Гидроимпульсный расширитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7 28 3)5 Е СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКО вательскии ерной геоннь 1 х. Водами фильтрас,73. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Назначение: расширитель предназначен для увеличения диаметра предварительно пробуренной скважины. Сущность изобретения: расширитель имеет корпус с соплами, прерыватель струй жидкости и стабилизирующие лопасти, прикрепленные к корпусу и его переходнику. При вращении буровой колонны прерыватель перекатывается по стенке скважины. Струи жидкости расширяет скважину, Лопасти контактируют со стенкой скважины и рааворачивают струи в направлении вращения расширителя, что повышает эффективность расширения скважины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил,.2 табл.Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к расширителям расчетного интервала скважин,Известен гидротурбинный расширитель, представляющий собой гидрореактивную турбину, работающую по принципу сегнерова колеса 11,Такой расширитель имеет малую производительность, что снижает эффективность его использования и ограничивает рациональную область применения,Другое известное устройство - струйный расширитель, включающий гидротурбину с двумя соплами, которые направлены под углом друг к другу и выполнены с разным выходным сечением (авт.св. М 891881, 1981),Высокая производительность такого расширителя обеспечивается только тогда, когда область пересечения двух струй приходится на поверхность забоя, В других случаях, например, когда струи пересекаются перед забоем, эффективность расширителя резко снинается.Вращение гидротурбины в сторону, противоположную направлению струи, также снижает эффективность гидроразмывапороды,Наиболее близким по технической сущности к заявляемому расширителю является гидроимпульсный расширитель, содержащий замок, в нижней части которого на валу установлен корпус (выполняющий функцию гидротурбины) и подвижный гидропрерыватель струи жидкости, ограниЧенный фиксатором от продольного перемещения 21.Недостатком известного расширителя является снижение эффективного воздействия струи жидкости на породу при удалении забоя от оси скважины, а также при вращении корпуса в сторону, противоположную направлению исгечения жидкости из сопел.Цель изобретения - повышение производительности гидроимпульсного расширителя.Поставленная цель достигается тем, что гидроимпульсный расширитель снабжен стабилизирующими лопастями, расположенными в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось корпуса, одна из которых скреплена с переходником, а другая - с корпусом, при этом переходник скреплен с корпусом, на наружной поверхности прерывателя выполнены фрикционные насечки,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый расширитель отличается тем, что он снабжен стабилизирующими лопастями, переходник скреплен с корпусом, а рабочая поверх 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ность прерывателя имеет фрикционные насечки,Таким образом, заявляемый расширитель соответствует критерию изобретения "новизна".Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что использование одной лопасти, в качестве рабочего органа, широко известно, Однако, технических решений, использующих лопасть в качестве стабилизатора вращения низа бурильной колонны, выявлено не было, Исследованиями в области динамики бурильной колонны отмечено, что подвешенная над забоем бурильная колонна при вращении перекатывается по стенкам скважины (В,Н,Алексеев "Исследование устойчивости движения бурильной колонны на стенде", "Методика и техника разведки", М 131, ВТИ Р, 1979, стр.18). При этом, в результате самопроизвольного изменения соотношений между скоростями вращения участков колонны относительно собственной оси и относительно оси сквакины, плоские полуволны неустойчивы, и бурильная колонна находится в состоянии хаотическо-. го движения, Установленные на гидроимпульсный расширитель стабилизирующие лопасти не дают трубам поворачиваться вокруг собственной оси, что вызывает увеличение скорости вращения расширителя до скорости вращения ротора и устойчивую работу бурильной колонный в пределах нижней четверти волны синусоиды.Эффективность воздействия расширителя на забой повышается периодическим прерыванием струй при перекатывании рабочей поверхности прерывателя по стенке скважины, а также сближением внешних сечений сопел с забоем,Указанное выше позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия",На фиг,1 показан расширитель, продольный разрез; на Фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1,Гидроимпульсный расширитель (фиг.1) состоит из переходника 1, сделанного за одно целое с корпусом 2 и валом 3, В корпусе 2 выполнены сопла 4,5,6. которые сообщаются с полостью 7 посредством кольцевой проточки 8, На валу 3 между корпусом 2 и фиксатором 9, являющимся частью корпуса, установлен прерыватель 10, имеющий рабочую поверхность 11. При движении расширителя по стенке скважины (фиг,2) рабочая поверхность 11 контактирует с породой, в результате чего прерыватель 10 вращается вокруг корпуса 2 и периодически перекрывает внешние сечения 12, 13, 14сопел 4, 5, 6. На переходнике 1 и фиксаторе9 радиально закреплены стабилизирующиелопасти 15, 16, торцовые грани 17, 18 которых направлены в одну сторону.Гидроимпульсный расширитель, соединенный посредством переходника 1 с бурильными трубами (на чертеже непоказаны), спускают в расчетный интервалскважины. При вращении ротора расширитель вместе с низом бурильной колонны поворачивается относительно своей оси доположения, в котором торцовые грани 18, 19лопастей 16, 17 войдут в контакт со стенкойскважины, В результате под действием момента силы инерции относительно торцовых . граней лопастей расширительприжимается к забою и начинает движениевокруг оси скважины. Вращающийся в результате трения рабочей поверхности 11 озабой прерыватель периодически перекрывает внешние сечения 12, 13, 14 сопел 4, 5,6, способствуя повышению эффективноговоздействия жидкости на породу.Частота вращения прерывателя определяется выражением и представлена также графически на фиг.3Р.=-у - , об/мин,пОгде и - частота вращения ротора, об/мин;О - диаметр скважины, мм;г - радиус прерывателя, мм.Частота генерируемых импульсов:ю М,Гц,где Й - число пластин прерывателя,В начальной стадии при установившемся движении расширителя сопла направлены перпендикулярно к месту контакта,рабочей поверхности прерывателя с забоем, что позволяет максимально приблизитьвнешние сечения сопел к обрабатываемойповерхности.С разработкой ствола скважины соплаповорачиваются в сторону вращения расширителя, создавая опережающее разрушение нежелательных выступов породы,Для обеспечения указанных свойстврасширителя направление гидромониторных насадок относительно стабилизирующих лопастей определяется углом а (фиг,2)из выраженияг О - г - В г а = л - агссоз( - В 2 г - О)), рад,где Р - начальный диаметр расширения;г - радиус рабочей поверхности прерывателя;В - расстояние от торцовой грани лопасти до оси расширителя,В процессе проработки скважины расширитель перемещают от кровли расчетного интервала к подошве и обратно. Принеобходимости получения наибольшего5 профиля расширения проработку интервала продолжают, пока манометр бурового насоса не покажет устойчивое изменениедавления, свидетельствующего о созданиитакого расширенного контура, при котором10 отклонение расширителя от оси скважиныбудет не достаточным, чтобы обеспечитьконтакт прерывателя с забоем.Надежная работа заявляемого расширителя определяется условием;15 ЯЕр,где Я - сила прижатия расширителя к стенкескважины;Ер - реактивная сила струи жидкости,истекающая из сопел,20 Сила прижатия расширителя к стенкескважины определяется по формуле(Е.Ф:Эпштейн и др. Расчет бурильных трубв геологоразведочном бурении. М,; Недра,1979, стр,86):0,43 ц юг ЯЯ - , кгсЯгде й) - угловая скорость вращения ротора,С 1;ц - вес 1 м бурильных труб, кгс/м;й - расстояние от оси скважины до осикорпуса расширителя, м;1 - длина нижней полуволны бурильнойколонны, м,435 1=4,67 Х, м,айРгде Е 1 - жесткость бурильных труб, кгс.м .д - 98 м/с.Для бурильных труб диаметром 60, 73,40 89 мм и частоте вращения ротора 120об/мин значения прижимающей силы Яприведены в табл.1,Реактивная сила струи вычисляется поформуле45 г40кгс107 ггде К - коэффициент. учитывающий увеличение реактивной силы в результате гидроим 50 пульсного прерывания потока жидкости,К=2;0 - расход промывочной жидкости через сопло, л/с;р - удэельная масса жидкости для воды55 1000 кг/м;б - диаметр выходного сечения сопла,м.Для случая, когда приведенный диаметрсопел 0=0,015 м, значения Ег, приведены втабл.2.1770749 Таблица 1 Таблица 2 Сопоставление значения Я и Гр, приведенных в табл,1,2, дает право считать, что высокая производительность предлагаемого расширителя обеспечивается при надежной его работе. 5Использование заявляемого изобретения позволяет существенно повысить производительность гидроимпульсных расширителей с возможностью контроля за состоянием расширения. 10Формула изобретения1. Гидроимпульсный расширитель, включающий корпусс соплами, прерыватель струй жидкости, выполненный в виде кожуха с окнами в боковой поверхности, в кото ром с возможностью вращения установлен корпус, и переходник, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения производительности за счет повышения эффективности воздействия струй жидкости на стенку скважины, он снабжен стабилизирующими лопастями, расположенными в одной вертикальной плоскости, проходящей через ось корпуса, одна из которых скреплена с переходником, а другая - с корпусом, при этом переходник скреплен с корпусом,2. Расширитель по п.1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что на наружной поверхности прерывателя выполнены фрикционные насечки,1776749 иг. актор Корректор Н Гульк водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Пр каз 4103 ВНИИПИ Гасу Составитель М. ГрабовскийТехред М,Моргентал. Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 13035,Москва,Ж. Раушская наб., 4/5