Устройство для создания призабойной циркуляции промывочной жидкости

 

Союз Советских

Социалистических

Республим

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<111791915 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 240478 (21) 2607983/22-03 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Р1)М, К,.з

Е 21 В 21/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 30,12,80, Бюллетень HP 48

I (53) УДК 622.243. .133(088.8) Дата опубликования описания 30. 12. 80 (72) Автор изобретения

Н.Ф.Сидоров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ

ЦИРКУЛЯЦИИ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области бурения скважин с местной циркуляцией промывочной жидкости при наличии в скважине низких уровней жидкости и поглощений. 5

И. вестно устройство для бурения скважин с приэабойной циркуляцией промывочной жидкости, в котором применен поршневой дифференциальный насос, приводимый в действие гидра- 10 влическим погружным поршневым двигателем с клапанным распределителем подводимой с дневной поверхности воды по колонне бурильных труб, имеющий уплотнение в обсадных трубах Щ. 15

Это устройство имеет следующие недостатки: сложность конструкции, а следовательно, и ненадежность работы; трудность -..роведения спуско-подьемных операций при установке саль- 20 ников-слябов и применении двойных колонн; при возникновении в скважине осложнений не предоставляется возможным переход с обратной промывки на прямую без подъема бурильных 25 труб; при отказе работы гидродвигателя для его ремонта необходимо поднимать верхнюю часть буровой колонны; при наличии в скважине поглощений часть рабочей жидкости через 30 сальник-сваб попадает в скважину и там поглощается.

Известно также устройство для создания приэабойной циркуляции промывочной жидкости, включающее одинарную бурильную колонну, сальник-вертлюг и погружной насос, связанный через гибкую связь, например трос, с приводом на поверхности и содержащий цилиндр с всасывающими клапаном и выхлопным каналом и поршень с нагнетательным клапаном (2).

Недостатком известного устройства является то, что конструкции большинства станков для колонкового бурения не в состоянии обеспечить лебедкой рабочий ход поршня с помощью троса, так как работа лебедки и шпинделя станка одновременно исключена.

Применение других устройств для расхаживания поршня связано с введением дополнительного обсрудования и энергозатрат.

В случае возникновения осложнений в скважине невозможно применить прямую промывку, так как этому препятствует клапан погружного насоса.

Целью изобретения является обеспечение многократного перехода с об791915 ратной промывки на прямую без подьема бурильной колонны.

Укаэанная цель достигается тем, что поршень насоса выполнен дифференциальным с кольцевым выступом на боковой поверхности и имеет на нижнем торце тягу с гибкой связью для открытия всасывающего клапана при крайнем нижнем нерабочем положении поршня, а цИлиндр насоса имеет на внутренней поверхности кольцевой выступ, в ко- 1© тором выполнен выхлопной канал, и

Г-образный кронштейн, установленный ниже поршня, причем поршень установлен с возможностью взаимодействия н краЙнем нижнем нерабочем положении своим выступом с выступом цилиндра и перекрытия им выхлопного канала, а нагнетательным клапаном — с кронштейном цилиндра и воэможностью открытия его в этом положении, а также тем, что привод выполнен в виде Я(} установленного на сальнике-вертлюге гидравлического поршневого двигателя, с клапанно-дроссельным распределением рабочей жидкости и поршнем, соединенным с гибкой связью для при- р вода поршня насоса, причем клапан поршневого двигателя имеет дросселирующий канал, а подпоршневая полость

его сообщена с бурильной колонной.

На фиг. 1 изображено устройcòâo, в разрезе; на фиг. 2 — заглушка двигателя для перехода на прямую промывку.

Устройство состоит из нижней части колонны бурильных труб, поршневого дифференциального насоса ll верхней части ф бурильных труб, гидродвигателя iv, установленного на сальнике-вертлюге.

Нижняя часть 1 колонны бурильных труб на одном конце снабжена колон- 4Q коной трубой 1 с породоразрушающим инструментом, шламовой трубой 2 и шламопроводящей трубкой 3, на другом конце — переходником 4 погружного насоса Й

Поршневой дифференциальный насос

Й представляет собой цилиндрический корпус 5, внизу соединенный с переходником 4, а вверху — с переходником б. Внутри корпуса концентрично размещен подвижной шток-поршень 7, который уплотнен в кольцевом приливе 8 корпуса. Иток-поршень снабжен стержнем 9 меньшего сечения, заканчивающегося пикообразной головкой

10 и промывочными каналами 11. В 55 средней части шток-поршень снабжен наружным кольцевым приливом 12, а н нижней — клапаном 13. К торцу штокпоршня снизу приклеплена тяга 14, соединенная с одним концом гибкой щ связи 15, навешенной на свободно вращающийся ролик 16, ось которого скреплена с корпусом 5. Другой конец гибкой связи соединен с клапаном 17 насоса. 65

Корпус в средней части снабжен кольцевым приливом 18 с выхлопными промывочными каналами 19, а в нижней — Г-образным кронштейном 20, скрепленным с ним.

Верхняя часть в бурильных труб внизу соединена с переходником б, а вверху с квадратной (веду ей) штангой 21. Эта часть бурильных труб должна иметь проходное отверстие, позволяющее пропускать ловитель 22 через бурильные трубы. Такими трубами могут быть бурильные трубы с приваренными замками диаметром 63,5 и 73 мм, а также трубы, применяемые при бурении со съемными керноприемниками, которые обеспечивают движение лонителя через бурильную колонну.

Ловитель 22 нижним концом соединен с пикообразной головкой 10, а верхним — с гибкой связью (тросом)

23. Выше ловителя в створе троса установлено шарнирное соединение 24. Далее трос проходит через бурильные трубы, квадратную штангу 21, сальниковую свечу 25 и скрепляется с поршнем 26.

Трос ниже штанги 21 снабжен быстрораэъемным соединением 27.

Гидроднигатель ч скреплен с корпусом сальника-нертлюга 28. Гидродвигатель представляет собой цилиндрический корпус 29, внутри которого в кольцевом приливе 40 уплотнен шток 31, внизу заканчивающийся поршнем 26. Выше кольцевого прилива 30 корпус 29 снабжен клапаном 32, на который он опирается. Вверху тарельчатый клапан 32 заканчивается штоком 33, уплотненным в крышке 34 корпуса 29. Для подачи промывочной жидкости от цаземного насоса в гидродвигатель и последний снабжен шлангом 35,а для слива рабочей и откачиваемой жидкостей гидравлическая полость корпуса сальника-вертлюга 28 снабжена сливным шлангом 36, заканчивающимся дросселирующей насадкой 37 (или регулировочным краном для слива жидкости). В клапане 32 ныполнен дросселирующий канал 38. Устройство содержит также заглушку 39 для перехода на прямую промывку.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

При нагнетании воды поверхностным насосом через шланг 35 в верхнюю полость корпуса 29 гидродвигателя lv жидкость поступает через кольцевой зазор, образованный тарельчатым клапаном и верхним торцом штока 31, в его внутреннюю полость, затем н полость сальника-нертлюга 28, свечу

25, штангу 21, бурильные трубы ф . переходник б и заполняет верхнюю полость корпуса 5 насоса (выше кольцевого прилива 8). При этом прокачиваемая рабочая жидкость изливается через дросселирующий насадок 37. В по791915 кого удара в корпусе 29 клапан 32 снабжен дросселирующим каналом (байпасом) 38. Возвратно-поступательное движение поршня гидродвигателя передается шток-поршню 7 дифференциального насоса: вверх — давлением жидкости внутри корпуса гидродвигателя на разность площадей шток-поршня 7, уплотненного в кольцевом приливе 8, и поршня 26 гидродвигателя (за вычетом сечения штока 31) через гибкую связь 23; вниз — давлением жидкости на верхнюю часть шток-поршня 7, вытесняемой поршнем 26 из корпуса гидродвигателя lu через дросселирующую насадку 37.

При движении шток-поршня 7 вверх происходит всасывание жидкости из скважины в нижнюю полость корпуса насоса If через клапан 17 и нагнетание находящейся над поршнем жидкости через каналы 19 в скважину. При движении шток-поршня насоса вниз происходит также нагнетание жидкости через клапан 13, каналы 19 в скважину эа счет вытеснения верхней частью шток-поршня, погружающегося через кольцевой прилив 8 в среднюю часть (полость) корпуса насоса. Таким образом, обеспечивается непрерывная циркуляция промывочной жидкости в буровой скважине.

При необходимости создания прямой промывки приподнимают буровую ко40

d0

65 лости корпуса гидродвигателя ч соз-. дается давление, которое воздействует на клапан 32, перемещая его в верхнее положение давлением снизу. Поршень 26 гидродвигателя оказывается нагруженным давлением сверху на площадь кольцевого сечения штока 31 и снизу на площадь поршня 26. Создается подъемная сила, равная разности площадей штока и поршня.

Начинается подъем штока 26, происходящий до соприкосновения штока 31 с клапаном 32, при этом канал штока

31 перекрывается. В то же время происходит перераспределение действия усилий. Клапан 32, будучи прижат давлением к торцу штока 31, оказывается под действием усилия вниз, равного давлению внутри верхней части корпуса гидродвигателя tv на разность площадей штока 33 и тарельчатого клапана 32.

Действие усилия на клапан вверх прекращается. Шток 31 вместе с клапаном 32, получив нагрузку, действующую сверху, перемещаются вниз. При этом клапан проходит меньший путь, 25 так как он задерживается своими косынками на кольцевом приливе 30, а шток

31 вместе с поршнем 26 по инерции проходит больший путь. B момент отрыва клапана от торца штока клапан и поршень получают нагрузку снизу, перемещаются вверх, и цикл работы повторяется. Для уменьшения гидравличеслонну до выхода из устья скважины нижнего конца ведущей: штанги, ставят на кондуктор подкладную вилку для удержания буровой колонны и отсоединяют ведущую штангу. Затем в створе между ведущей трубой и верхней частью буровой колонны разъединяют гибкую связь на быстрораэъемном соединении

27 и в створ гибкой связи включают мерный тросик, после чего буровой снаряд соединяют с ведущей штангой и опускают на забой. Затем из корпуса

29 необходимо вывинтить крышку 34 вместе с штоком 33, и вместо крышки

34 ввинчивается в корпус 29 заглушка 39 (см. фиг. 2). При нагнетании жидкости грязевым насосом через шланг

35 шток-поршень 7 получает дополнительный ход вниз (за счет удлинения гибкой связи мерным тросиком), в результате чего в кольцевом приливе

8 образуется кольцевое сечение, через которое жидкость начинает поступать в верхнюю полость корпуса насоса а оттуда через каналы 11 во внутреннюю полость шток-поршня 7, но так как при перемещении шток-поршня вниз клапан 13 отрывается от своего посадочного места Г-образным кронштейном

20, а клапан 17 — тягой 14 через гибкую связь, соединяющую клапан и тягу, то жидкость из внутренней полости шток-поршня через открытые клапаны 13 и 17 поступает в переходник 4, а оттуда по колонне бурильных труб на забой скважины. Каналы 19 в это время перекрыты кольцевым приливом

12. При переходе вновь на обратную промывку все операции производятся в обратной последовательности, т.е. удаляются заглушка 39 и мерный тросик.

В случае наращивания бурильной колонны на место мерного тросика включается другой мерный тросик, равный длине наращиваемой трубы.

Спуско-подъемные операции осуществляются следующим образом.

Спуск буровой колонны вместе с погружным насосом производится обычным способом. По окончании ее спуска она удерживается на подкладной вилке, установленной на кондуктор обсадной трубы.

Затем в буровую колонну t0 опускается гибкая связь с захватом (ловителем)22, который соединяется с пикообраэной головкой 10, после чего верхний конец гибкой связи соединяют с ее отрезком, находящимся постоянно в ведущей штанге, при помощи быстросъемного соединения 27, и в заключение ведущую штангу соединяют с буровой колонной, устройство готово к работе.

Подъем буровой колонны и гибкой связи производится в обратной последовательности с одной лишь разницей, состоящей в том, что после отсоединения ведущей трубы(штанги) 21 от буро791915 ° вой колонны и отсоединения от гибкой связи 23 ее отрезка, находящегося в ведущей трубе, на гибкую связь 23 одевается освобождающая труба 40 и сбрасывается в буровую колонну, которая, освободив захват от пикообраэной головки, извлекается на поверхность вместе с гибкой связью и захватом. В дальнейшем приступают к извлечению всей буровой колонны в обычном порядке.

Наращивание буровой колонны произ- 1О водится в обычном порядке, причем одновременно с этим ироизводят наращивание гибкой связи мерным отрезком каната, снабженного на концах соединительным элементом. Этот отрезок дол-1$ жен быть равным длине наращиваемой трубы. Отрезок троса наращивают в створе быстроразъемного соединения 27.

Возможное несоответствие наращиваемого тросика длине наращиваемой трубы що на нормальной работе устройства не отражается, так как ход штока-поршня

7 и поршня 26 в любом случае будет постоянным, а клапан 13 удален от

Г-образного кронштейна 20 с учетом погрешностей, связанных с несоответствием наращиваемого тросика и штанги.

Для спуска и подъема гибкой связи

23 применяется лебедка, используемая при бурении скважин со съемными кер- 36 ноприемниками.

Применение устройства для создания приэабойной циркуляции промывочной жидкости выгодно отличает его от прототипа, так как создается возмож- 3S ность обеспечения беспрерывной призабойной циркуляции промывочной жидкости без потерь рабочей жидкости и многократного перехода в случае возникновения в скважине осложнений с обратной промывкой на прямую и наоборот беэ подъема буровой колонны иэ скважины.

Формула изобретения

1. Устройство для создания приза- 4 бойной циркуляции промывочной жидкости, включающее одинарную бурильную колонну, сальник-вертлюг и погружной насос, связанный через гибкую связь, например трос, с приводом на поверхности и содержащий цилиндр с всасывающим клапаном и выхлопным каналом и поршень с нагнетательным клапаном, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения многократного перехода с обратной промывки на прямую беэ подъема бурильной колонны, поршень насоса выполнен дифференциальным с кольцевым выступом на боковой поверхности и имеет на нижнем торце тягу с гибкой связью для открытия всасывающего клапана при крайнем нижнем нерабочем положении поршня, а цилиндр насоса имеет на внутренней поверхности кольцевой выступ, в котором выполнен выхлопной канал, и Г-образный кронштейн, установленный ниже поршня, причем поршень установлен с воэможностью взаимодействия в крайнем нижнем нерабочем положении своим выступом с выступом цилиндра и перекрытия им выхлопного канала, а нагнетательным клапаном — с кронштейном цилиндра и возможностью открытия его в этом положении.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что привод выполнен в виде установленного на сальнике-вертлюге гидравлического поршневого двигателя с клапанно-дроссельным распределением рабочей жид-. кости и поршнем, соединенным сегибкой связью для привода поршня насоса, причем клапан поршневого двигателя имеет дросселирующий канал, а поршневая полость его сообщена с бурильной колонной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 150803, кл. E 21/00, 1962.

2. Волков А.С. и Волокитенков А.A.

Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. М., "Недра", 1970, с. 110-112, рис. 44 (прототип).