I, and the working nozzle 5 and the mixing chamber with the diffuser 8 form the jet pump I. In the lower part of the over-chisel adapter 2 there is a chisel 9. The over-chisel adapter 2 contains radial holes 10 that connect the receiving chamber 11 of the jet pumps I, II with the channel of the annular space 12.

Робочі насадки 4, 5 струминних насосів І, ІЇ сполучаються з порожниною верхнього перехідника 1 та каналом бурильної колони. Дифузор 7 струминного насоса І сполучається з промивальною системою долота 9, а дифузор 8 струминного насоса ІІ - з вихровою насадкою 13 та каналом затрубного простору 12. Вісь вихрової насадки 13 зміщена відносно осі симетрії пристрою та осі свердловини. Камера змішування з дифузором 8 струминного насоса ЇЇ має менший діаметр у порівнянні з камерою змішування з дифузором 7 струминного насоса |. Співвідношення діаметрів камери змішування та робочої насадки визначає величину напору, який створює ежекційна система: струминний насос | є низьконапірним, а струминний насос ЇЇ - високонапірний.Working nozzles 4, 5 of jet pumps I, II are connected to the cavity of the upper adapter 1 and the channel of the drill string. The diffuser 7 of the jet pump I is connected to the flushing system of the bit 9, and the diffuser 8 of the jet pump II is connected to the vortex nozzle 13 and the channel of the annular space 12. The axis of the vortex nozzle 13 is shifted relative to the axis of symmetry of the device and the axis of the well. The mixing chamber with the diffuser 8 of the jet pump IYI has a smaller diameter compared to the mixing chamber with the diffuser 7 of the jet pump |. The ratio of the diameters of the mixing chamber and the working nozzle determines the amount of pressure created by the ejection system: jet pump | is low-pressure, and the HER jet pump is high-pressure.

Пристрій працює так.The device works like this.

Потік промивальної рідини з витратою Он через канал бурильної колони надходить в порожнину верхнього перехідника 1, де відбувається його поділ. Частина потоку проходить сопло 4, приймальну камеру 11, камеру змішування з дифузором 7 низьконапірного 60 струминного насоса І, насадки промивальної системи долота 9 та виходить в канал затрубного простору 12 та наддолотний простір, а частина - проходить робоче сопло 5, камеру змішування з дифузором 8 високонапірного струминного насоса ІІ, вихрову насадку 13 та виходить в затрубний простір 12. В затрубному просторі 12 відбувається з'єднання потоків, які виходять з дифузорів 7, 8 струминних насосів І, І. В каналі затрубного простору 12 на рівні входу в радіальні канали 10 відбувається поділ сумарного потоку. Частина потоку з витратою Он рухається у висхідному напрямку по каналу затрубного простору 12 до устя свердловини, а частина з витратою О; формує сумарний інжектований потік струминних насосів І, ІЇ ії надходить в приймальну камеру 11. Рух інжектованого потоку викликаний утворенням в приймальній камері 11 області низького тиску внаслідок високої швидкості витікання промивальної рідини з сопел 4, 5. Внаслідок зміщення осі вихрової насадки 13 в привибійній зоні свердловини утворюється вихрова течія, яка є причиною виникнення області низького тиску на вибої.The flow of flushing fluid with a flow rate of On through the channel of the drill string enters the cavity of the upper adapter 1, where it is separated. Part of the flow passes through the nozzle 4, the receiving chamber 11, the mixing chamber with a diffuser 7 of the low-pressure 60 jet pump I, the nozzles of the bit flushing system 9 and exits into the channel of the annular space 12 and the superbit space, and part of it passes through the working nozzle 5, the mixing chamber with a diffuser 8 of the high-pressure jet pump II, the vortex nozzle 13 and exits into the annular space 12. In the annular space 12, the flow coming out of the diffusers 7, 8 of the jet pumps I, I is connected. In the channel of the annular space 12 at the level of the entrance to the radial channels 10 the total flow is divided. A part of the flow with a flow rate of On moves in the upward direction along the channel of the annular space 12 to the mouth of the well, and a part with a flow rate of О; forms the total injected flow of jet pumps I, II, and enters the receiving chamber 11. The movement of the injected flow is caused by the formation of a low-pressure area in the receiving chamber 11 due to the high flow rate of the flushing liquid from the nozzles 4, 5. As a result of the displacement of the axis of the vortex nozzle 13 in the near-outbreak zone of the well an eddy current is formed, which is the cause of the formation of a region of low pressure on the bumps.

Низьконапірний струминний насос | за рахунок підсмоктування інжектованого потоку збільшує витрату промивальної рідини в промивальній системі долота 9 та на вибої свердловини, внаслідок чого зберігається необхідна інтенсивність його промивання після спрямування частини загального потоку з витратою Он на сопло 5 струминного насоса І.Low-pressure jet pump | due to the suction of the injected flow, it increases the flow of flushing fluid in the flushing system of the bit 9 and on the wellbore, as a result of which the required intensity of its flushing is maintained after directing a part of the total flow with a flow rate of On to the nozzle 5 of the jet pump I.

Високонапірний струминний насос ІЇ збільшує витрату промивальної рідини, яка спрямовується на вихрову насадку 13, внаслідок чого зростає величина зниження тиску на вибої свердловини.The high-pressure jet pump II increases the flow of flushing fluid, which is directed to the vortex nozzle 13, as a result of which the amount of pressure reduction at the wellbore increases.

Площа вихрової насадки 13 менша сумарної площі промивальних насадок долота 9, внаслідок чого струминний насос І працює в умовах більшого гідравлічного навантаження і менших значень коефіцієнта ежекції. Виконання струминного насоса І! високонапірним дозволяє при роботі в умовах менших значень коефіцієнта ежекції зберегти оптимальний режим експлуатації та необхідне значення загального коефіцієнта корисної дії ежекційної системи (Лямаєев Б.Фф.The area of the vortex nozzle 13 is smaller than the total area of the washing nozzles of the bit 9, as a result of which the jet pump I operates under conditions of greater hydraulic load and lower values of the ejection coefficient. Execution of jet pump I! high-pressure allows to preserve the optimal operating mode and the required value of the overall efficiency of the ejection system when working in conditions of lower values of the ejection coefficient (Lyamayeev B.Ff.

Гидроструйнье насось и установки / Б.Ф. Лямаев. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1988. - 256 с.) (рис. 1.9 на стор. 38). Підвищення витрати та зниження тиску на вибої підвищує ефективність буріння нафтових і газових свердловин.Hydrojet pumps and installations / B.F. Lyamaev. - L.: Mashinostroenie. Leningrad department, 1988. - 256 p.) (Fig. 1.9 on page 38). Increasing flow rate and decreasing wellbore pressure increases the efficiency of drilling oil and gas wells.

Джерела інформації: 1. Раїепі Мо4479558 ОА, Іпї. С1.ЗЕ21В 17/18, 05.С1.175/320; 175/324. Опійпу 5и,б. Е.В. С,Sources of information: 1. Raiepi Mo4479558 OA, Ipi. С1.ЗЕ21В 17/18, 05.С1.175/320; 175/324. Opiipu 5y, b. E.V. WITH,

М. Ада!тв. - Заявл. 05.08.81. Мо290296. Опубл. 30.10.84. -6 р. 2. Мельников А.П. Повьішение зффективности использования струйньїх насосов в бурении /M. Ada! TV. - Application 05.08.81. Mo290296. Publ. 30.10.84. -6 years old 2. Melnikov A.P. Increasing the efficiency of using jet pumps in drilling /

Зо А.П. Мельников, А.В. Паневник // Нефтяное хозяйство. 2012. - Мо 6. - с. 41-43 (рис. 4). 3. Лямаєв Б.Ф. Гидроструйнье насосьі и установки / Б.Ф. Лямаєв. - Л.: Машиностроение.From A.P. Melnikov, A.V. Panevnyk // Oil industry. 2012. - Mo. 6. - p. 41-43 (Fig. 4). 3. Lyamaev B.F. Hydrojet pumps and installations / B.F. Lyamaev. - L.: Mashinostroenie.

Ленингр. отделение, 1988. - 256 с. (рис. 1.9 на ст. 38.)Leningrad department, 1988. - 256 p. (Fig. 1.9 on Article 38.)

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

A device for drilling wells, containing a drill bit with a flushing channel and a bit adapter with radial channels with a vortex nozzle placed in it to reduce the pressure on the holes, the axis of which is shifted relative to the axis of the well, and the flushing channel communicates with the bit space and parallel connected jets pumps to increase the flow rate of the washing liquid in the upstream circulation circuit, the nozzles of which are connected to the channel for supplying liquid, and the mixing chambers are connected to the superchisel space, which is distinguished by the fact that the jet pumps are made with different ratios of the diameters of the mixing chamber and the nozzle, the diffuser of the jet pump with a larger the ratio of the diameters of the mixing chamber and the nozzle is connected to the flushing channel of the bit, and the diffuser of the jet pump with the smaller ratio of the diameters of the mixing chamber and the nozzle is connected to the flushing channel of the vortex nozzle.