Устройство для воздействия пульсирующей промывкой на забой

Бурение с использованием турбобура ограничивается глубиной скважин из-за повышенной прочности горных пород и недостаточной по эффективности промывки забоя. Повышение эффективности отрыва выколотой частицы от забоя, как показывают исследования, можно достичь, если она будет подвержена колебательным воздействием с резким изменением на нее нагрузки от положительного давления на отрицательное. Этот эффект достигается с применением турбобура, у которого в нижней части последней секции выполнено устройство, обеспечивающее выход жидкости из турбобура в виде пульсирующего потока. Для этого в части комплекта дисков статора и ротора образованы проточные и непроточные каналы, которые при вращении вала периодически открываются и перекрываются.

Известен односекционный турбобур, содержащий корпус, соединенный с бурильной колонной. Внутри корпуса размещен гидравлический двигатель в виде многоступенчатой турбины, каждая из ступеней которой образована дисками статора и ротора, имеющими проходные каналы. (1)

Односекционный турбобур применяется при бурении верхних интервалах и обеспечивает высокие механические скорости бурения. Для его эффективной работы требуется прокачивать через многоступенчатую турбину жидкость с высокой производительностью 40-45 л/с и более. Применение односекционного турбобура на больших глубинах ограничено, так как такие большие расходы жидкости требуют создавать на устье скважины высокие давления, что технически выполнимо, но опасно и экономически не выгодно. Кроме этого при бурении с такой высокой производительностью закачки жидкости происходит эрозия стенок скважины и появление каверн. Поэтому ограничением для применения односекционного турбобура остается область бурения верхних интервалов в скважинах, в прочных устойчивых породах, типа карбонатов, где расширение ствола минимально.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемым результатам является многосекционный турбобур, например, марки 3ТСШ (2).

Современный многосекционный турбобур представляет собой трехсекционный гидравлический двигатель. В одной из секций совместно с двигателем размещена опора.

Гидравлические двигатели представляют собой многоступенчатую турбину. Суммарная фильтрационная площадь сечения проходимых каналов диска статора соответствует суммарной фильтрационной площади сечения проходных каналов диска роторов. При бурении долото приводится во вращение гидравлическими двигателями, размещенными в секциях и соединенными между собой. Мощность создаваемая всеми секциями суммируется на валу турбобура.

Однако вышеописанная конструкция многосекционного турбобура не обеспечивает достаточной мощности для нормальной работы, особенно на больших глубинах, т.к существует ограничение давления на устье скважины, а трехсекционный турбобур, в отличие от прототипа, имеет в три раза больше дисков статоров и роторов, что обеспечивает уменьшение прокачки жидкости через них.

Ограничение в производительности прокачки жидкости к турбобуру не обеспечивает полную очистку забоя от разбуриваемой породы в виде шламовой подушки и не способствует отрыву частиц породы от забоя после воздействия долота.

В основу изобретения положена задача создания многоступенчатого турбобура, в котором за счет конструктивного изменения в одной из секций обеспечивалась бы эффективная очистка забоя при сокращении производительности (расхода), с которой жидкость прокачивается через трехсекционный (многосекционный) турбобур при ограничении давления на устье скважины.

Поставленная задача решается тем, что в нижней секции многосекционного турбобура устанавливается устройство для придания потоку жидкости к забою скважины гидроимпульсный характер с размещением над ним резервуара объединяющего струи жидкости из дисков турбины в единый поток. Создание резервуара для прохождения объединенного потока позволяет затем его в сконцентрированной мощной струе подавать на забой Устройство представляет собой комплекс ступеней из дисков роторов, зафиксированных шпонкой, и статоров, зафиксированных между собой штырями, параллельно оси вала в них выполнено одно или несколько открытых и закрытых сквозных каналов на всю длину комплекса ступеней с разной площадью их в горизонтальной плоскости.

На фиг.1 представлен фрагмент устройства а разрезе, установленный в корпусе турбобура 1. Диски роторов 2 размещены на валу 3 турбобура и зафиксированы от проворота шпонкой 4. Диски статоров 5 зафиксированы относительно друг друга штырями 6. На фиг.1 с левой стороны показан закрытый сквозной канал в роторах 7, с правой стороны - открытый сквозной канал с статорах 8.

На фиг.2 а показан разрез в горизонтальной плоскости - ситуации, когда сквозной канал в статорах 8 устройства открыт.. а закрытый сквозной канал ротора 7 перекрывает часть фильтрационной поверхности статора 9.

На фиг.2 «б» закрытый сквозной канал роторов 7 перекрывает открытый сквозной канал статоров 8.

При использовании турбобуров могут применяться устройства с несколькими сквозными каналами в статорах и роторах.

На фиг.3 показан общий вид собранного трехсекционного турбобура, в котором в нижней секции перед промывочными окнами 10 размещено устройство 11 и резервуар для объединения потока 11, выходящего из турбинок турбобура 5, размещенных выше устройства 11 и резервуара 12.

Сборка трехсекционного турбобура не отличается от обычной стандартной схемы. В начале собираются секции отдельно, затем соединяются с помощью специальных муфт. В данном случае сборка турбобура имеет отличие при сборке третьей, нижней секции в серийном турбобуре. В отличие от обычной схемы в начале на поверхности собирается устройство с зафиксированными между собой дисками статоров и роторов и надевается на вал. Затем на вал надеваются промежуточная втулка, с помощью которой образуют резервуар, и комплект серийных дисков статоров и роторов. Производиться закрепление системы дисков статоров и роторов. Нижняя секция, таким образом, подготовлена к сборке трехсекционного турбобура. Остальная сборка стандартная.

При эксплуатации турбобура происходит следующее.

Турбобур с долотом спускается в скважину и запускается в работу путем прокачки через него жидкости. Прокачивание жидкости обеспечивает вращение вала турбобура. Жидкость проходит по всей системе дисков статоров и роторов, поступает в резервуар и формирует общий поток. Из резервуара жидкость поступает в устройство, в котором диски статоров и роторов механически представляют собой единое целое со всей системой их во всех трех секциях. Поэтому при вращении ротора в устройстве происходит циклическое перекрытие или открытие сквозного проходного канала в статорах. При закрытых сквозных каналах дисков статоров основной поток жидкости проходит только через оставшуюся фильтрационную часть их...

При открытых сквозных каналах жидкость проходит в основном через этот общий канал с высокой скоростью в виде гидроимпульса При этом часть фильтрационной площади статоров перекрыта «закрытыми» сквозными каналами.

В результате работы турбобура с установленном в нем устройством для придания потоку к забою гидроимпульсный характер на забой. Он действует с разной чередующейся гидравлической кинетической энергией, позволяющей получить в призабойной зоне наложения импульсов высокого давления и разложение с увеличенной разницей амплитуд, которые создают эффективные напряжения в породе на разрыв.

В настоящее время в ряде нефтяных районов существует проблема бурения через породы алевролитового типа, глиносодержащие породы. Прохождение через них происходит с низкой механической скоростью бурения. Придание трехсекционному турбобуру повышенной эффективности за счет более качественной очистки забоя с воздействием на тонкий слой породы на забое гидроимпульсами расширит диапазон применения турбинного бурения, позволит сократить время механического бурения скважин через трудноразбуриваемые породы.

ЛИТЕРАТУРА

К УСТРОЙСТВУ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ПРОМЫВКОЙ НА ЗАБОЙ

1. Справочник инженера по бурению М, Недра, 1973 том 1 стр.212-220

2. Справочник инженера по бурению М, Недра, 1973 том 1 стр.227-233

Турбобур, содержащий несколько секций с размещенными в них гидравлическими двигателями, отличающийся тем, что в нижнюю часть его встроен комплекс в виде многоступенчатой турбины с дисками статоров и роторов, имеющих сквозные открытые и закрытые каналы вдоль оси вала турбобура с расположенными над комплексом резервуара в виде проставленной втулки.