Шарошечное гидромониторное долото

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к буровому инструменту для механического разрушения горных пород. Долото содержит корпус, соединенные с ним лапы, установленные на них шарошки и насадки, оси которых направлены на забой скважины. При этом ось выходного отверстия одной из насадок направлена под острым углом к стенке ствола скважины, причем длина затопленной струи от выходного отверстия упомянутой насадки до соприкосновения со стенкой скважины выбрана из равенства L = (5- 6)•d_н, где L - длина затопленной струи, мм; d_н - диаметр выходного отверстия, мм. Обеспечивается эффективное закупоривание в приствольной зоне каналов проницаемого пласта, вскрытого бурением. 2 ил.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам, применяемым для гидроструйного воздействия на призабойную зону в процессе механического разрушения горных пород.

Известен буровой снаряд (см. а.с. СССР N 1810465, 5 Мкл. E 21 В 10/18, опубликов. в Б.И. N 15, 1993 г.), содержащий полый корпус с боковым каналом, шарошечное долото, и насадку, и промывочный патрубок. Насадка установлена на боковой поверхности промывочного патрубка и расположена под углом к вертикальной оси от корпуса и соосно с боковым каналом последнего.

При работе долота очистка забоя от шлама осуществляется по традиционной схеме.

Благодаря наличию насадки в промывочном патрубке создается эффект эжекции, способствующий повышению эффективности очистки забоя скважины от шлама.

Известно также шарошечное долото (см. а.с. N 1714072, 5 Мкл. E 21 В 10/18, опубл. в Б. И. N 7, 1992 г.), содержащее корпус, соединенные с ним лапы, установленные на них шарошки и боковые насадки. При этом оси боковых насадок направлены на пересечение с окружностью, описывающей калибрующие поверхности шарошек радиусом, равным радиусу долота.

Согласно изобретению гидродинамическое воздействие на линию калибровки ствола скважины приводит к размыву породы за счет касательных напряжений, возникающих от действия поперечного потока, образующегося при встрече струи с забоем. Это способствует по утверждению авторов изобретения к повышению показателей работы долота в целом (проходка, механическая скорость бурения).

Известное шарошечное долото по технической сущности и достигаемому результату более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Не умаляя достоинств каждого из известных долот отметим, что в силу своих конструктивных особенностей они обладают низкой эффективностью в части закупорки каналов вскрытого бурением проницаемого пласта. Кроме того, при этом не предотвращается сужение диаметра ствола скважины из-за срабатывания наружного (калибрующего) венца шарошек долота. В результате часты различные осложнения - расширка суженного участка ствола при спуске нового долота, прихват долота, слом инструмента.

Задачей настоящего изобретения является создание шарошечного долота, обеспечивающего эффективно закупоривать в приствольной зоне каналы проницаемого пласта, вскрытого бурением, предотвращение сужения диаметра ствола скважины при сохранении всех полезных качеств, присущих известным долотам.

Поставленная задача решается описываемым шарошечным долотом, включающим корпус, соединенные с ним лапы, установленные на них шарошки и боковые насадки.

Новым является то, что ось выходного отверстия одной из насадок направлена под острым углом к стенке ствола скважины, при этом длина затопленной струи от выходного отверстия упомянутой насадки до соприкосновения со стенкой скважины выбрана из равенства L=(5-6)•d_н, где L - длина затопленной струи, мм; d_н - диаметр выходного отверстия насадки, мм.

Патентные исследования, проведенные по патентному фонду, а также научно-технической библиотеке института "ТатНИПИнефть" ретроспективностью в 20 лет, показали, что шарошечные долота, охарактеризованные такой совокупностью существенных признаков как у предлагаемого, отсутствуют. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает новизной и отвечает критерию изобретательский уровень, а его промышленная применимость подтверждается полным его описанием.

Приведенные фиг. 1 и 2 поясняют суть изобретения, где на фиг. 1 изображено предлагаемое шарошечное гидромониторное долото в общем виде. На фиг. 2 - одна из насадок шарошечного гидромониторного долота, ось выходного отверстия которой направлена под острым углом к оси корпуса долота, следовательно, и к стенке ствола скважины.

Заявляемое долото содержит корпус 1 (см. фиг. 1), соединенные с ним лапы 2 с установленными шарошками 3 и насадками. Проходной канал 4 одной из насадок 5 выполнен изогнутым (см. фиг. 2) так, что ось выходного отверстия с диаметром d_н направлена под острым углом к стенке ствола скважины 6, т.е. расположена наклонно под острым углом к оси корпуса 1 долота. При таком выполнении проходного канала насадки 5 истекающая из нее струя направляется к стенке 6 ствола скважины под некоторым углом α к центральной оси скважины 6. Этот угол α определяется с учетом длины L затопленной струи, которая равна (5-6)•d_н, где d_н - выходное отверстие насадки 5, т.е. L=(5-6)•d_н. На этой длине затопления струя характеризуется постоянством диаметра ядра и обладает наибольшей гидравлической энергией.

Работа шарошечного долота заключается в следующем. В процессе вращения долота под осевой нагрузкой зубья шарошек 3 разрушают горную породу.

При этом часть бурового раствора через боковые насадки направляется на забой скважины, а другая часть - боковую насадку 5 с наклонным проходным каналом - в заколонное пространство под углом вниз к стенке ствола скважины со скоростью 70 - 100 м/с. Струя жидкости, истекающая из этой насадки под большим напором, затопленная в восходящем потоке бурового раствора, у стенки скважины создает пульсирующее волновое поле, направляя твердые частицы бурового раствора в поры и трещины проницаемого пласта. Так происходит кольматация проницаемого пласта в приствольной зоне. Существенным при этом является то, что кольматация пласта осуществляется непосредственно по мере вскрытия пласта бурением, при котором одновременно достигается и другой эффект - исключается образование глинистой корки, приводящей к сужению ствола скважины. При необходимости расширения ствола скважины с достижением того же эффекта насадку 5 заменяют на другую насадку с выходным отверстием, направленным под прямым углом к стенке скважины. В обоих случаях положительным является и то, что струи, исходящие из таких насадок на забое, создают вихреобразный поток промывочной жидкости, улучшая качество промывки забоя, следовательно, и показатели работы долота.

Аналогично поступают при необходимости создания эффекта эжекции, направив выходное отверстие одной из насадок вверх под углом к стенке скважины, при котором исключается сальникообразование, поршневание при подъеме инструмента, улучшается очистка забоя от выбуренной породы. Технико- экономическое преимущество предложения заключается в следующем.

При использовании предлагаемого долота исключаются ряд осложнений при бурении скважины (уход промывочной жидкости в пласт, прихваты, затяжки бурового инструмента и т.д.), улучшаются показатели работы долота - проходка, механическая скорость бурения.

Широкое применение его на промыслах даст ощутимые экономические выгоды.

Формула изобретения

Шарошечное гидромониторное долото, содержащее корпус, соединенные с ним лапы, установленные на них шарошки и насадки, оси которых направлены на забой скважины, отличающееся тем, что ось выходного отверстия одной из насадок направлена под острым углом к стенке ствола скважины, при этом длина затопленной струи от выходного отверстия упомянутой насадки до соприкосновения со стенкой скважины выбрана из равенства L = (5 - 6) • d_н, где L - длина затопленной струи, мм; d_н - диаметр выходного отверстия, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2