Пристрій для буріння свердловин

Винахід стосується галузі буріння свердловин, а саме пристроїв, призначених для буріння вертикальних, похилих та горизонтальних свердловин вібраційно-обертовим способом. Відомий пристрій для буріння свердловин (Султанов Б.З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны. - М.: Недра, 1991. С.114 - 115), до складу якого входить струминний насос, розміщений в свердловині над долотом, який дозволяє покращити очищення вибою за рахунок інтенсифікації привибійної промивки без підвищення продуктивності бурового насоса. Недоліком даного пристрою є невисока ефективність буріння в породах високих категорій міцності, коли знижується швидкість руйнування гірської породи. Відомий також пристрій для буріння свердловин (Патент СССР №20001231, кл. E21B10/18, опубл. 1993; Паневник О.В., Чернобыльский А.Г. Промысловые испытания виброэжекционного снаряда. Нефтяная и газовая промышленность. Сер. "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море". - М.: ВНИИОЭНГ, 1993. - №11. - С.25 - 27), який містить долото, наддолотний перехідник з осьовими каналами і з розміщеним в його порожнині струминним насосом, встановлений в порожнині перехідника патрубок з розміщеним в ньому кульовим вібратором та рухоме з'єднання бурильної колони. Даний пристрій є недостатньо надійним внаслідок необхідності періодичної заміни деталей кульового вібратора. В місці контакту кулі вібратора з обмежувачем осьових переміщень утворюється сферичне заглиблення, в якому відбуваються коливання кулі. Замість здійснення осьових переміщень куля вібратора приймає участь в обертовому русі, внаслідок чого знижується динамічна дія пристрою на вибій. Задача винаходу полягає в підвищенні ефективності буріння свердловин за рахунок зростання механічної, швидкості проходки внаслідок інтенсифікації динамічної дії на гірську породу. В основу винаходу покладено завдання створити пристрій, який забезпечив би необхідну динамічну дію на вибій гірських порід. Задача вирішується таким чином. Обмежувач осьових переміщень виконаний у вигляді кулі, розміщеної в сферичній порожнині з можливістю обертання, діаметр якої менший діаметра ударної кулі вібратора, а сферична порожнина сполучається з каналом долота і каналом для підводу. промивальної рідини, причому відкрита частина сферичної порожнини обернена до ударної кулі вібратора. Виконання обмежувача осьових переміщень у вигляді кулі, розміщеної з можливістю обертання в різних площинах, сприяє тому, що досягається її рівномірне зношення і точковий контакт ударної кулі з обмежувачем осьових переміщень, внаслідок чого зростає ресурс деталей і ефективність роботи вібратора. На фіг.1 показана загальна схема пристрою; на фіг.2 - обмежувач осьових переміщень кулі вібратора. Пристрій складається (фіг.1)з наддолотного перехідника 1, в якому розміщені патрубок 2, ударна куля вібратора 3, обмежувач осьових переміщень 4 з кулею 5 і каналами для проходу рідини 6. Обмежувач осьових переміщень складається (фіг.2) з верхньої А і нижньої Б частин, що створюють сферичну порожнину, в якій розміщена куля Б. Для запобігання накопичення шламу в зазорі сферичної порожнини вона сполучається з каналом долота і каналом для підводу промивальної рідини, а її відкрита частина обернена до ударної кулі вібратора. Куля 5 розміщена в сферичній порожнині обмежувача осьових переміщень з можливістю обертання під дією ударів ударної кулі вібратора 3. Обертання кулі сприяє її рівномірному зношенню, а внаслідок точкового контакту з робочим органом вібратора забезпечується ефективна робота пристрою. Сферичний зазор між кулею 5 і деталями обмежувача осьових переміщень може заповнюватись густим мастилом. Наддолотний перехідник 1 нижньою частиною з'єднується з долотом 7, а верхня частина за допомогою перехідника 8 - з рухомим з'єднанням. Втулка 9 з'єднана з пристроєм і долотом 7, а перехідник 10 - з перехідником 11 і бурильною колоною 12. Верхня частина зовнішньої поверхні втулки 9 має зовнішній шестикутний переріз, а внутрішня поверхня втулки 10- внутрішній шестикутний переріз, внаслідок чого досягається передача обертового момента від бурильної колони 12 долоту 7 при збереженні можливості осьових відносних переміщень. Струминний насос пристрою складається з робочої насадки 13 і камери змішування з дифузором 14. Робочий потік надходить на робочу насадку 13 через отвір 15 в центральному патрубку 2. Приймальна камера 16 струминного насоса за допомогою каналів 17 з'єднана з наддолотним простором. Між струминним насосом і осьовими каналами 17 розміщений шламометалоуловлювач 18 (механічного, гідравлічного або магнітного типу), який затримує частинки металу, що утворюються на вибої. Змішаний потік, що виходить з дифузора 14 струминного насоса через отвір 19 попадає в затрубний простір. Пристрій спускають в свердловину на бурильних трубах 12. Пристрій працює таким чином. В центральному патрубку 2 відбувається поділ потоку, що надходить від бурового насоса. Основна частина потоку продовжує рухатись до вибою по патрубку 2, проходить ударну кулю вібратора 3 і долото 7 і через осьові канали 17 надходить в приймальну камеру 16 струминного насоса. Рух рідини в каналах 17 стає можливим за рахунок розрідження, що створюється в приймальній камері 16 при роботі струминного насоса. Після поділу потоку в центральному патрубку 2 менша його частина через вікно 15 надходить на робочу насадку 13 струминного насоса і далі через камеру змішування з дифузором 14 через вікно 19 виходить в затрубний простір 20. В приймальній камері 16 потік, що виходить з робочої насадки 13 з'єднується з потоком, що надходить від долота по осьових каналах 17. Під час руху потоку, що надходить з вибою свердловини в шламометалоуловлювачі 18 відбувається очищення бурового розчину від залишків металу. Після виходу потоку через отвір 19 в затрубний простір 20 відбувається його вторинний поділ. Частина потоку формує висхідний потік, а частина по кільцевому каналі 21 повертається на вибій і через осьові канали 17 надходить в приймальну камеру 16 струминного насоса. Під дією потоку, що виходить з центрального патрубка 2 ударна куля 3 вібратора здійснює бокові та повздовжні коливання, що приводить до змінного режиму роботи струминного насоса. Зміна витрат потоку в насадках долота 7, в каналах 17 і 21 приводить до виникнення пульсуючого режиму промивки, внаслідок чого підвищуються показники буріння. Рухоме з'єднання бурильної колони 12 забезпечує щільний контакт долота 7 з породою. Долото 7 притискається до вибою за рахунок сил тиску, що виникає внаслідок гідравлічних втрат в насадках долота. Рухоме з'єднання дозволяє передавати динамічне зусилля на долото при збереженні щільного контакта шарошок з вибоєм. Робота кульового вібратора супроводжується ударним контактом кулі 5 з ударною кулею 3, внаслідок чого здійснюється періодичне кутове зміщення кулі 5 в сферичній порожнині обмежувача осьових переміщень 4. Періодичне обертання кулі 5 сприяє збереженню ефективності роботи кульового вібратора. Техніко-економічна ефективність пристрою досягається за рахунок підвищення механічної швидкості буріння та проходки на долото при бурінні свердловин в породах підвищеної категорії міцності. При використанні пристрою для первинного розкриття продуктивних пластів за рахунок збереження проникності колекторів покращуються умови експлуатації свердловини.