Устройство для вибрационного бурения скважин

Предложение относится к буровой технике и предназначено для вибрационного бурения скважин.

Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус, ниппель, установленный внутри корпуса и шток, размещенный внутри ниппеля, при этом шток имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно ниппеля с корпусом.

Ниппель снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий. Ниппель внутри снабжен глухой перегородкой, разделяющей верхний и средний ряды радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и ниппелем.

В перепускной канал установлен подпружиненный снизу посредством пружины шток, выполненный дифференциальными кольцевым. В корпусе напротив дифференциального кольцевого штока, который в исходном положении перекрывает средний ряд радиальных отверстий ниппеля, выполнены радиальные каналы, сообщающие в рабочем положении пространство над нижней ступенью дифференциального кольцевого штока с наружным пространством устройства.

Сверху корпус соосно и жестко оснащен генератором импульса, состоящим из кожуха и полый 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.

Предложение относится к буровой технике и предназначено для вибрационного бурения скважин.

Известно устройство для вибрационного бурения скважин (патент RU №2239043, Е21В 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.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для вибрационного бурения скважин (патент RU №2258791, Е21В 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.

Как прототипу, так и аналогу в той или иной мере присущи общие недостатки:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во вторых, конструкция устройства не позволяет производить бурение скважин малого диаметра;

в-третьих, устройство в процессе работы загрязняется и не промывается, в связи с чем ухудшается эффективность его работы.

в-четвертых, жесткая подача нагрузки на долото сокращает его срок службы.

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.

Указанная задача решается устройством для вибрационного бурения скважин, содержащим корпус, ниппель, установленный внутри корпуса, шток, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля с корпусом.

Новым является то, что ниппель снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, при этом ниппель внутри снабжен глухой перегородкой, разделяющей верхний и средний ряды радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и ниппелем, причем в перепускной канал установлен подпружиненный снизу шток, выполненный дифференциальным кольцевым, при этом в корпусе напротив дифференциального кольцевого штока, который в исходном положении перекрывает средний ряд радиальных отверстий ниппеля, выполнены радиальные каналы, сообщающие в рабочем положении пространство над нижней ступенью дифференциального кольцевого штока с наружным пространством устройства, 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.

На фигуре изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.

Устройством для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1, ниппель 2, установленный внутри корпуса 1 и шток 3, имеющий возможность ограниченного осевого перемещения относительно ниппеля 2 с корпусом 1.

Ниппель 2 снабжен верхним 4, средним 5 и нижним 6 рядами радиальных отверстий. Ниппель 2 внутри снабжен глухой перегородкой 7, разделяющей верхний 4 и средний 5 ряды радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала 8, выполненного между корпусом 1 и ниппелем 2.

В перепускной канал 8 установлен подпружиненный снизу посредством пружины 9 шток 3, выполненный дифференциальными кольцевым. В корпусе 1 напротив дифференциального кольцевого штока 3, который в исходном положении перекрывает средний ряд радиальных отверстий 5 ниппеля 2, выполнены радиальные каналы 10, сообщающие в рабочем положении пространство над нижней ступенью 11 дифференциального кольцевого штока 3 с наружным пространством устройства.

Сверху корпус 1 соосно и жестко оснащен генератором импульса 12, состоящим из кожуха 13 и полого сердечника 14, причем полый сердечник 14 герметично установлен в кожух 13 и подпружинен посредством пружины 15 вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха 13.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента как показано на фигуре, причем на верхний конец полого сердечника 14 генератора импульса 12 наворачивают нижний конец винтового забойного двигателя (ВЗД) 16, а в нижний конец корпуса 1 вворачивают долото 17 (например, истирающее), имеющее центральный канал 18 и истирающую рабочую поверхность 19. С целью исключения «поршневания» в процессе работы генератора импульса 12 кожух 13 оснащен технологическим отверстием 20.

Устройство на конце бурильной колонны труб (на фиг. не показано) спускают в скважину в интервал бурения. После чего восстанавливают циркуляцию жидкости по колонне бурильных труб и ВЗД 16, при этом поток жидкости, достигнув устройства попадает внутрь полого сердечника 14 и далее через внутреннее пространство 21 кожуха 13 генератора импульса 12 попадает внутрь корпуса 1 через верхний ряд радиальных отверстий 4 ниппеля 2 попадает в перепускной канал 8 над дифференциальным кольцевым штоком 3, при этом давление жидкости в перепускном канале 8 и внутреннем пространстве 21 кожуха 13 генератора импульса 12 повышается.

Поток жидкости во внутреннем пространстве 21 кожуха 13 генератора импульса 12 воздействует снизу на нижний торец полого сердечника 14, сжимая пружину 15, что приводит к перемещению полого сердечника 14, а также ВЗД 16 и всей компоновки бурильного инструмента вверх, то есть генератор импульсов 12 увеличивается в длине, одновременно с этим дифференциальный кольцевой шток 3, расположенный в перепуском канале 8, сжимая пружину 9 опускается вниз относительно ниппеля 2 с корпусом 1 до тех пор, пока не откроется средний ряд радиальных отверстий 5, который был перекрыт дифференциальным кольцевым штоком 3 в исходном положении.

В этот момент открытия среднего ряда радиальных отверстий 5 ниппеля 2 перемещение вверх полого сердечника 14 в кожухе 13 генератора импульса 12, ВЗД 16 и всей компоновки бурильного инструмента прекращается. Давление жидкости над и под глухой перегородкой 7 выравнивается и полый сердечник 14, жестко соединенный с ВЗД 16, а также всей компоновки бурильного инструмента за счет возвратной силы пружины 15 опускаются вниз, при этом полый сердечник 14 возвращается в исходное положение, а генератор импульсов 12 сокращается в длине.

Одновременно с этим поток жидкости через открывшийся под действием давления жидкости средний ряд радиальных отверстий 5 попадает внутрь ниппеля 2, откуда жидкость сквозь нижний ряд радиальных отверстий 6 ниппеля 2 поступает в перепускной канал 8, оказывая снизу давление на дифференциальный кольцевой шток 3, при этом давление жидкости над дифференциальным кольцевым штоком 3 падает и последний за счет

возвратной силы пружины 9 и оказываемого снизу на него давления возвращается в исходное положение, перекрывая средний ряд радиальных отверстий 5 ниппеля 2.

Далее жидкость попадает в центральный канал 18 долота 17 и далее на истирающую рабочую поверхность 19, при этом давление жидкости над штоком 3 падает, и последний за счет возвратной силы пружины 9 возвращается обратно, перекрывая средний ряд радиальных отверстий 5 ниппеля 2.

Жидкость в устройство по колонне бурильных труб продолжают нагнетать, при этом давление жидкости во внутренней пространстве 21 кожуха 13 генератора импульса 12 и над дифференциальным кольцевым штоком 3 внутри корпуса 1 вновь возрастает. В дальнейшем описанный выше цикл повторяется, при этом происходит пульсация жидкости, ведущая к вибрации устройства. Частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости.

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.

Устройство для вибрационного бурения скважин, содержащее корпус, ниппель, установленный внутри корпуса, шток, имеющий возможность осевых перемещений относительно ниппеля с корпусом, отличающееся тем, что ниппель снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, при этом ниппель внутри снабжен глухой перегородкой, разделяющей верхний и средний ряды радиальных отверстий, которые сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и ниппелем, причем в перепускной канал установлен подпружиненный снизу шток, выполненный дифференциальным кольцевым, при этом в корпусе напротив дифференциального кольцевого штока, который в исходном положении перекрывает средний ряд радиальных отверстий ниппеля, выполнены радиальные каналы, сообщающие в рабочем положении пространство над нижней ступенью дифференциального кольцевого штока с наружным пространством устройства, 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.