Вибробашмак цементируемой колонны

 

Использование: при обработке ствола скважины в процессе спуска обсадной колонны, при профилактических промывках и в процессе ее цементирования. Обеспечивает возможность качества цементирования, как за счет улучшения свойств цементного камня, сформированного из активированного тампонажного раствора, так и в результате комплексного вибровоздействия в нижней части обсадной колонны, улучшающего степень вытеснения бурового раствора тампонажным и отмыв глинистой корки. Сущность изобретения: вибробашмак состоит из полого корпуса. В нем установлен и закреплен цилиндр с карманом и горизонтальной цилиндрической полостью. Она перекрыта диском с карманом. В кармане установлен по оси вал, зубчатое колесо и дебаланс вала. Он выполнен в виде втулки с эксцентричным пластинчатым кругом. В цилиндре выполнен входной тангенциальный канал. Он сообщает полость корпуса сверху с полостью цилиндра, и осевой выходной канал из полости во внешнее пространство. В тангенциальном канале помещено сопло. Оно ориентировано на зубчатое колесо в область делительного диаметра зубьев. В диске выполнено эксцентричное отверстие. В корпусе против цилиндрической полости со стороны диска выполнено боковое отверстие по оси полости. Вибробашмак генерирует гидравлические импульсации, продольную и поперечную вибрацию обсадной колонны и акустическое поле, распространяемое по обсадной колонне, а также активирует цементный раствор. 6 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для крепления скважин, устанавливаемых внизу обсадных колонн.

Известен вибробашмак цементируемой колонны, включающий полый корпус, переходный переводник, вал с дебалансом, направляющий корпус с отверстиями.

Недостатком этого вибробашмака является то, что он передает прокачиваемому раствору недостаточно эффективные вибрации. Кроме того, устройство имеет сложную и громоздкую конструкцию, что увеличивает подлежащую разбуриванию массу и усложняет его изготовление из легкоразбуриваемых материалов. Поэтому этот вибробашмак невозможно применять при цементировании, например, кондукторов и промежуточных колонн.

Известен также вибробашмак цементируемой колонны, включающий полый корпус с боковыми отверстиями, присоединительной резьбой и предохранительным клапаном, цилиндр из легкоразбуриваемого материала с полостью, входным каналом, сообщающим полость корпуса с полостью цилиндра и выходным осевым каналом, сообщающим полость цилиндра с внешним пространством, зубчатое колесо из легкоразбуриваемого материала на легкоразбуриваемом валу, размещенное в полости, сопло из легкоразбуриваемого материала, помещенное во входном канале и ориентированное в область делительного диаметра зубчатого колеса, и направляющую пробку.

Недостатком вибробашмака является то, что он имеет сложную форму его составляющих, в частности фигурную форму полости, в которой размещены овальные зубчатые колеса. В этом вибраторе объемного действия необходимо наличие минимальных зазоров с поверхностью полости, что, учитывая прокачку через него цементного раствора, увеличивает вероятность подклинки овальных колес о цилиндр. Кроме того, вероятность подклинки увеличивается еще и ввиду абразивного износа зубьев сцепленных колес, что происходит весьма быстро при истечении струи из сопла на колеса, выполненные из легкоразбуриваемого материала, например чугуна или сплавов алюминия. Подклинка овальных колес друг о друга приведет к прекращению генерирования вибраций. К тому же вибробашмак с объемным вибратором не способен генерировать высокоамплитудные импульсы давлений, а значит обладает небольшой дальностью виброобработки по стволу скважины.

Сущность изобретения заключается в том, что в вибробашмаке цементируемой колонны цилиндр выполнен с карманом и полостью в виде цилиндрической полости, которая перекрыта диском, имеющим карман и эксцентричное отверстие, а вал зубчатого колеса выполнен с дебалансом в виде втулки с эксцентричным пластинчатым кругом и установлен по оси цилиндрической полости в карманах цилиндра и диска с возможностью открытия-закрытия пластинчатым кругом эксцентричного отверстия, при этом входной канал выполнен тангенциальным по отношению к цилиндрической полости, а боковое отверстие корпуса выполнено со стороны диска по оси цилиндрической полости.

Технический результат выражается в упрощении конструкции, повышении надежности и эффективности работы.

На фиг. 1 изображен разрез вибробашмака на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение Г-Г на фиг. 2; на фиг. 5 сечение В-В на фиг.1 в момент перекрытия пластинчатым кругом эксцентричного отверстия диска; на фиг. 6 изображены дебаланс с диском в момент открытия эксцентричного отверстия.

Вибробашмак цементируемой колонны состоит из полого корпуса 1 с присоединительными резьбами 2. Внутри корпуса 1 помещен, например чугунный или дюралевый, цилиндр 3, удерживаемый сверху и снизу приварными кольцами 4 и уплотненный резиновыми кольцами 5. В перпендикулярной плоскости оси цилиндра 3 выполнена цилиндрическая полость 6, которая с одной стороны перекрыта легкоразбуриваемым диском 7. В цилиндрической полости 6 размещены, например чугунные, зубчатое колесо 8 с валом 9 и дебаланс вала 9, выполненный в виде втулки 10 с эксцентричным пластинчатым кругом 11. Вал 9 установлен по оси цилиндрической полости 6, причем с одной стороны вал 9 встроен в карман 12 цилиндра 3, а с другой стороны в карман 13 диска 7. Дебаланс 10,11 расположен между зубчатым колесом 8 и диском 7 и связан с валом 9, например зубчатым шлицевым соединением 14, при этом в диске 7 выполнено эксцентричное отверстие 15, а со стороны диска 7 боковое отверстие 16 в корпусе 1 по оси цилиндрической полости 6. Причем эксцентричность отверстия 15 и диаметры отверстий 15,16 подобраны таким образом, чтобы не было прямой струи из отверстия 15 наружу корпуса 1, а размеры пластинчатого круга 11 подобраны с возможностью открытия-закрытия эксцентричного отверстия 15. Диаметр зубчатого колеса 8 несколько меньше цилиндрической полости 6. В месте нахождения колеса 8 в цилиндрической полости 6 выполнен тангенциальный входной продольный канал 17 цилиндра 3, сообщающий полость 6 с полостью корпуса сверху. В тангенциальный канал 17 помещено, например керамическое, сопло 18, уплотненное кольцом 19. При этом ось сопла 18 ориентирована в область делительного диаметра 20 зубчатого колеса 8. В нижней части цилиндра 3 выполнен также выходной осевой канал 21, сообщающий цилиндрическую полость 6 с нижним пространством полого корпуса 1.

Выше цилиндра 3 в корпусе 1 установлены предохранительные пробки 22 клапана. Снизу корпус 1 связан с утолщенным патрубком 23, в котором крепится направляющая пробка 24 с отверстиями 25, а сверху корпус 1 связан с муфтой 26 для подсоединения к обсадной колонне.

Вибробашмак цементируемой колонны работает следующим образом.

Прокачиваемый по обсадной колонне цементный раствор поступает в сопло 18 тангенциального входного канала 17, и сформированная высоконапорная струя ударяет о зубья колеса 8, в результате чего происходит диспергация частиц цемента и вращение колеса 8. Вращающийся поток раствора в цилиндрической полости 6 смещается в сторону выходного осевого канала 21 и эксцентричного отверстия 15, в результате чего дебаланс пластинчатым кругом 11 прижимается к диску 7. Попеременное открытие-закрытие эксцентричного отверстия 15 дебалансом 10,11 приводит к пульсации давлений в жидкости и поперечной вибрации низа обсадной колонны из-за реактивной силы истечения прерывистого потока из бокового отверстия 16 корпуса 1.

В результате одновременного скачка давления и нахождения дебаланса /пластинчатого круга 11/ в нижней части цилиндрической полости 6 происходит также и удлинение обсадной колонны, после чего она сжимается до устойчивого растянутого состояния. Гидравлические импульсы давления распространяются на десятки метров от вибробашмака, что из-за турбулизации потока улучшает в этой зоне кольцевого пространства скважины вытеснение бурового раствора тампонажным и отмыв глинистой корки со стенок скважины. Усиленная продольная и поперечная вибрация низа обсадной колонны способствует лучшему отмыву бурового раствора с наружной поверхности обсадной колонны. Кроме того, улучшению отмыва поверхности обсадной колонны от бурового раствора способствует и то обстоятельство, что при гидроударе прерывистой струи, истекающей из эксцентричного отверстия 15, о внутреннюю поверхность корпуса 1 периодически генерируются акустическое поле, распространяемое по корпусу 1 к муфте 26 и далее по обсадной колонне. При забивке сопла 18 или создании чрезмерно высоких импульсов давления предохранительные пробки 22 выбиваются и через созданные отверстия весь цементный раствор или его часть направляется сразу в кольцевое пространство, в последнем случае вибробашмак продолжает работу, только на пониженных режимах. Из-за большого зазора между стенками цилиндрической полости 6 и зубьями колеса 8, а также ввиду заранее нерегулируемого зазора между эксцентричным пластинчатым кругом 11 и диском 7 вероятности подклинки и остановки работы вибробашмака полностью существенно снижены.

Таким образом, предлагаемый вибробашмак цементируемой колонны отличается простой и надежной конструкцией легко изготовляемой, причем из разбуриваемых материалов, одновременно обеспечивает высокое качество цементирования обсадной колонны за счет активации всего проходящего цементного раствора, что влечет повышение прочности и снижение проницаемости формирующегося цементного камня, и, в особенности, низа обсадной колонны за счет улучшения сцепления в контактных зонах "обсадная колонна цементный камень горная порода".

Формула изобретения

Вибробашмак цементируемой колонны, включающий полый корпус с боковыми отверстиями, присоединительной резьбой и предохранительным клапаном, цилиндр из легкоразбуриваемого материала с полостью, входным каналом, сообщающим полость корпуса с полостью цилиндра и выходным осевым каналом, сообщающим полость цилиндра с внешним пространством, зубчатое колесо из легкоразбуриваемого материала на легкоразбуриваемом валу, размещенное в полости, сопло из легкоразбуриваемого материала, помещенное во входном канале и ориентированное в область делительного диаметра зубчатого колеса, и направляющую пробку, отличающийся тем, что цилиндр выполнен с карманом и полостью в виде цилиндрической полости, которая перекрыта диском, имеющим карман и эксцентричное отверстие, а вал зубчатого колеса выполнен с дебалансом в виде втулки с эксцентричным пластинчатым кругом и установлен по оси цилиндрической полости в карманах цилиндра и диска с возможностью открытия-закрытия пластинчатым кругом эксцентричного отверстия, при этом входной канал выполнен тангенциальным по отношению к цилиндрической полости, а боковое отверстие корпуса выполнено со стороны диска по оси цилиндрической полости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6