способ бурения нефтяных и газовых скважин

Формула изобретения

Способ бурения нефтяных и газовых скважин, включающий подачу бурового раствора с поверхности в забойный гидравлический двигатель с последующим созданием пульсирующего потока, отличающийся тем, что пульсирующий поток создается путем циклического перекрытия потока бурового раствора в верхней части шпиндельной секции забойного гидравлического двигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин.

Известен способ бурения нефтяных и газовых скважин, включающий создание пульсирующей промывки забоя. Пульсирующая промывка осуществляется за счет того, что в корпусе породоразрушающего инструмента установлен шаровой вибратор, обеспечивающий создание гидравлического сопротивления ("Пульсирующая промывка призабойной зоны ", авт. Паневник А.В. "Газовая промышленность", 2000 г., № 13, с.24-25). Этот способ и устройство имеют ограниченное применение, поскольку основная цель - увеличение механической скорости бурения - не достигается в тиксотропных породах (аргилиты, песчаники, битумы и др.), поскольку для этой цели требуется возбуждать высокочастотные колебания.

Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является способ бурения нефтяных и газовых скважин, включающий подачу бурового раствора с поверхности в забойный гидравлический двигатель с последующим созданием в нем пульсирующего потока. Способ осуществляется устройством, включающим забойный гидравлический двигатель, состоящий из двигательной секции, включающий корпус, внутри которого размещены рабочие органы-статоры и роторы, шпиндельной секции, включающей корпус, внутри которого размещен вал с осевыми и радиальными подшипниками ("Опыт применения пульсационного режима промывки при бурении скважин в вязкопластичных горных породах", Г.А.Покровская и др. Э.И. "Строительство нефтяных и газовых скважин", ВНИИОЭНГ, 1990 г., № 5, с.14-18).

В указанном способе пульсирующий поток формируется в призабойной зоне за счет высокотурбулентного режима течения бурового раствора. Способ осуществляется подачей насосами бурового раствора с учетом волновых процессов, проходящих по гидравлическому каналу до забоя скважины. Однако выходить на определенный режим, создавая импульсы путем периодического открытия и закрытия задвижки циркуляционной системы, весьма сложно и небезопасно.

Задачей изобретения является упрощение процесса создания пульсирующего потока, обеспечение безопасной эксплуатации оборудования и возможности регулирования частоты его импульсов.

Поставленная задача осуществляется за счет того, что в способе бурения нефтяных и газовых скважин, включающем подачу бурового раствора в забойный гидравлический двигатель с последующим созданием пульсирующего потока, пульсирующий поток создается путем циклического перекрытия потока бурового раствора в верхней части шпиндельной секции забойного гидравлического двигателя.

Задача решается также за счет того, что известное устройство для бурения скважин, содержащее забойный гидравлический двигатель, состоящий из двигательной секции, включающей корпус, внутри которого расположены рабочие органы-статоры и роторы, шпиндельной секции, включающей корпус, внутри которого размещен вал с осевыми и радиальными опорами, и наружного, и внутреннего переводников, соединяющих двигательную и шпиндельную секции, снабжено размещенным в корпусе шпинделя прерывателем потока, выполненным в виде жестко закрепленной в корпусе шпинделя фигурной втулкой, на торцевой поверхности которой выполнены одно или несколько отверстий, при этом фигурная втулка контактирует с диском, установленным на валу шпинделя и выполненным с одним или несколькими отверстиями, а внутренняя поверхность фигурной втулки, являющаяся элементом радиальной опоры, контактирует с установленной на наружной поверхности вала втулкой, причем эта втулка и вал имеют совмещенные радиальные отверстия; кроме того, число отверстий диска равно кратному числу рабочих камер наземного бурового насоса, а двигательная секция представляет собой винтовой героторный механизм, при этом число отверстий диска равно кратному числу заходов винтового героторного механизма.

Регулирование пульсации потока осуществляется благодаря снабжению устройства прерывателем потока, в котором диск, взаимодействующий с фигурной втулкой, может быть выполнен с различным количеством отверстий в зависимости от технологических целей.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В скважину на бурильных трубах (на чертеже не показаны) спускается забойный гидравлический двигатель. На поверхности запускается насос. Потом раствор проходит по бурильным трубам через рабочие органы-статоры, роторы, далее полый вал шпинделя и породоразрушающий инструмент (на чертеже не показан). Расположенный в верхней части шпинделя прерыватель потока создает импульсы потока бурового раствора, и на забое возникает турбулентное движение жидкости, представляющее собой чередование импульсов. Каждый импульс ударно действует на породу и расшатывает ее структуру, В процессе бурения изменяется подача насоса с целью достижения максимальной механической скорости

Заявляемый способ осуществляется устройством, которое поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид заявляемого устройства; на фиг.2 - прерыватель потока бурового раствора, узел А на фиг.1.

Устройство для бурения скважин состоит из забойного гидравлического двигателя, состоящего из двигательной секции 1, включающей рабочие органы-статоры 2 и роторы 3, и шпиндельной секции 4. Шпиндельная секция состоит из корпуса 5 (см., фиг.2), в котором установлен вал 6, соединенный с осевыми 7 и радиальными 8 опорами. Двигательная 1 и шпиндельная 4 секции соединены наружным 9 и внутренним 10 переводниками. В корпусе шпиндельной секции размещен прерыватель потока, который выполнен в виде фигурной втулки 11, на торцевой поверхности которой выполнены одно или несколько отверстий 12. Фигурная втулка 11 контактирует с диском 13, который установлен на валу шпинделя и выполнен с одним или несколькими отверстиями 14. Внутренняя поверхность 15 фигурной втулки 11 контактирует с установленной на наружной поверхности вала 6 втулкой 16, которая с валом имеет совмещенные радиальные отверстия 17, 18. Число отверстий диска 13 равно кратному числу рабочих камер наземного бурового насоса. Двигательная секция 1 представляет собой винтовой героторный механизм. Число отверстий диска 13 равно кратному числу заходов винтового героторного механизма.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В скважину на бурильных трубах (на чертеже не показаны) спускается забойный гидравлический привод. На поверхности запускается буровой насос. Поток раствора проходит по бурильным трубам через рабочие органы двигателя, далее - полый вал шпинделя и породоразрушающий инструмент (на чертеже не показано). Расположенный в корпусе шпинделя прерыватель потока создает импульсы, и на забое возникает турбулентное движение жидкости, представляющее собой чередование импульсов. Каждый импульс ударно действует на породу и расшатывает ее структуру. В процессе бурения изменяется подача насоса с целью достижения максимальной механической скорости.

Частота пульсации в устройстве создается за счет количества отверстий на вращающемся диске 13.

Например, при скорости вращения забойного двигателя n=300 ^об/_мин и числе отверстий во вращающемся диске, равном 2, частота импульсов составит 10 Гц.

Для усиления импульсов число отверстий может выбираться кратным числу рабочих камер насоса.

При использовании в качестве двигателя винтового забойного двигателя при условии равномерности потока, создаваемого насосом, число отверстий во вращающемся диске 13 является кратным числу заходов ротора винтового героторного механизма.

Для осуществления заявляемого способа бурения с применением описанного устройства не требуется кардинального изменения конструкции серийного шпинделя гидравлического забойного двигателя, используются унифицированные элементы конструкций.