Забойная буровая компоновка

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано в компоновках низа бурильной колонны, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин. Компоновка состоит из гидравлического забойного двигателя, включающего корпус и выходной полый вал, соединенный с долотом, и винтового героторного механизма. В нижней части корпуса двигателя размещены радиальные и упорные подшипники. Корпус винтового героторного механизма связан шарниром с ниппелем, установленным в нижней части корпуса забойного двигателя. Внутри героторного механизма размещен, по крайней мере, один модуль с внутренней винтовой поверхностью, а на наружной поверхности полого выходного вала забойного двигателя установлен, по меньшей мере, один модуль с наружной винтовой поверхностью, находящейся в зацеплении с указанным выше модулем. В корпусе героторного механизма выполнены радиальные отверстия, связывающие внутреннюю полость корпуса со скважиной. Обеспечивает повышение эффективности процесса бурения за счет снижения дифференциального давления на забой. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к техническим средствам и может быть использовано в компоновках низа бурильной колонны, применяемой при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известна забойная компоновка, состоящая из бурильной колонны с встроенным в нее струйным насосом, размещенным в области призабойной зоны ("Применение наддолотного эжекторного гидронасоса". С.В.Евстифеев, журнал "Бурение и нефть", №1, 2003 г., с.23.)

Данная компоновка обеспечивает снижение дифференциального давления на забое в процессе бурения, что значительно повышает эффективность разрушения горных пород.

Недостатком известного устройства является использование повышенного расхода промывочной жидкости, не отвечающего требованиям технологии бурения и расчетной характеристики забойного двигателя.

Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является забойная буровая компоновка, состоящая из гидравлического забойного двигателя, включающего корпус и выходной полый вал, соединенный с долотом, и винтового героторного механизма (см. SU №443156, Е21В 4/02, 1974 г.)

Такая компоновка обеспечивает разделение потока, выходящего из двигательной секции, с целью снижения дифференциального давления на забой. Однако при работе этого устройства осуществляется снижение давления на небольшую величину, что является существенным недостатком, ограничивающим его применение.

Задача изобретения - повышение эффективности процесса бурения за счет эффективного снижения дифференциального давления на забой.

Поставленная задача достигается за счет того, что забойная буровая компоновка, состоящая из гидравлического забойного двигателя, включающего корпус и выходной полый вал, соединенный с долотом, и винтового героторного механизма, имеет в нижней части корпуса гидравлического забойного двигателя радиальные и упорные подшипники, корпус винтового героторного механизма шарниром связан с ниппелем, установленным в нижней части корпуса забойного двигателя, при этом внутри героторного механизма размещен, по меньшей мере, один модуль с внутренней винтовой поверхностью, а на наружной поверхности полого выходного вала забойного двигателя установлен, по меньшей мере, один модуль с наружной винтовой поверхностью, находящейся в зацеплении с указанным выше модулем, причем в корпусе героторного механизма выполнены радиальные отверстия, связывающие внутреннюю полость корпуса со скважиной, кроме того, радиальные отверстия, связывающие внутреннюю полость корпуса со скважиной, выполнены выше модулей, установленных в корпусе героторного механизма, а внутри корпуса винтового героторного механизма размещены два винтовых модуля с разным направлением внутренних винтовых поверхностей, а на наружной поверхности выходного вала забойного двигателя установлены два модуля с разным направлением наружных винтовых поверхностей, причем радиальные отверстия, связывающие внутреннюю полость корпуса со скважиной, размещены между модулями, установленными в корпусе, кроме того, на корпусе героторного механизма установлены центраторы, причем наружный диаметр Д_ц и диаметр долота Д_д связаны соотношением:

Д_ц≤Д_д-2е, где е - эксцентриситет героторного механизма.

Снабжение компоновки героторным механизмом с модулями, выполняющим роль насоса, обеспечивает откачку жидкости с забоя и тем самым снижает дифференциальное давление в скважине.

Заявляемое устройство поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид забойной буровой компоновки;

на фиг.2 - разрез компоновки по А-А;

на фит.3 - забойная буровая компоновка с двумя винтовыми модулями.

Компоновка состоит из забойного двигателя 1, в нижней части которого размещены ралиально-упорные подшипники 2 и ниппель 3. Двигатель заканчивается удлиненным пустотелым выходным валом 4. На наружной поверхности вала 4 жестко установлен, по меньшей мере, один винтовой модуль 5 с наружной винтовой поверхностью, находящейся в зацеплении с модулем 6, закрепленным в корпусе 7 героторного механизма, расположенного ниже двигателя.

Корпус 7 связан с ниппелем 3 двигателя посредством трубчатого шарнирного соединения 8. В верхней части корпуса 7 выполнены радиальные отверстия 9, соединяющие внутреннюю полость героторного механизма со скважиной. На наружной поверхности корпуса 7 размещены центраторы 10. Выходной вал 4 соединен с долотом 11.

На фиг.3 изображена заявляемая компоновка, в которой установлены дополнительные модули 12, 13 в корпусе 7 героторного механизма и на выходном валу 4. Направление винтовых нарезок этих модулей противоположное направлению нарезок модулей 5 и 6.

Забойная буровая установка работает следующим образом.

При эксплуатации двигателя 1 его выходной вал помимо вращения долота 11 приводит во вращение винтовой модуль 5. Винтовые модули героторного механизма начинают работать в насосном режиме. Между модулями 5 и 6 образуются камеры, в них засасывается промывочная жидкость, находящаяся на забое, и создает перепад давления между входом и выходом, что приводит к снижению дифференциального давления на забое скважины.

Для обеспечения высоких перепадов в насосном модуле между ним и забойным двигателем устанавливается дополнительный героторный механизм (модули 12, 13), служащий в качестве сальникового устройства. Этот дополнительный героторный механизм имеет противоположное направление винтовых нарезок модулей.

Учитывая, что корпусы героторных механизмов и центраторы совершают планетарное движение, наружный диаметр центраторов Д_ц и диаметр долота Д_д связаны соотношением:

Д_ц≤Д_д-2е, где е - эксцентриситет героторного механизма.

1. Забойная буровая компоновка, состоящая из гидравлического забойного двигателя, включающего корпус и выходной полый вал, соединенный с долотом, и винтового героторного механизма, отличающаяся тем, что в нижней части корпуса гидравлического забойного двигателя размещены радиальные и упорные подшипники, корпус винтового героторного механизма шарниром связан с ниппелем, установленным в нижней части корпуса забойного двигателя, при этом внутри героторного механизма размещен, по меньшей мере, один модуль с внутренней винтовой поверхностью, а на наружной поверхности полого выходного вала забойного двигателя установлен, по меньшей мере, один модуль с наружной винтовой поверхностью, находящейся в зацеплении с указанным выше модулем, причем в корпусе героторного механизма выполнены радиальные отверстия, связывающие внутреннюю полость корпуса со скважиной.

2. Забойная компоновка по п.1, отличающаяся тем, что радиальные отверстия, связывающие внутреннюю полость корпуса со скважиной, выполнены выше модулей, установленных в корпусе героторного механизма.

3. Забойная компоновка по п.1, отличающаяся тем, что внутри корпуса винтового героторного механизма размещены два винтовых модуля с разным направлением внутренних винтовых поверхностей, а на наружной поверхности выходного вала забойного двигателя установлены два модуля с разным направлением наружных винтовых поверхностей, причем радиальные отверстия, связывающие внутреннюю полость корпуса со скважиной, размещены между модулями, установленными в корпусе.

4. Забойная компоновка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на корпусе героторного механизма установлены центраторы, причем наружный диаметр Д_ц и диаметр долота Д_д связаны соотношением:

Д_ц≤Д_д-2е,

где е - эксцентриситет героторного механизма.