Устройство для кольматации стенки скважины в процессе бурения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЬМАТАЦИИ СТЕНКИ СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, содержащее корпус с центральным проходным и боковыми каналами с гидромониторными насадками, оси которых пересекаются в точке, лежащей на окружности с радиусом, равным радиусу долота, проведенным из оси корпуса, отличающееся тем, что, с целью повышения степени кольматации при бурении проницаемых пород и повышения показателей работы долота при бурении плотных пород, соединительные концы корпуса выполнены муфтовыми, а плоскость, проходящая через оси насадков, размещена под острым углом к оси корпуса вверх или вниз.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности, к устройствам, применяемым для гидроструйного воздействия на призабойную зону в процессе бурения.
Известно устройство для гидродинамической кольматации стенки скважины, включающее корпус с центральным проходным каналом и боковыми отверстиями, выходы которых снабжены гидромониторными насадками.
Недостатком данного устройства является то, что при его работе истекающая из насадки высоконапорная струя разрушает стенку скважины, особенно в интервалах неустойчивых пород, что приводит к увеличению диаметра скважины и образованию каверн, а это, в свою очередь, вызывает ряд других осложнений, например, прихват и затяжку бурильной колонны, низкое качество крепления, и т.п.
Известно также устройство для кольматации стенки скважины, содержащее корпус с центральным проходным и боковыми каналами с гидромониторными насадками, оси которых пересекаются в точке, лежащей на окружности с радиусом, равным радиусу долота, проведенным из оси корпуса.
Недостатком этого устройства является то, что при его работе одна из высоконапорных струй, истекающая из насадка, направлена против восходящего потока бурового раствора в заколонном пространстве, тем самым оказывает сопротивление выносу выбуренной породы (шлама) с забоя, что отрицательно влияет на показатели работы долота, т.е. снижает проходку на долото и механическую скорость бурения. Кроме того, данное устройство кроме кольматации пор и трещин проницаемого пласта других задач не выполняет.
Целью изобретения является повышение показателей работы долота при бурении плотных пород и повышение степени кольматации при бурении проницаемых пород.
Это достигается тем, что в устройстве для кольматации стенок скважины в процессе ее бурения, включающем корпус с центральным проходным и боковыми каналами с гидромониторными насадками, оси которых пересекаются в точке, лежащей на окружности с радиусом, равным радиусу долота, проведенным из оси корпуса, соединительные концы последнего выполнены муфтовыми, а плоскость, проходящая через оси насадок, размещена под острым углом к оси корпуса.
На фиг. 1 изображено устройство в компоновке с буровым инструментом и забойным двигателем для бурения плотных пород; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство для бурения высокопроницаемых пород.
Устройство содержит корпус 1 с центральным проходным каналом 2 и сообщенными с ними боковыми каналами 3, в выходных частях которых размещены гидромониторные насадки 4. На концевых муфтовых участках корпуса выполнены резьбы 5 для присоединения устройства к валу 6 забойного двигателя 7 и к долоту 8. Гидромониторные насадки 4 размещены в боковых каналах 3 так, что их геометрические оси 9 лежат в плоскости, расположенной относительно геометрической оси 10 корпуса 1 наклонно, угол которого определяется с учетом длины затопленных струй до их пересечения.
Таким образом L = (5 6) d_н, где L - длина затопленной струи, мм; d_н - диаметр выходного отверстия насадка, мм. На этой длине затопленная струя характеризуется постоянством диаметра ядра и обладает наибольшей гидравлической энергией.
Угол наклона плоскости, где лежат геометрические оси насадок относительно оси корпуса определяется по формуле:
=arcsin ,, где - угол наклона, градусы; R_c - радиус скважины, стенки которой подлежат кольматации, мм; r_н - расстояние от геометрической оси корпуса до центра выходного отверстия насадка, мм; d_н - выходной диаметp гидромониторных насадок, мм; В приведенной формуле геометрические оси струй, истекающих из гидромониторных насадок, пересекаются друг с другом под углом 60^о.
Устройство работает следующим образом.
На колонне бурильных труб его спускают в скважину, разместив между долотом 8 и валом 6 забойного двигателя 7 так, чтобы выходные отверстия гидромониторных насадок 4 были направлены вверх при бурении плотных пород (фиг. 1 и 2), т.е. по направлению восходящего потока бурового раствора в заколонном пространстве, и вниз при бурении высокопроницаемых пород (фиг. 3), т.е. против направления потока бурового раствора.
При подаче бурового раствора в бурильную колонну и включении забойного двигателя 7 в работу, устройство вместе с долотом начинает вращаться. При этом часть бурового раствора через центральный проходной канал 2 устройства и долото 8 направляется на забой скважины, а другая часть, минуя долото, через боковые каналы 3 и насадки 4 - в заколонное пространство под углом вверх со скоростью 60-100 м/c. Образующиеся струи, затопленные в восходящем потоке бурового раствора, встречаясь у стенки скважины, создают пульсирующее волновое поле, а в призабойном участке в первом случае (фиг. 1) - эжекционный (подсасывающий) эффект, который и способствует более полному выносу шлама с забоя, что обеспечивает повышение показателей работы долота (проходки и механической скорости бурения), и, во втором случае, (фиг. 3) препятствует выносу разбуренной породы вверх и направляет шлам в поры и каналы проницаемого пласта.
В обоих случаях волновое поле, обладая частотой и амплитудой колебаний, обеспечивает плотную укладку дисперсных частиц раствора в порах и трещинах проницаемого пласта, тем самым надежно его кольматирует. За счет перехода гидравлической энергии высоконапорных струй в энергию волнового поля исключается гидроэрозионное разрушение стенки скважины.
Данное устройство также может быть использовано и при подготовке стола к креплению с целью снижения проницаемости прискважинной зоны пласта.
Использование устройства при сохранении кольматирующей способности исключает гидроэрозионное разрушение прискважинной зоны пласта, а это предотвращает увеличение диаметра скважины в интервале гидроструйно-вихревой обработки и ряд других осложнений, таких как: прихват или затяжку бурильной колонны, низкое качество цементирования и повышенный расход материалов на закачивание скважины. Кроме того, эжекционный эффект снижает дифференциальное давление на забой скважины и обеспечивает более полный вынос выбуренной породы из-под долота, при этом исключается повторное перемалывание шлама, что приводит к увеличению механической скорости бурения и повышению проходки на долото. А при необходимости унивеpсальность устройства обеспечивает установку его с направлением выходных отверстий вниз и ускорение закупоривания пор и трещин пласта.
Использование: бурение нефтяных и газовых скважин с гидроструйным воздействием на призабойную зону. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с центральным и боковыми каналами. В боковых каналах размещены гидромониторные насадки. Их оси пересекаются в точке, лежащей на окружности с радиусом, равным радиусу долота, проведенным из оси корпуса. Соединительные концы корпуса выполнены муфтовыми. Плоскость, проходящая через оси насадков, размещены под острым углом к оси корпуса вверх или вниз. 3 ил.