Результат интеллектуальной деятельности: Наддолотный калибратор

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно - к калибраторам, используемым для калибровки и уменьшения отклонения ствола скважины, в особенности при бурении горизонтальных и наклонно-направленных скважин.

Известен калибратор, включающий полый цилиндрический корпус с лопастями на наружной поверхности, армированными износостойкими вставками (см. справочник Масленников И.К. Буровой инструмент, Москва, Недра, 1989 г, стр. 335-336)

К недостаткам данного калибратора следует отнести низкую эффективность, связанную с некачественной очисткой забоя от шлама.

Наиболее близким к предложенному по достигаемому результату и технической сущности является наддолотный калибратор, включающий полый цилиндрический корпус с лопастями на наружной поверхности, армированными износостойкими вставками.

Основным недостатком прототипа является малая скорость бурения и проходка на инструмент, особенно при бурении наклонных и горизонтальных скважин.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение работоспособности наддолотного калибратора за счет оснащения его эжекционной системой очистки скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что в наддолотном калибраторе, содержащем полый корпус, центральный промывочный канал и рабочие лопасти, армированные твердосплавными вставками, согласно изобретению на наружной поверхности корпуса выполнены чередующиеся через одну длинные и укороченные лопасти, при этом нижние поверхности всех лопастей установлены на одном уровне, а верхние поверхности длинных лопастей находятся выше верхних поверхностей укороченных лопастей, причем в каждой укороченной лопасти размещены цилиндрические внутренние каналы, горизонтальный внутренний канал, идущий от центрального промывочного канала по радиусу и переходящий в направленный вверх вертикальный внутренний канал, выходящий на верхней поверхности укороченной лопасти. При этом на выходе из вертикального внутреннего канала установлена эжекционная насадка, образующая после себя эжекционную камеру между стенками скважины, корпусом наддолотного калибратора и стенками двух смежных длинных лопастей. Достижению указанного технического результата способствует также и выбор соотношения между диаметрами отверстий цилиндрических каналов эжекционной системы для очистки скважины. Это соотношение диаметров радиальных и вертикальных осевых каналов 10 и 8 составляет d₁=(1,1÷1,5)d₂.

Данное соотношение внутренних диаметров входящего 10 и выходящего 8 каналов обеспечивает предварительное поджатие и ускорение струи промывочной жидкости перед входом в эжекционную насадку 7, обеспечивая, тем самым требуемую скорость потока, исходящего из эжекционной насадки 7.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлен общий вид наддолотного калибратора в продольном разрезе, на фиг. 2 - общий вид корпуса наддолотного калибратора, на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - продольное сечение эжекционных каналов вид. 1 на фиг. 1 и на фиг. 5 - поперечное сечение эжекционной камеры.

Предложенный наддолотнтый калибратор включает полый корпус 16 с выполненными в нем выходными 8 и входными 10 эжекционными каналами. Для создания герметизации канала 10 используется специальная заглушка 9. На наружной поверхности корпуса 16 выполнены чередующимися через одну длинные и укороченные лопасти 12, армированные породоразрушающими элементами 11. В укороченных лопастях 12 размещены эжекционные каналы 10 и 8. На выходе вертикальных эжекционных каналов 8 установлены эжекционные насадки 7. При этом, как установлено экспериментальным путем, оптимальное соотношение между диаметрами отверстий горизонтальных и вертикальных цилиндрических каналов 10 и 8 составляет d₁=(1,1÷1,5)d₂. Данное соотношение внутренних диаметров входящего 10 и выходящего 8 каналов обеспечивает предварительное поджатие и ускорение струи промывочной жидкости перед входом в эжекционную насадку 7, обеспечивая, тем самым требуемую скорость потока, исходящего из эжекционной насадки 7.

Принцип работы наддолотного калибратора сводится к следующему. При осуществлении вращения колонны бурильных труб с закрепленным на них буровым долотом 1, его шарошки 4, вращаясь на цапфах 3 лап 2 перемещаются по забою и своим зубчатым вооружением 5 под действием крутящего момента и вертикальной нагрузки на инструмент, разбуривают породу забоя, одновременно осуществляя калибрование стенки скважины. В свою очередь промывочная жидкость, которая прокачивается через внутреннее пространство колонны бурильных труб и инструмента 17, эвакуирует шлам из зоны работы долота.

Для интенсификации процесса очистки инструмента и всей призабойной зоны в целом непосредственно над долотом устанавливается наддолотный калибратор. Промывочная жидкость, проходя сквозь внутреннее пространство наддолотного калибратора 13 достигает подпорной насадки 6, которая создает определенное гидравлическое сопротивление и соответственно давление во внутренней зоне наддолотного калибратора, заставляющего промывочную жидкость двигаться во входной 10 и далее выходной 8 эжекционные каналы. Далее промывочная жидкость через эжекционную насадку 7 попадает в эжекционную камеру, образованную стенками скважины, корпусом наддолотного калибратора и его двух смежных длинных лопастей 12. В этой зоне протоки промывочной жидкости, исходящие из эжекционных насадок 7, смешиваются с более медленными восходящими потоками промывочной жидкости, обогащенной разрушенной породой, поднимающейся с поверхности забоя скважины сквозь межлопастные пространства 14. В результате этого взаимодействия потоков возникает общий эжектированный поток, обладающий значительно большей скоростью и подъемной силой нежели восходящий с забоя. Помимо этого, в призабойной зоне создается относительное разряжение, которое не только способствует улучшению очистки призабойной зоны, но и к вскрытию массива разбуриваемой породы за счет уменьшения дифференциального давления на забой. Все это снижает энергоемкость процесса разрушения породы и тем самым повышает скорость бурения и проходку на долото.