Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к бурению глубоких скважин на воду, нефть и газ, в частности к повышению герметичности и прочности стенок скважины в проницаемых породах.

Известно устройство для сооружения скважин (1), содержащее корпус с центральным каналом, с двумя рядами лопастей центратора, разнесенными по высоте на длину, равную диаметру долота, с двумя насадками одинакового диаметра, оси которых пересекаются под углом 90°, и имеющими гидравлическую связь с центральным каналом корпуса, гидромониторное долото, установленное под корпусом.

Недостатком известного устройства является то, что конструкция устройства не позволяет избежать изменения функций струй за один оборот от повышения герметичности и прочности до разрушения проницаемых пород. При применении такого устройства в реальных условиях бурения обнаружены следы контакта торцов насадок со стенкой скважины. Кроме того, в известном техническом решении никак не связывается наличие гидромониторного долота, установленного под корпусом, с работой устройства для сооружения скважин.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для сооружения скважин (2), содержащее корпус с центральным каналом, с двумя рядами лопастей центратора, разнесенными по высоте на длину, равную диаметру долота, с двумя одинакового диаметра насадками, оси которых пересекаются под углом 90°С, и имеющими гидравлическую связь с центральным каналом корпуса, гидромониторное долото, установленное под корпусом. Лопасти центратора совмещены с лапами долота. Насадки расположены в лопастях центратора в одной плоскости, перпендикулярной оси центрального канала. Точка пересечения осей насадок расположена внутри окружности, описанной около лопастей центратора на расстоянии l≥r_н/sin(α/2), где l - расстояние от точки пересечения осей насадок до окружности, мм; r_н - радиус насадки, мм; α - угол пересечения осей насадок, град., а промывочный канал в долоте напротив насадок устройства заглушен.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что при применении устройства с диаметром описанной окружности вокруг лопастей, равным диаметру гидромониторного долота с точкой пересечения осей насадок е≥r_н/sin(α/2) происходит изменение функций струй вплоть до эрозионного износа стенки скважины.

Кроме того, воздействие гидродинамического поля, генерируемого пересекающимися струями, ограничено пространством между лопастями центратора. Следовательно, такое выполнение устройства не позволяет избежать изменения кратности воздействия на твердые частицы бурового раствора.

Технической задачей изобретения является создание надежного в работе устройства, позволяющего обеспечить непроницаемый экран внутри скелета породы.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для сооружения скважин, содержащем корпус с центральным каналом, центратор, лопасти которого совмещены с лапами долота, две одинакового диаметра насадки, расположенные в центрирующих лопастях в одной плоскости, перпендикулярной оси центрального канала, и имеющие с ним гидравлическую связь, оси насадок пересекаются под углом 90°, гидромониторное долото, установленное под корпусом, согласно изобретению в центрирующих лопастях корпуса по их наружному диаметру на уровне расположения насадок относительно продольной оси корпуса выполнены кольцевые канавки, точка пересечения осей насадок расположена внутри окружности, равной диаметру гидромониторного долота, на расстоянии 2d_н от нее, а расстояние от торца насадок до точки пересечения осей насадок равно 4-5d_н.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что

- снабжение устройства кольцевыми каналами, выполненными по наружному диаметру центрирующих лопастей корпуса на уровне расположения насадок относительно продольной оси корпуса позволяет обеспечить гидродинамическое воздействие на твердые частицы не только в пространстве, ограниченном центрирующими лопастями, но и в пространстве между кольцевыми каналами в лопастях и стенкой скважины, что повышает надежность работы устройства;

- расположение точек пересечения осей насадок внутри окружности, равной диаметру гидромониторного долота, на расстоянии 2d_н от нее, а расстояние от торца насадок до точек пересечения осей насадок, равное 4-5d_н, позволяет предотвратить эрозионное воздействие высокоскоростных струй бурового раствора на стенку скважины и обеспечить эффективность гидродинамического воздействия на твердые частицы бурового раствора, вводимые в поры и каналы проницаемых пород для создания низкопроницаемого экрана внутри скелета породы.

Введение новых признаков в заявляемое устройство сооружения скважин, ведущих к повышению надежности работы устройства, позволяющего создать непроницаемый экран внутри скелета породы, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство в исходном положении, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема расположения насадок на фиг.2.

Устройство состоит из корпуса 1 с центральным каналом 2 и центрирующими лопастями 3, двух одинакового диаметра насадок 4, оси которых пересекаются под углом 90°, имеющих гидравлическую связь с центральным каналом 2, гидромониторного долота 5, установленного под корпусом 1 так, что центрирующие лопасти 3 совмещены с лапами 6 долота 5.

Насадки 4 расположены в центрирующих лопастях 3 в одной плоскости, перпендикулярной оси центрального канала 2. Точка пересечения осей О насадок 4 расположена внутри окружности, равной диаметру гидромониторного долота 5, на расстоянии 2d_н от нее, а расстояние от торца насадок 4 до точки пересечения осей О насадок 4 равно 4-5d_н, где d_н - диаметр отверстия насадки. Гидравлическая связь насадок 4 с центральным каналом 2 осуществляется каналами 7.

Центрирующие лопасти 3 снабжены кольцевыми канавками 8, выполненными по наружному диаметру центрирующих лопастей 3 корпуса 1 на уровне расположения насадок 4 относительно продольной оси корпуса 1.

Устройство работает следующим образом.

Устройство включается в состав компоновки низа бурильной колонны при любом способе бурения на гидромониторном долоте и спускается в скважину на заданную глубину.

Подбором площади сечения насадок гидромониторного долота 5 устанавливается заданный перепад давления на насадках 4 при определенной подаче бурового насоса, при этом часть потока бурового раствора из центрального канала 2 корпуса 1 по каналам 7 и насадкам 4 истекает в кольцевое пространство, образованное кольцевыми канавками 8 и стенкой скважины, и направлена на повышение герметичности и прочности проницаемых пород, остальная часть потока бурового раствора через насадки гидромониторного долота 5 - на очистку долота и забоя скважины. Центрирующие лопасти 3 корпуса 1 ограничивают поперечное смещение устройства при любой форме движения долота.

Так как насадки 4 вмонтированы в центрирующих лопастях 3 корпуса 1, фиксация точки пересечения осей О насадок 4 находится внутри окружности, равной диаметру гидромониторного долота 5, установленного под корпусом 1 на расстоянии, равном 2d_н от нее, причем расстояние от точки пересечения осей О до торца насадок 4 равно 4-5d_н, что исключает контакт струй в точке пересечения осей со стенкой скважины и позволяет предотвратить эрозионное воздействие высокоскоростных струй на стенку скважины.

Выполнение кольцевых канавок 8 по наружному диаметру центрирующих лопастей 3 корпуса 1 на уровне расположения насадок 4 относительно продольной оси корпуса 1 при вращении устройства позволяет обеспечить одновременное гидродинамическое воздействие на твердые частицы бурового раствора в кольцевом пространстве, образованном кольцевыми канавками 8 центрирующих лопастей 3 корпуса 1, что позволяет существенно повысить эффективность кольматации в целом.

Источники инфомации

1. Ипполитов В.В. Разработка технологий и технических средств для гидродинамической кольматации пластов различной проницаемости. Автореферат дисс. На соиск. уч. ст. к.т.н. - Уфа, 1992, с.16-18.

2. Патент РФ №2101455 С_1, кл. Е21В 10/18, бюл. №1 от 10.01.98.