Устройство для бурения скважин

 

Использование: в технике и технологии бурения скважин с применением промывочной жидкости Сущность изобретения: предложен центратор. включающий корпус с резьбой для соединения с бурильной колонной и долотом. К корпусу прикреплены лопасти. На внешних концах лопастей имеются твердосплавные штыри для меньшего их износа о стенки скважины Приведен диапазон возможного угла наклона средней линии кривизны поверх-г ности лопастей и формула для определения диаметра корпуса Центратор при вращении создает над долотом зону депрессии, способствуя отрыву от забоя и выносу шлама и крупных кусков породы, что повышает эффективность бурения 1 ил.

(19) К1Д (11) 200 (я) г вг2 оо

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЩ "." ::: .

К ПАТЕНТУ (21) 4891 419/03 (22) 13.1 29О (46) 30,1293 Ьол Na 47-48 (71) Куйбышевский политехнический институт им В.В.Куйбышева (72) Снарев АИ. Файн ГМ; Озарко ИП (73) Самарский государственный технический университет (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Использование; в технике и технологии бурения скважин с применением промывочной жидкости.

Сущность изобретения предложен центратор, включак)щий корпус с резьбой для соединения с бурильной колонной и долотом. К корпусу прннреплены лопасти На внешних концах лопастей имеются твердосплавные штыри для меньшего их износа о стенки скважины Приведен диапазон возможного угла наклона средней линии кривизны поверхности лопастей и формула для определения диаметра корпуса Центратор при вращении создает над долотом зону депрессии, способствуя отрыву от забоя и выносу шлама и крупных кусков породы, что повышает эффективность бурения 1 ил.

2005162

Изобретение относится к бурению скважин с промывкой жидкостью.

Предлагается забойный центратор-движитель для бурильной колонны, выполняющий функции не только удержания долота и низа бурильной колонны в центре скважины, но и воздействующий на поток промывочной жидкости и выносимую разбуренную породу.

Известны центраторы с металлическими лопастями, имеющие 3-6 приваренных или сменных спиральных лопастей. Центратор забойного двигателя (1) также имеет несколько спиральных лопастей с правой навивкой, снабженных твердосплавными зубками, Эти центраторы удерживают низ бурильной колонны и долото в центре скважинь, обеспечивая ей заданное нагтффвление, а твердосплавными зубками калибруют ствол скважины.

Функции гидравлического движителя такие центраторы не выполняют, так как угол подьема спирали велик и превышает

70 . длина центратора с лопастями !ц значительно превышает его диаметр D для удержания компоиовкой заданного направления !ц/О = 3,2-7,5, т,е. шаговое отношение H/0» 2,0.

Известна также муфта с лопастями (2), имеющими большой угол наклона (75-80") к плоскости, перпендикулярной оси колонны ,бурильных труб (горизонтальной плоскости), Такой угол наклона лопастей, кроме указанного выше, не обеспечивает подхват крупных кусков выбуренной породы и отбрасывание их вверх, учитывая также и ro, что поток жидкости уже закручен долотом в ту же сторону.

Известно устройство для,бурения скважин (3), включающее колонну бурильных труб, породоразрушающий инструмент и крылйчатки с лопастями, размещенные на колонне бурильных труб. Оси симметрии каждой лопасти наклонены под острым углом к плоскости, перпендикулярной оси колонны бурильных труб. В процессе бурения крыльчатки, вращающиеся с колонной бурильных труб, создают в восходящем,.потоке режим развитой турбулентности. в результате чего увеличивается относительная скорость движения частиц шлама. За счет колебательного движения и увеличения его относительной скорости становится возможным вынос частиц шлама более крупного размера.

Наилучшему решению поставленной задачи - выносу более крупных частиц шлама - отвечало бы устройство, не эакручивающее частицы турбулентным вихрем, в которг>м чагтицы движутся как вверх, так и — д—

0,785(о, J где Рд- максимальная нагрузка на долото:

P> - усилие затяжки резьбы;

Е4-диаметр корпуса центратора;

О ч> - диаметр проточки корпуса центратора под резьбу долота;

40 д, (% ) = — — допустимое значение преП дела текучести материала центратора, где и

- коэффициент запаса.

Исходя из наиболее прочного материа45 ла, применяемого в нефтепромысловом деле о = 100 кгс/мм, и минимального коэффициента запаса и = 1 для размерного ряда долот по ГОСТ 20692-75, получаются соотношения О,/О-- 0,32 — 1.0; дисковое отношение Рл/Р = 0,898-0,0, что входит в оптимальные соотношения для гребных винтов, На фиг.1 изображена схематически нижняя часть бурильной колонны 1 с установленными на ней центраторами-движителями 2 и 3. Верхний центратор 2 установлен над пластом 4 с аномально низким пластовым давлением, а нижний центратор - движитель 3 установлен над долотом 5. Выше центратора 3 может быть yc ановлен шла5

30 вниз, а придающее им направленноедвижение снизу вверх, Эта цель достигается применением конструкции, обладающей определенными свойствами гребного винта, Как известно, скорость жидкости перед движителем (гребным винтом) возрастает, а давление падает.

Таким образом, перед винтом создается зона пониженного давления. которая будет способствовать интенсивному отсасыванию крупных и мелких кусков выбуренной породы иэ-под долота, которые раньше не могли быть вынесены промывочной жидкостью до тех пор, пока долото не раздробит их на мелкие частицы. Кроме того, вырадающие из каверн крупные куски шлама будут отбиваться потоком, создаваемым центратором-движителем, препятствуя попаданию

ИХ пОД ДОлОтО.

Известно, что оптимальными соотношениями для гребных винтов являются; шаговое отношение Н/D = 0,6-2,0 (наилучшие0,9); дисковое отношение Е /F = 0,2-0,8; относительный диаметр ступицы О /D = 0,160.35 (4).

Поскольку забойный центратор находится в скважине в стесненном пространстве, диаметр его корпуса определяется из соотношения, полученного экспериментальным и аналитическим путем из условия его прочности, 2005162

10

20 тимальному.

30,iT

50 моуловитель. Цифрой 6 показлны куски выбуренной породы. Линия За - ось симметрии лопасти, находящаяся под углом 90 к оси бурильной колонны.

На фиг.2 показан вид сверху центратора-движителя. К корпусу центратора 7 диаметром D» приварены или прикреплены иным способом лопасти 8, имеющие криволинейную поверхность. Для выполнения функций центратора лопасти 8 могут быть выполнены расширяющимися наружу, а их торцевые кромки защищены твердосплавным материалом. В, верхней и нижней частях центратора 7 нарезана ответная замковая резьба 9 для соединения с долотом и бурильной колонной.

На фиг.3 показана отдельная лопасть, имеющая на внешней торцевой стороне наваренный твердосплавный материал или зубки 10 с целью уменьшения износа лопасти о стенки скважины, Средняя линия 11 профиля лопасти имеет изменяющийся угол наклона Р к горизонтальной плоскости, убывающей по направлению вращения колонны, Максимальное значение угла Р получено из соотношения НИ < 2 (j3 63 ). Минимальное значение угла /3 равно 0 для лучшего входа в закрученный поток и подхватывания кусков шлама, При вращении бурильной колонны 1

{показано стрелкой), вместе с колонной враФормула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, содержащее установленный над долотом забойный центратор, выполненный в виде цилиндрического корпуса с присоединительными резьбами для встраивания в бурильную колонну и лопастями на наружной поверхности, отличающееся тем, что, с целью улучшения процесса выноса разбуренной породы с забоя и предотвращения попадания породы в зону работы долота при выпадении последней из ка- верн, профиль лопастей центратора имеет гидравлически обтекаемую форму с измещаются центраторы-движители 2 и 3. Верхний центратор 2, вращаясь, создает в зоне пласта 4 депрессию, предотвращая поглощение пластом промывочной жидкости.

Нижний центратор-движитель 3 при вращении интенсивно отсасывает промывочнуЮ жидкость из-под долота вместе с кусками выбуренной породы 6. Одновременно оба центратора-движителя 2 и 3 удерживают бурильную колонну в центре скважины, работая как центраторы."Использование забойного центратора-движителя при установке его над долотом позволяет повысить мехайическую скорость и проходку на долото за счет интенсивного отсасывания выбурен ной породы из-под долота и препятствования падению крупных кусков породы из вышележащих каверн под долото.

При установке центратора-движителя между долотом и шпинделем турбобура дополнительно достигается снижение числа оборотов турбобура и приближение их к on-. (56) 1. Авторское свидетельство ССС P

¹ 1239255, кл, Е 21 В 17/10, 1984, 2. Авторское свидетельство СССР

¹ 949153. кл. Е.21 В 4/00, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 614213, кл. Е 21 В 21/00, 1973..

4, Г.И.Ваганов, В.К.Шамчуров и др, Тяга судов. Л.: t962.

35 няющейся Ао ходу вращения кривизной поверхности с углом наклона средней линии от 63 до 0 к горизонтальной плоскости, при этом ось симметрии лопастей

40 центратора перпендикулярна к оси, а диа метр корпуса центратора О» удовлетворяет соотношению.

О» (Рд+Рз)г 0,785fpp)+ Опр

4 где Рд- максимальная нагрузка на долото;

Рз - усилие затяжки резьбы;

Рлр - диаметр проточки корпуса центратора под резьбу долота; (о,) - допустимое значение предела текучести материала центратора, Il ф ф ю

/ // t ///

//

°

°

Э °

В ° ° °

° I

° ° Ф ° °

OO

° °

Ф Ф

Ф ° °

1 °

°

° ° ° б -в . 4

° Ф °

° °

° ° ° °