Сигналізатор падіння рівня рідини в свердловині

Винахід стосується галузі буріння свердловин, а саме технічних засобів для оперативного контролю рівня рідини у свердловинах, і може бути застосований при бурінні свердловин з зонами поглинання промивальної рідини. Відомий перепускний клапан (А. с. СРСР № 1469094 кл. Е21В 21/10, 1989), який включає корпус із радіальними отворами з виступами, між якими встановлені пружний елемент і тарілка з осьовим каналом і ущільненнями по робочій та боковій поверхням, а також сідло під тарілку. Пристрій застосовується для перепускання рідини з бурильної колони в свердловину при промиванні свердловини. При цьому по показанням манометра бурового насоса можна судити про величину рівня промивальної рідини у свердловині в тих випадках, коли при промивці рідина не виходить на поверхню (при бурінні свердловини у зонах поглинання). Цей пристрій має наступні недоліки. Для контролю рівня рідини в свердловині за допомогою цього пристрою потрібно піднімати буровий снаряд над вибоєм свердловини. Таким чином, при раптовому падінні рівня рідини в свердловині при розкритті зони поглинання неможливо проконтролювати його початок, що може привести до аварії. Крім того, в випадках, коли рівень промивальної рідини в свердловині значно менший, ніж її глибина (наприклад, при бурінні в зонах поглинання рідини, обумовлених наявністю старих гірничих виробок), рух рідини в бурильних трубах і свердловині фактично здійснюється за рахунок перепаду тиску, обумовленого різницею висот стовпів рідини в бурильних трубах і свердловині. У такій ситуації показання манометра бурового насоса будуть настільки малі, що по їхньому зменшенню не можна судити про зниження рівня в свердловині при поглинанні. У цьому разі також не можна оперативно зреагувати на раптове падіння рівня рідини в свердловині при розкритті зони поглинання, що може привести до аварії. Найбільш близьким аналогом до винаходу, що заявляється, є сигналізатор падіння рівня рідини в свердловині (Филимоненко Н.Т., Поцепаев В.В., Курдюков Д.В. Результаты теоретического обоснования способа контроля динамики столба жидкости при бурении скважины / Збірник наукових праць ДонДТУ. Серія гірничогеологічна. Випуск 11.- Донецьк: ДонДТУ, 2000. - С. 28-29), який містить корпус з осьовим каналом, обвідним каналом, з'єднаним з порожнинами бурильних труб, установлених над і під сигналізатором, і камерою, зв'язаною зі свердловиною радіальними каналами і з'єднаною з осьовим каналом, клапан, встановлений у камері під осьовим каналом, калібровану втулку, розміщену в осьовому каналі, і нагнітальний клапан в обвідному каналі. Сигналізатор включається до складу бурового снаряда. Він з'єднується з бурильними трубами і спускається в свердловину, де встановлюється нижче рівня рідини у свердловині. У процесі буріння промивна рідина перетікає через сигналізатор по обвідному каналу і через нагнітальний клапан. Клапан у камері знаходиться у верхньому положенні за рахунок тиску на нього із боку камери, який обумовлений висотою стовпа рідини у свердловині. Для цього площа перетину клапана і отвору каліброваної втулки, а також глибина установки сигналізатора під рівень рідини в свердловині підбираються таким чином, що зусилля, яке діє на клапан з боку камери, перевищує зусилля, яке діє на нього зверху зі сторони каліброваної втулки. Коли рівень рідини в свердловині знижується, тоді падає тиск у камері, з'єднаної зі свердловиною радіальними каналами. Тоді клапан за рахунок тиску в бурильних трубах над сигналізатором відкривається, і рідина перетікає в свердловину. У цей момент тиск у бурильних трубах над сигналізатором падає і за показниками манометра можна зробити висновок про падіння рівня рідини в свердловині. Ознаки найближчого аналогу, які збігаються з ознаками винаходу, що заявляється: корпус з осьовим каналом, обвідним каналом для зв'язку порожнин бурильних труб, установлених над і під сигналізатором, і камерою, зв'язаною зі свердловиною радіальними каналами, клапан і калібрована втулка. Цей пристрій має наступний недолік. В випадках, коли рівень промивальної рідини в свердловині значно менший, ніж її глибина (наприклад, при бурінні в зонах поглинання рідини, обумовлених наявністю старих гірничих виробок), рух рідини в бурильних трубах і свердловині фактично здійснюється за рахунок перепаду тиску, обумовленого різницею висот стовпів рідини в бурильних трубах і свердловині. У такій ситуації показання манометра бурового насоса настільки малі, що по їхньому зменшенню не можна судити про зниження рівня в свердловині при поглинанні. У цьому разі також не можна оперативно зреагувати на раптове падіння рівня рідини в свердловині при розкритті зони поглинання, що може привести до аварії. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення сигналізатора падіння рівня рідини в свердловині, у якому за рахунок перекриття потоку рідини в бурильних трубах при падінні рівня рідини у свердловині, досягається контроль рівня рідини у свердловині при бурінні у зонах поглинання. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому сигналізаторі падіння рівня рідини в свердловині, який містить корпус з осьовим каналом, обвідним каналом для зв'язку порожнин бурильних труб, установлених над і під сигналізатором, і камерою, зв'язаною зі свердловиною радіальними каналами, клапан і калібровану втулку, відповідно до винаходу, клапан установлений над осьовим каналом корпуса, під хвостовиком клапана, розміщеним в осьовому каналі і камері корпуса, встановлений пружний елемент, при цьому калібрована втулка встановлена в клапані, який виконаний з можливістю перекриття обвідного каналу каліброваною втулкою. Установка каліброваної втулки в клапані забезпечує можливість перекриття обвідного каналу каліброваною втулкою при зміні положення клапана. Це дозволяє підвищити тиск в бурильних трубах над сигналізатором при зміні положення клапана, що може спостерігатися на манометрі бурового насосу і буде сигналом про падіння рівня рідини у свердловині. Установка клапана над осьовим каналом корпуса забезпечує розміщення його хвостовика в осьовому каналі і камері корпуса і можливість перекриття обвідного каналу в корпусі каліброваною втулкою, встановленою в клапані. Розміщення хвостовика клапана в осьовому каналі і камері корпуса і установка пружного елемента під хвостовиком клапана дозволяє забезпечити фіксацію клапана у вихідному положенні при заданих значеннях тиску рідини в бурильних трубах над сигналізатором і рівня рідини у свердловині, а також зміну його положення при падінні рівня рідини у свердловині, коли знижується зусилля, яке діє на клапан зі сторони камери. Зазначені ознаки складають суть винаходу, тому що є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату — забезпечення контролю рівня рідини у свердловині при бурінні у зонах поглинання за рахунок перекриття потоку рідини в бурильних трубах при падінні рівня рідини у свердловині. Суть винаходу пояснюється рисунком, де на фіг. 1 показаний загальний вид сигналізатора, на фіг. 2 - схема роботи сигналізатора у складі бурового снаряда при бурінні свердловини, на фіг. 3 - схема роботи сигналізатора при падінні рівня рідини у свердловині. До складу сигналізатора падіння рівня рідини у свердловині входить корпус 1 з камерою 2, який з'єднаний з бурильними трубами 3 верхнім і нижнім перевідниками 4 і 5. Камера 2 зв'язана зі свердловиною радіальними каналами 6. У корпусі 1 над осьовим каналом встановлено клапан 7 із встановленою в ньому каліброваною втулкою 8 і хвостовиком 9, розміщеним в осьовому каналі корпуса 1 і камері 2. У корпусі виконано обвідний канал 10 для зв'язку порожнин бурильних труб 3, установлених над і під сигналізатором, при цьому клапан 7 виконаний з можливістю перекриття обвідного каналу 10 каліброваною втулкою 8. У камері 2 під хвостовиком 9 клапана 7 встановлено пружний елемент 11. Хвостовик 9 ущільнений манжетою 12. Пристрій працює таким чином. Сигналізатор включається до складу бурового снаряда. Він з'єднується з бурильними трубами 3 за допомогою перевідників 4, 5 і спускається в свердловину, де встановлюється нижче рівня рідини у свердловині. У процесі буріння промивна рідина перетікає через сигналізатор по обвідному каналу 10. Камера 2 при цьому відокремлюється від потоку рідини, яка подається в обвідний канал 10, манжетою 12. Клапан 7 знаходиться у верхньому положенні за рахунок тиску на його хвостовик 9 із боку камери 2 і сили попереднього натягу пружини 11. Для цього площа перетину хвостовика 9, параметри пружини 11 і глибина установки сигналізатора під рівень рідини в свердловині, яка обумовлює тиск рідини в камері 2, підбираються таким чином, що зусилля, яке діє на клапан 7 з боку камери 2, перевищує зусилля, обумовлене тиском у бурильних трубах 3, яке діє на нього зверху. Коли рівень рідини в свердловині знижується, тоді падає тиск у камері 2, зв'язаної зі свердловиною радіальними каналами 6. Тоді клапан 7 за рахунок тиску в бурильних трубах 3 над сигналізатором закривається, і рідина в корпусі 1 перетікає в обвідний канал 10 через калібровану втулку 8, встановлену у клапані 7, яка створює додатковий опір плину рідини. У цей момент тиск у бурильних трубах 3 над сигналізатором зростає і за показниками манометра можна зробити висновок про падіння рівня рідини в свердловині. Застосування запропонованого винаходу дозволяє контролювати рівень рідини у свердловині при бурінні у зонах поглинання за рахунок перекриття потоку рідини в бурильних трубах при падінні рівня рідини у свердловині.