Устройство для вибрационного бурения скважин

Предложение относится к буровой технике и предназначено для вибрационного бурения скважин. Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус, шток с проходным каналом, герметично установленный внутри корпуса. Шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой, уставленной в проходном канале штока. Верхний и нижний ряды радиальных отверстий штока сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и штоком. На наружной поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие в рабочем положении корпусу вращаться относительно штока, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего и нижнего рядов радиальных отверстий штока. 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. Шток жестко соединен с кожухом. 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, 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.

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.

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, шток с проходным каналом, размещенный внутри корпуса.

Новым является то, что шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой, уставленной в проходном канале штока, и сообщающихся между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и штоком, причем на наружной поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие в рабочем положении корпусу вращаться относительно штока, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего и нижнего рядов радиальных отверстий штока, при этом сверху шток соосно и жестко соединен с 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 1 изображено предлагаемое устройство для вибрационного бурения скважин.

На фигуре 2 изображено поперечное сечение устройства по верхнему ряду радиальных отверстий устройства.

Устройство для вибрационного бурения скважин содержит корпус 1 (см. фиг.1), шток 2 с проходным каналом 3, герметично установленный внутри корпуса 1.

Шток 2 снабжен верхним 4 и нижним 5 рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой 6, уставленной в проходном канале 3 штока 2.

Верхний 4 и нижний 5 ряды радиальных отверстий штока 1 сообщаются между собой посредством перепускного канала 7, выполненного между корпусом 1 и штоком 2. На наружной поверхности корпуса 1 тангенциально размещены лопатки 8, позволяющие в рабочем положении корпусу 1 вращаться относительно штока 2, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего 4 (см. фиг.2) и нижнего 5 (см. фиг.1) рядов радиальных отверстий штока 2.

Сверху корпус 1 соосно и жестко соединен с генератором импульса 9, состоящим из кожуха 10 и полого сердечника 11, причем полый сердечник 11 герметично установлен в кожух 10 и подпружинен посредством пружины 12 вверх с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно кожуха 10. Шток 2 жестко соединен с кожухом 10.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента как показано на фигуре 1, причем на верхний конец полого сердечника 11 генератора импульса 9 наворачивают на вал винтового забойного двигателя (ВЗД) 13, а в нижний конец штока 2 вворачивают долото 14 (например, истирающее), имеющее центральный канал 15 и рабочую

поверхность 16. С целью исключения «поршневания» в процессе работы генератора импульса 9 кожух 10 оснащен технологическим отверстием 17.

Устройство на конце бурильной колонны труб (на фиг.1 и 2 не показано) спускают в скважину в интервал бурения, после чего подают жидкость в колонну бурильных труб и ВЗД 13, при этом поток жидкости попадает внутрь полого сердечника 11 и далее через внутреннее пространство 18 кожуха 10 генератора импульса 9 попадает в проходной канал 3 штока 2 выше глухой перегородки 6 и далее сквозь верхний ряд радиальных отверстий 4 штока 2 в перепускной канал 7 (благодаря глухой перегородке 6, выполненной в проходном канале 3 штока 2), откуда жидкость сквозь нижний ряд радиальных отверстий 5 штока 2 попадает в проходной канал 3 штока 2 ниже глухой перегородки 6 и через центральный канал 15 долота 14 поднимается вверх (между устройством и внутренними стенками скважины) и по достижению корпуса 1 поток жидкости воздействует на тангенциально размещенные на наружной поверхности корпуса 1 лопатки 9, что приводит к вращению корпуса 1 относительно штока 2. Далее поток жидкости поднимается на устье скважины и появляется циркуляция, после чего начинают бурение скважины, при этом поток жидкости по колонне бурильных труб и ВЗД 13 попадает внутрь полого сердечника 11 и далее через внутреннее пространство 18 кожуха 10 генератора импульса 9 поступает в проходной канал 3 штока 2 выше глухой перегородки 6 и достигает верхнего ряда 4 радиальных отверстий штока 2, при этом вращающийся корпус 1, относительно штока 2, сначала увеличивает проходное сечение верхнего ряда 4 (см. фиг.2) радиальных отверстий штока 2 до полного их открытия, а затем уменьшает проходное сечение верхнего ряда 4 радиальных отверстий штока 2 до полного их закрытия.

В результате в проходной канал 7 (см. фиг.1) попадает пульсирующий поток жидкости, который опускается вниз по перепускному каналу 7 и достигает нижнего ряда 5 радиальных отверстий штока 2, при этом корпус 1 продолжает вращаться относительно штока 2, сначала увеличивая проходное сечение нижнего ряда 5 радиальных отверстий штока 2 до полного их открытия, а затем уменьшая проходное сечение нижнего ряда 5 радиальных отверстий штока 2 до полного их закрытия, при этом поток жидкости, пульсируя, попадает в проходной канал 3 штока 2 ниже глухой перегородки 6, откуда поток жидкости попадает в центральный канал 15 долота 14.

Таким образом, в процессе работы устройства при закрытии вращающимся корпусом 1 верхнего 4 и нижнего 5 рядов радиальных отверстий штока 2 давление во внутреннем пространстве 18 кожуха 10 генератора импульса 9 повышается и поток жидкости воздействует снизу на нижний торец полого сердечника 11, сжимая пружину 12, что приводит к перемещению полого сердечника 11, а также ВЗД 13 и всей компоновки бурильного

инструмента вверх, то есть генератор импульсов 9 увеличивается в длине. При открытии вращающимся корпусом 1 верхнего 4 и нижнего 5 рядов радиальных отверстий штока 2 давление во внутреннем пространстве 18 кожуха 10 генератора импульса 9 снижается и в этот момент перемещение вверх полого сердечника 11 в кожухе 10 генератора импульса 9, ВЗД 13 и всей компоновки бурильного инструмента прекращается, генератор импульсов 9 сокращается в длине и за счет возвратной силы пружины 12 вышеуказанные элементы конструкции устройства опускаются вниз, при этом полый сердечник 11 возвращается в первоначальное положение (см. фиг.1).

В дальнейшем выше описанный 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, шток с проходным каналом, размещенный внутри корпуса, отличающееся тем, что шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой, уставленной в проходном канале штока, и сообщающихся между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и штоком, причем на наружной поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие в рабочем положении корпусу вращаться относительно штока, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего и нижнего рядов радиальных отверстий штока, при этом сверху шток соосно и жестко соединен с 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.