Устройство для бурения скважин на депрессии

Полезная модель относится к техническим устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин в условиях отрицательных давлений в системе «скважина-пласт», а именно к гидравлическим забойным двигателям при использовании в качестве промывочной жидкости в процессе бурения газожидкостных смесей.

В устройстве для бурения скважин, содержащее винтовой забойный двигатель, включающий переводник, корпус с расположенными в нем секциями рабочих органов в виде многозаходной рабочей пары, и шпиндель, для сжатия газовой составляющей потока, повышения давления и плотности рабочего газожидкостного агента и направления всего потока в рабочий орган забойного двигателя перед входом рабочие органы установлена винтовая насадка, выполненная с каналами, сужающимися к входу в рабочие органы двигателя.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность разрушения горной породы за счет обеспечения стабильной нагрузки на долото без потерь в показателях мощности и момента на валу в случае применения газированных промывочных жидкостей.

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин с применением в качестве промывочных сред газожидкостных смесей, а именно к винтовым забойным двигателям (ВЗД).

В последние годы все более широкое распространение находит технология бурения скважин при отрицательном давлении в системе «скважина-пласт», выполняемая с целью повышения проходки на долото и механической скорости за счет уменьшения угнетающего давления на забой скважины и с целью вскрытия продуктивных пластов при уменьшении отрицательного воздействия бурового раствора на коллекторские свойства вскрываемого пласта. Реализация технологии осуществляется путем применения промывочной жидкости низкой плотности, достигаемой насыщением ее газом (воздухом, азотом, природным газом, отходящим газом двигателей внутреннего сгорания).

С другой стороны, известно, что нагрузочная способность ВЗД повышается при увеличении плотности рабочей жидкости (Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие. М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. С.198).

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата при использовании газожидкостной смеси, является значительное уменьшение перепада давления на рабочем органе винтового забойного двигателя и, следовательно, уменьшение крутящего момента на выходном валу этого двигателя объемного типа, уменьшение способности принимать оптимальную нагрузку на долото.

Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является винтовой забойный двигатель, над винтовой парой которого установлен преобразователь потока скорости и направления бурового раствора (Патент

РФ №2260106, Е21В 4/02, 2004). Однако при работе этого винтового забойного двигателя на газожидкостных сжимаемых средах в результате уменьшения статического давления в верхней части рабочего органа двигателя снижается эффективность процесса углубления скважины из-за уменьшения механической скорости бурения вследствие уменьшения рабочего момента на выходном валу.

При осуществлении предлагаемой полезной модели техническим результатом является повышение крутящего момента на выходном валу винтового (объемного) двигателя при работе на газожидкостных смесях, увеличение механической скорости проходки за счет возможности увеличения нагрузки на долото без потерь в показателях мощности и момента на валу.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для бурения скважин на депрессии, содержащее винтовой забойный двигатель, включающий переводник, корпус с расположенными в нем секциями рабочих органов в виде многозаходной рабочей пары, и шпиндель, согласно изобретению перед входом в рабочие органы винтового забойного двигателя установлена винтовая насадка, выполненная с внутренними каналами, сужающимися к входу в рабочие органы двигателя.

Между заявленным техническим результатом и существенными признаками полезной модели имеется следующая причинно-следственная связь. Установленная перед входом в рабочий орган ВЗД винтовая насадка с внутренними каналами, сужающимися к входу в рабочие органы двигателя, обеспечивает повышение крутящего момента на выходном валу двигателя и его эффективной мощности за счет повышения дифференциального давления на длине рабочего органа винтового забойного двигателя. Увеличение дифференциального давления обусловлено повышением плотности рабочей газожидкостной смеси в результате прохождения ее через сужающиеся каналы насадки и совершением работы при увеличении объема потока рабочей жидкости. При этом установка винтовой насадки, которая является

местным сопротивлением, не уменьшает подводимую к забойному двигателю гидравлическую мощность, так как гидравлические потери газожидкостной смеси при той же исходной плотности жидкости на 25-30% ниже, чем при дегазированной жидкости (Патент РФ 2254438, Е21В 21/08, 2005).

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен винтовой забойный двигатель с установленной винтовой насадкой. На фиг.2 показан объемный вид винтовой насадки. На фиг.3 показаны вид насадки сверху и ее разрез А-А.

Устройство для бурения скважин на депрессии содержит винтовой забойный двигатель (фиг.1), состоящий из переводника 1, корпуса, в котором расположены рабочие органы, представляющие собой сопрягаемые многозаходные винтовые поверхности статора 3 и ротора 4 и шпиндель. Над входом в рабочие органы установлена винтовая насадка 2 с выполненными в ней внутренними сужающимися каналами 5.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая газожидкостная смесь поступает в каналы винтовой насадки, которые сужаются по мере приближения к входу в рабочие органы винтового забойного двигателя. Сужение каналов приводит к сжатию газовой фазы газожидкостной смеси, повышению ее плотности на входе в рабочие органы двигателя и повышению дифференциального давления на длине рабочего органа двигателя. Поступая в замкнутые камеры винтового двигателя, газожидкостная смесь увеличивает свой объем, совершая работу, в результате чего повышается эффективная мощность винтового (объемного) забойного двигателя.

Таким образом, предлагаемое устройство для бурения скважин на депрессии позволяет увеличить механическую скорость бурения с поддержанием необходимой нагрузки на долото.

Устройство для бурения скважин на депрессии, содержащее винтовой забойный двигатель, включающий переводник, корпус с расположенными в нем секциями рабочих органов в виде многозаходной рабочей пары, и шпиндель, отличающееся тем, что перед входом в рабочие органы винтового забойного двигателя установлена винтовая насадка, выполненная с внутренними каналами, сужающимися к входу в рабочие органы двигателя.