щ
инструмент и оборудование
Осциллятор-турбулизатор для бурения нефтяных скважин
А.В. ЕРОМАСОВ,
первый заместитель начальника по производству - главный инженер
A. eromasof@yandex.ru
Нурлатское ПБР ООО «Бурение» ООО «УК «Татбурнефть»
Р.Р. РАХМАТУЛЛИН,
заместитель начальника цеха бурения
Advokatntk1988@mail.ru
Нурлатское ПБР ООО «Бурение» ООО «УК «Татбурнефть»
Предоставлена новая разработка скважинного осциллятора с перекидным клапаном который включен в компоновку низа бурильной колонны (КНБК), состоящей из долота, скважинного осциллятора, далее - стандартная компоновка.
OSCILLATORS-CEMENTER FOR OIL DRILLING
A. EROMASOV, R. RAKHMATULLIN, «Drilling» LLC. Nurlat drilling operations venture.
Article provided by new development downhole oscillator with rocker valve design, which is included in the layout of the bottom hole Assembly (BHA), consisting of bits, downhole oscillator, hereinafter - the standard layout.
Keywords: reduction of coefficient of friction, low-frequency longitudinal oscillations, borehole oscillator, bottom hole assembly, load, increase of rate of penetration, footage per bit
Одним из наиболее значимых факторов проводки нефтяных и газовых скважин являются механическая скорость и проходка на долото при бурении скважин. Общеизвестно, что механическая скорость - это один из основных факторов, влияющих на технико-экономические показатели бурения. Опыт проводки нефтяных и газовых скважин показывает, что с увеличением глубины бурения резко снижаются показатели работы долот. Основная причина здесь, по мнению большинства отечественных и зарубежных исследователей, - изменение забойных условий разрушения горных пород.
Под этим подразумевается влияние таких факторов, как наличие порового давления; пластового, дифференциального и общего гидростатического и гидродинамического давлений, а также механических свойств горных пород.Тем самым показатели работы долота (механическая скорость проходки и проходка на долото) коррели-руются с дифференциальным давлением на забое (с разностью между давлением со стороны скважины на забой и внутри-поровым (пластовым) давлением). Чем меньше эта разность, тем эффективнее разрушается порода долотом. Очевидно, дифференциальное давление на забое является комплексным гидродинамическим показателем, который значительно влияет на характер взаимодействия долота с породой на забое скважины.
При бурении многошарошечными долотами главной причиной загрязнения призабойной зоны пласта является уха-бообразность забоя скважины, т.е. периодическое сближение долота с забоем при грунтовых колебаниях. Эти колебания вызывают усталостное разрушение бурильного инструмента. Уменьшение уха-бообразности забоя скважины является одним из основных методов увеличения
скоростей проводки скважин, снижения аварийности бурения, а также эффективного повышения качества вскрытия продуктивных горизонтов.
Для борьбы с грунтовыми колебаниями применяются следующие методы:
- переход при вскрытии продуктивного горизонта на роторное бурение;
- уменьшение осевой нагрузки на долото;
- установка виброгасителей продольных, крутильных или поперечных колебаний нижней части бурильного инструмента.
В последние десятилетия для повышения скоростей бурения, а также для предупреждения аварийности элементов бурильной колонны путем снижения их усталостного разрушения широкое применение находят различные конструкции регуляторов колебаний колонны.
Известны различные конструкции виброусилителей: с трехлопастным гидроприводом, перекидным клапаном, регулируемой динамикой, гидравлическим усилителем.
IX
щ
W .........
Рис. 1. Схема скважинного осциллятора
A
инструмент и оборудование
щ
Рис. 2. Разрез А - А
Они имеют ряд недостатков: сложность клапанных или золотниковых узлов, наличие пружин в клапанных и возвратных узлах, что приводит к быстрому отказу вследствие недолговечности и сложности конструкции.
Известен забойный амортизатор, содержащий корпус с конусными выступами, шпиндель со сферическими выступами и рабочие элементы в виде пакетов металлических шариков.
К недостаткам устройства относится то, что большое количество рабочих элементов для гашения колебаний, выполненных в виде мелких металлических шариков, хаотично перемещающихся в образованной полости, будут взаимодействовать не только между собой, но и ударять по деталям устройства с тем большей силой, чем больше количество оборотов в процессе бурения. В результате возможна поломка устройства. Внушительное количество деталей, в частности, наличие тяжело нагруженной пружины, также снижает надежность системы.
Известен скважинный вибратор для бурения глубоких скважин [1]. Вибратор включает корпус, верхний переводник, установленный на оси балансир и седло с проходным отверстием. Корпус имеет выступ, а вибратор снабжен нижним переводником и установленной в корпусе калиброванной втулкой, которая опирается на выступ корпуса. Внутри калиброванной втулки размещен балансир, верхний торец которого выполнен в виде лопасти, а нижний - заодно с тарелкой для обеспечения периодического перекрытия проходного
При бурении многошарошечными долотами главной причиной загрязнения призабойной зоны пласта является ухабообразность забоя скважины, т.е. периодическое сближение долота с забоем при грунтовых колебаниях. Уменьшение ухабообразности забоя скважины является одним из основных методов увеличения скоростей проводки скважин, снижения аварийности бурения, а также эффективного повышения качества вскрытия продуктивных горизонтов.
В последние десятилетия для повышения скоростей бурения, а также для предупреждения аварийности элементов бурильной колонны путем снижения их усталостного разрушения широкое применение находят различные конструкции регуляторов колебаний колонны.
отверстия седла, которое подпружинено и установлено с возможностью ограниченного верхнего осевого перемещения внутри корпуса.
Недостатком данного устройства являются недолговечность и сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей.
Применение регуляторов является эффективным способом борьбы с грунтовыми колебаниями долота, одним из которых является скважинный осциллятор, обеспечивающий повышение эффективности бурения путем гашения крутильных и поперечных колебаний, а также снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины. Скважинный осциллятор состоит из корпуса, калиброванной втулки, установленной в корпусе, клапана, оси, диффузора верхнего и диффузора нижнего. Через проходной канал струя жидкости попадает на клапанный узел. Под ее действием клапан начинает совершать колебательные движения, наклоняясь то одной, то другой стороной к проходному каналу, в результате чего в определенные моменты времени проходной канал оказывается перекрытым.
Недостатком данного устройства является недостаточный турбулентный режим работы конструкции осциллятора, и вследствие этого клапан имеет низкую работоспособность, а при малых подачах бурового раствора может происходить заклинивание клапана, что приводит к аварийным ситуациям.
Задачей полезной модели является создание конструкции, позволяющей усовершенствовать вынос шлама буровым раствором в затрубном пространстве
щ
инструмент и оборудование
Применение регуляторов является эффективным способом борьбы с грунтовыми колебаниями долота, одним из которых является скважинный осциллятор, обеспечивающий повышение эффективности бурения путем гашения крутильных и поперечных колебаний, а также снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины.
наклонно-направленных и горизонтальных скважин и получение турбулентного режима, способствующего осцилляции колебаний промывочной жидкости, созданию динамической нагрузки на долото, тем самым повышая эффективность работы устройства.
Поставленная задача решается предлагаемым ос-циллятором-турбулизатором, снабженным втулкой, внутри которой на оси установлен клапан, а втулка имеет возможность пропуска промывочной жидкости при спуске осциллятора-турбулизатора в скважину.
Осциллятор-турбулизатор состоит из корпуса, втулки, установленной в корпусе, клапана, оси, диффузора верхнего и диффузора нижнего. При этом на внешней поверхности корпуса выполнены винтовые линии (пазы) с возможностью создания турбулентного режима движения жидкости и повышения степени выноса шлама буровым раствором. Клапан выполнен с возможностью продольного перемещения вокруг оси, при этом его верхний конец выполнен в виде лопасти, а нижний утолщенный конец связан с осью. При этом на ребрах лопасти выточены выемки с возможностью создания колебательных движений.
1
И
Рис. 3. Осциллятор-турбализатор
Рис. 4. Клапан
Полезная модель поясняется рис. 3, 4.
Осциллятор-турбулизатор устанавливается в скважине на компоновке между долотом и винтовым забойным двигателем (ВЗД). Осциллятор-турбулизатор состоит из крышки 1; корпуса 2 с винтовыми пазами 8, выполненными на внешней стороне корпуса 2 для создания турбулентного режима движения жидкости; верхнего диффузора 3; втулки 4, установленной в корпусе 2; клапана 5 с выемками 9; оси 6 для крепления клапана 5 и нижнего диффузора 7. Крышка 1 служит для соединения корпуса 2, верхнего диффузора 3, втулки 4, клапана 5, оси 6, нижнего диффузора 7 в единую конструкцию. Корпус 2 соединяет осцилля-тор-турбулизатор с помощью резьбового соединения с долотом (на фигуре не указан), а крышка 1 соединяет осциллятор-турбулизатор с винтовым забойным двигателем (на фигуре не указан). Осцилляторов-турбу-лизаторов может быть и несколько, в зависимости от реальных условий проводки скважины.
За счет включения в компоновку осциллятора-тур-булизатора создаются малоамплитудные продольные колебания, которые приводят к доведению нагрузки на долото, и соответственно, эффективному разрушению горной породы в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, а наличие на корпусе осциллято-ра-турбулизатора винтовых линий (пазов) способствует повышению степени выноса шлама буровым раствором в затрубном пространстве скважины.
Осциллятор-турбулизатор работает следующим образом.
Промывочная жидко
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.