Тампонажное устройство

 

Изобретение относится к бурению скважин . Цель изобретения - повышение надежности и долговечности, а также упрощение конструкции и эксплуатации. Устройство содержит контейнер (К) 1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую 4 и рабочую 5 полости. Полость 5 заполнена тампонажным материалом. Над К 1 установлен пульсатор , содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний пе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 B ЗЗ/132

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР}

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2б

27 (21) 4486341/03 (22) 26.09.88 (46) 23.05.93. Бюл. N 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (72) Б.С.Лобанов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1218074, кл. Е 21 В 33/14, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 1452937, кл, Е 21 В 33/132, 1987, 77

5U 1816844 А1 (54) ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения — повышение надежности и долговечности, а также упрощение конструкции и эксплуатации. Устройствосодержит контейнер (К) 1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую 4 и рабочую

5 полости, Полость 5 заполнена тампонажным материалом..Над К 1 установлен пульсатор, содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний пе8:

72

N е3

М

7Ф

1816844

30 реходник (П) 10, нижний П 14, питающее сопло (С) 12, приемное С 13 и дефлектор, Причем П 10 установлен с возможностью вращения относительно корпуса 8 и имеет отверстие 11 для прохода промывочной жидкости, а П 14 связан с К 1 и корпусом 8.

Оба С 12 и 13 установлены соосно в канале корпуса 8 эксцентрично его оси. При этом С

13 соединено с П 14 и гидравлически связано с полостью 4, а С 12 имеет обойму 15 и гидравлически связано с отверстием 11 П

10. Дефлектор выполнен в виде горизонтального диска 16 со связующим элементом в виде патрубка 18, соединенного с П 10.

Диск 16 имеет отверстия 17 на расстоянии

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности, а также упрощение конструкции и эксплуатации устройства.

На фиг. 1 изображено тампонажное устройство, общий вид; на фиг, 2 — сечение

А — А на фиг, 1; на фиг, 3 — пульсатор тампонажного устройства с видоизмененным соединением дефлектора с верхним переходником: на фиг, 4 — сечение Б-Б на фиг. 3.

Тампонажное устройство включает контейнер 1 с пробкой 2 на нижнем конце и поршнем 3, разделяющим внутренний объем контейнера на надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, последняя из которых заполнена тампонажным раствором, опорную трубу 6 со сливными отверстиями 7 на верхнем конце, соединенном с нижним концом контейнера 1, и установленный над контейнером пульсатор. содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний переходник 10 с отверстием 11 для прохода рабочей жидкости, установленный с возможностью вращения относительно оси корпуса 8, питающее 12 и приемное 13 сопла, установленное соосно и эксцентрично относительно оси корпуса 8, и нижний переходник 14, соединяющий корпус 8 с контейнером 1, Приемное сопло 13 установлено на нижнем переходнике 14 и сообщено с надпоршневой полостью 4 контейнера, а питающее сопла 12 снабжено обоймой 15 и сообщено с отверстием 11 верхнего переходника 10, при этом обойма 15 закреплена относительно корпуса 8. В осевом канале корпуса 8 между соплами 12 и 13 установлен от оси корпуса 8, равном расстоянию от оси

С 12 и 13, Обойма жестко связана с корпусом 8 через стержень 19 и П 14 и установлена в патрубке 18. Диск 16 выполнен с осевым отверстием, в котором размещается стержень 19. Связующий элемент может быть выполнен в виде вала, расположенного в имеющемся в обойме 15 осевом отверстии. Диск 16 размещен в канале корпуса 8 между С 12 и 13. При вращении П 10 вращает диск 16 относительно неподвижных С 12 и

13, Образующееся пульсирующее давление передается в полость 4 и через поршень 3 оказывает воздействие на материал в полости 5, вытесняя его из К 1, 2 з.п.ф-лы, 4 ил, дефлектор 16 в виде горизонтального диска с отверстиями 17. Диск дефлектора 16 выполнен с осевым отверстием и соединен связующим элементом, например, в виде патрубка 18 с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения; обойма 15 размещена в укаэанном патрубке и соединена с нижним переходником 14 стержнями 19, проходящими через осевое отверстие диска дефлектора 16, а в зазоре между обоймой 15 и патрубком

-18 установлено уплотнение 20. В показанном на фиг, 3, 4 видоизмененном варианте пульсатора устройства обойма 15 питающего сопла выполнена с осевым отверстием и соединена с корпусом 8, а диск дефлектора

16 соединен с верхним переходником 10 связующим элементом в виде вала 21, проходящим через осевое отверстие обоймы

15. При этом пульсатор снабжен уплотнением 22, установленным в зазоре между корпусом 8 и верхним переходником 10, и уплотнением 23, установленным в зазоре между обоймой 15 и валом 21, а питающее сопло 12 сообщено с подводящим каналом

11 через радиальные отверстия 24 верхнего переходника 10 и полость 25 в корпусе 8.

Отверстия 17 расположены эксцентрично относительно оси корпуса 8 с эксцентриситетом, равным эксцентриситету сопел 12 и

13 относительно той же оси, что обеспечивает возможность периодического прохождения через укаэанные отверстия струи, вытекающей из питающего сопла 12 (т.е. возможность периодического сообщения через отверстия 17 питающего 12 и приемного 13 сопел), Кромки отверстий 17 могут быть острыми, скругленными или с конусными фасками с одной или с обеих сторон

40 отверстий, Для исключения возможности

1816844 появления нежелательной (способной ухудшить параметры выходных импульсов пульсатора) пульсации давления в питающем сопле 12 при вращении дефлектора 16 расстояние от торца сопла 12 до дефлектора 16 5 берется не менее 0,3d — где d — диаметр выходного отверстия сопла 12. При соблюдении данного расстояния, кэк показывают эксперименты, дефлектор 16 не оказывает влияния на давление.в сопле 12. Для обес- 10 печения свободного прохождения турбулентной струи из питающего сопла 12 в отверстие приемного сопла t3 при совмещении оси каждого отверстия 17 с общей осью сопел 12 и 13 при вращении дефлекто- 15 ра 16 диаметр отверстий 17 выбирается в пределах 1,3 — 2,0d, где d — диаметр выходного отверстия сопла 12. Для изготовления дефлектора 16 целесообразно использовать материал, стойкий к гидроэрозионному из- 20 носу, который может явиться результатом гидродинамического взаимодействия дефлектора с напорной струей, формируемой соплом t2. В качестве такого материала может быть использована, например, нержа- 25 веющая сталь, хорошо зарекомендовавшая себя при создании элементов различных конструкций, подверженных гидроэрозион- ному износу. Устройство снабжено пакером, выполненным, например, в виде 30 набора упругих уплотнительных элементов

26 и разделительных колец 27, Для разобщения вращающихся и неподвижных деталей между верхним переходником 10 и корпусом 8 установлен подшипник 28, па- 35 кер выполнен с возможностью исключения взаимного проворачивания его подвижных и неподвижных частей (например, за счет применения в его конструкции шпоночного или шлицевого соединения деталей), э на 40 конце опорной трубы 6 установлена буровая коронка 29, препятствующая вращению опорной трубы относительно забоя сквежины, Устройство может быть снабжено сиг- 45 нализатором окончания рабочего хода поршня 3, содержащим затвор сливных окон 9, выполненный в виде пружины сжатия 30, установленной в осевом канале корпуса 8 между нижним переходником 14 и опорой 50

31, соединенной с поршнем 3 гибкой связью

32 и штоком 33, проходящим через осевое отверстие переходника 14..опора 31 и шток

33 выполнен с возможностью совместного осевого перемещения, При этом в опоре 31 55 выполнено отверстие для прохода приемного сопла 13 и по меньшей мере одно отверстие 34 для прохода рабочей жидкости из сопловой полости корпуса 8 во внутреннюю полость пружины30. На верхнем конце штока 33 имеется опорный буртик, в который упирается опора 31. В соединительном стержне 19 (фиг. 1) выполнено осевое отверстие под шток 33 и радиальные прорези 35, в опоре 31 выполнено осевое отверстие для ее осевого перемещения вдоль стержня 19, а опорный буртик штока ЗЗ выполнен с внешними зубчатыми выступами, проходящими через прорези 35 и опирающимися на опору 31. Сливные окна 9 в корпусе 8 выполнены напротив нижних витков пружины 30 таким образом, что при крайнем нижнем положении опоры 31 они находятся ниже указанной опоры.

Тампонажное устройство работает следующим образом.

После заправки рабочей полости 5 контейнера 1 тампонажным раствором устройство опускают в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем. По достижении забоя устройство нагружают осевым усилием с опорой нэ забой. Под действием указанного усилия упругие элементы

26 пакера сжимаются и перекрывают ствол скважины над тампонируемым интервалом, после чего приводят во вращение буровую колонну, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, соединенный с указанной колонной, При этом дефлектор 16 приводится во вращение от верхнего переходника 10, соединенного с буровой колонной, а промывочная жидкость поступает из буровой колонны в подводящий канал 11 и далее к питающему соплу 12, на выходе которого формируется напорная струя. В процессе вращения дефлектора 16 ось каждого из отверстий 17 периодически (при каждом обороте дефлектора) сходится и расходится с общей осью сопел 12 и 13. При схождении ос отверстия 17 с осью сопел 12 и 13 напорная струя, формируемая соплом 12, попадает в торцовое отверстие приемного сопла

13, что сопровождается импульсным повышением давления в сопле 13. При расхождении оси отверстия 17 и оси сопел 12 и 13 дефлектор 16 перерезает струю, перекрывая ее доступ к приемному соплу 13, что сопрово>кдается падением давления в приемном сопле. При схождении с осью сопел

12 и 13 оси следующего отверстия 17 дефлектора в приемном сопле 13 формируется очередной импульс давления. В результате на выходе приемного сопла 13 формируется пульсирующее давление, частота которого равна произведению частоты вращения дефлектора 16 и числа отверстий 17. Пульсирующее давление передается в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 воздействует на тампонаж5

30

40

55 ный раствор, находящийся в рабочей поло. сти 5. Под воздействием пульсирующего давления со стороны тампонажного раствора пробка 2 выбивается из нижнего отверстия контейнера 1, после чего поршень 3, на который действует пульсирующее давление со стороны надпоршневой полости 4, вытесняет тэмпонажный раствор из рабочей полости 5 контейнера через сливные отверстия 7 в пространство между стенками ствола скважины и опорной трубой 6, После заполнения указанного пространства тампонажный раствор проникает в трещины, поры и каверны, сообщающиеся со стенками ствола скважины. Промывочная жидкость, не попадающая в приемное сопло 13 в периоды, когда формируемая соплом 12 струя перерезается дефлектором 16, сливается из сопловой полости корпуса 8 через отверстия 34 опоры 31 во внутреннюю полость пружины 30 и далее через зазор между витками последней и сливные окна 9 корпуса 8 в затрубное пространство скважины. Благодаря этому давление в сопловой камере пульсатора не превышает 2 давления в затрубном пространстве скважины, что способствует нормальному формированию напорной турбулентной струи на выходе сопла 12, При подходе к крайнему нижнему положению поршень 3 с помощью гибкой связи

32 и штока 33 перемещает вниз опору 31,. сжимая пружину 30. В результате этого площадь проходного спирального канала(зазора) между витками пружины 30 уменьшается, что приводит к росту давле-. ния в ее внутренней полости и. следовательно, в сопловой полости корпуса 8 и связанном с ней подводящем канале 11 верхнего переходника 10. Указанный рост давления служит информационным сигналом об окончании работы устройства; который передается по столбу жидкости, заполняющей буровую колонну, к поверхностному сигнальному устройству; вырабатывающему информационный сигнал, оповещающий бурового мастера об окончании работы устройства. После получения указанного сигнала вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают, а тампонэжное устройство поднимают на поверхность. При этом под действием упругих сил пружина 30 с опорой 31 и уплотнительные элементы 26 пакера возвращаются в исходное положение.

Введение в конструкцию устройства вращающегося дефлектора 16 с эксцентрично расположенными отверстиями 17 позволяет создать тампонажное устройство с высокой частотой рабочих гидравлических импульсов, практически нечувствительное к загрязненности рабочей жидкости. что VIGKлючает свойственный прототипу повышенный механический износ деталей пульсатора и обеспечивает повышение надежности работы и долговечности устройства. Вместе с тем исключение из конструкции устройства блока питающих сопел и торцового плоского затвора упрощает его конструкцию, изготовление и эксплуатацию.

Формула изобретения

1. Тампонажное устройство, включающее контейнер с поршнем, разделяющим его на надпоршневую и рабочую полости, последняя из которых заполнена тампонажным материалом, пульсатор, содержащий корпус С осевым каналом и сливными окнами, верхний переходник с отверстием для прохода промывочной жидкости, установленный с возможностью вращения относительно корпуса, нижний переходник, связанный с корпусом и контейнером, и установленные в осевом канале корпуса эксцентрично его оси на одном расстоянии от нее приемное сопла, соединенное с нижним переходником и гидрэвлически связанное с надпоршневой полостью, и питающее сопло с обоймой, гидрэвлически связанное с отверстием для прохода промывочной жидкости верхнего переходника,: о т л и ч а ю щ ее с.я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности и упрощения конструкции и эксплуатации, оно снабжено дефлектором, выполненным в виде диска со связывающим элементом, при этом последний соединен с верхним переходником, а диск установлен поперек оси корпуса пульсатора в осевом канале корпуса между питающим и приемным соплами и выполнен с отверстиями на расстоянии от оси корпуса, равном расстоянию от оси питающих и приемных сопл, которые установлены соосно, причем обойма питающего сопла жестко связана с корпусом.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что диск выполнен с осевым отверстием, а связующий элемент.— в виде патрубка, при этом обойма питающего сопла установлена в патрубке, а ее связь с корпусом выполнена в виде стержня, установленного в осевом отверстии диска и соединенного с нижним переходником.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что обойма питающего сопла выполнена с осевым отверстием, а связующий элемент — в виде установленного в последнем вала.

1816Р44

Составитель А.Кондратенков

Редактор M.Êóçíåöoâà Техред M,Моргентал Корректор М.Максимишинец

Заказ 1711 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101