Тампонажное устройство

(55 Е 21 В ЗЗ/132 ОСУДАРСТВЕННОЕДОМСТВО ССОСПАТЕНТ ССС ПАТЕНТНО ОБРЕТЕНИ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИ ЛЪСТВ(54) ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения - повышение надежности и долговечности, а также упрощение конструкции и эксплуатации, Устройствосодержит контейнер1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, Полость 5 заполнена тампонажным материаломНад К 1 установлен пульсатор, содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний пенаучно-исследовательскии ный институт угольных ме1816844 5 10 15 20 25 30 реходник (П) 10, нижний П 14, питающее сопло (С) 12, приемное С 13 и дефлектор, Причем П 10 установлен с возможностью вращения относительно корпуса 8 и имеет отверстие 11 для прохода промывочной жидкости, а П 14 связан с К 1 и корпусом 8. Оба С 12 и 13 установлены соосно в канале корпуса 8 эксцентрично его оси. При этом С 13 соединено с П 14 и гидравлически связано с полостью 4, а С 12 имеет обойму 15 и гидравлически связано с отверстием 11 П 10. Дефлектор выполнен в виде горизонтального диска 16 со связующим элементом в виде патрубка 18, соединенного с П 10. Диск 16 имеет отверстия 17 на расстоянии Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования.Целью изобретения является повышение надежности и долговечности, а также упрощение конструкции и эксплуатации устройства.На фиг. 1 изображено тампонажное устройство, общий вид; на фиг, 2 - сечение А - А на фиг, 1; на фиг, 3 - пульсатор тампонажного устройства с видоизмененным соединением дефлектора с верхним переходником; на фиг, 4 - сечение Б - Б на фиг, 3.Тампонажное устройство включает контейнер 1 с пробкой 2 на нижнем конце и поршнем 3, разделяющим внутренний объем контейнера на надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, последняя из которых заполнена тампонажным раствором, опорную трубу 6 со сливными отверстиями 7 на верхнем конце, соединенном с нижним концом контейнера 1, и установленный над контейнером пульсатор. содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний переходник 10 с отверстием 11 для прохода рабочей жидкости, установленный с возможностью вращения относительно оси корпуса 8, питающее 12 и приемное 13 сопла, установленное соосно и эксцентрично относительно оси корпуса 8. и нижний переходник 14, соединяющий корпус 8 с контейнером 1, Приемное сопло 13 установлено на нижнем переходнике 14 и сообщено с надпоршневой полостью 4 контейнера, а питающее сопла 12 снабжено обоймой 15 и сообщено с отверстием 11 верхнего переходника 10, при этом обойма 15 закреплена относительно корпуса 8, В осевом канале корпуса 8 между соплами 12 и 13 установлен от оси корпуса 8, равном расстоянию от оси С 12 и 13, Обойма жестко связана с корпусом 8 через стержень 19 и П 14 и установлена в патрубке 18, Диск 16 выполнен с осевым отверстием, в котором размещается стержень 19. Связующий элемент может быть выполнен в виде вала, расположенного в имеющемся в обойме 15 осевом отверстии, Диск 16 размещен в канале корпуса 8 между С 12 и 13, При вращении П 10 вращает диск 16 относительно неподвижных С 12 и 13, Образующееся пульсирующее давление передается в полость 4 и через поршень 3 оказывает воздействие на материал в полости 5, вытесняя его из К 1, 2 з,п,ф-лы, 4 ил,дефлектор 16 в виде горизонтального диска с отверстиями 17. Диск дефлектора 16 выполнен с осевым отверстием и соединен связующим элементом, например, в виде патрубка 18 с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения; обойма 15 размещена в укаэанном патрубке и соединена с нижним переходником 14 стержнями 19, проходящими через осевое отверстие диска дефлектора 16, а в зазоре между обоймой 15 и патрубком 18 установлено уплотнение 20. В показанном на фиг,3, 4 видоизмененном варианте пульсатора устройства обойма 15 питающего сопла выполнена с осевым отверстием и соединена с корпусом 8, а диск дефлектора 16 соединен с верхним переходником 10 связующим элементом в виде вала 21, проходящим через осевое отверстие обоймы 15. При этом пульсатор снабжен уплотнением 22, установленным в зазоре между корпусом 8 и верхним переходником 10, и уплотнением 23, установленным в зазоре между обоймой 15 и валом 21, а питающее сопло 12 сообщено с подводящим каналом 11 через радиальные отверстия 24 верхнего переходника 10 и полость 25 в корпусе 8. Отверстия 17 расположены эксцентрично относительно оси корпуса 8 с эксцентриситетом, равным эксцентриситету сопел 12 и 13 относительно той же оси, что обеспечивает возможность периодического прохождения через укаэанные отверстия струи, вытекающей из питающего сопла 12 (т,е, возможность периодического сообщения через отверстия 17 питающего 12 и приемного 13 сопел), Кромки отверстий 17 могут быть острыми, скругленными или с конусными фасками с одной или с обеих сторон40 отверстий, Для исключения возможностипоявления нежелательной (способной ухудшить параметры выходных импульсов пульсатора) пульсации давления в питающемсопле 12 при вращении дефлектора 16 расстояние от торца сопла 12 до дефлектора 16 5берется не менее 0,3 б - где б - диаметрвыходного отверстия сопла 12, При соблюдении данного расстояния, кэк показываютэксперименты, дефлектор 16 не оказываетвлияния на давление.в сопле 12. Для обеспечения свободного прохождения турбулентной струи из питающего сопла 12 вотверстие приемного сопла 13 при совмещении оси каждого отверстия 17 с общейосью сопел 12 и 13 при вращении дефлектора 16 диаметр отверстий 17 выбирается впределах 1,3 - 2,0 б, где б - диаметр выходного отверстия сопла 12. Для изготовлениядефлектора 16 целесооб разно использоватьматериал, стойкий к гидроэрозионному износу, который может явиться результатомгидродинамического взаимодействия дефлектора с напорной струей, формируемойсоплом 12, В качестве такого материала может быть использована, например, нержавеющая сталь, хорошо зарекомендовавшаясебя при создании элементов различныхконструкций, подверженных гидроэрозион-ному износу. Устройство снабжено пакером, выполненным, например, в виде 30набора упругих уплотнительных элементов26 и разделительных колец 27, Для разобщения вращающихся и неподвижных деталей между верхним переходником 10 икорпусом 8 установлен подшипник 28, пакер выполнен с возможностью исключениявзаимного проворачивания его подвижныхи неподвижных частей (например, за счетприменения в его конструкции шпоночногоили шлицевого соединения деталей), а на 40конце опорной трубы 6 установлена буроваякоронка 29, препятствующая вращениюопорной трубы относительно забоя сквежины,Устройство может быть снабжено сигнализатором окончания рабочего хода поршня 3, содержащим затвор сливных окон 9,выполненный в виде пружины сжатия 30,установленной в осевом канале корпуса 8между нижним переходником 14 и опорой 5031, соединенной с поршнем 3 гибкой связью32 и штоком 33, проходящим через осевоеотверстие переходника 14. Опора 31 и шток33 выполнен с возможностью совместногоосевого перемещения, При этом в опоре 31 55выполнено отверстие для прохода приемного сопла 13 и по меньшей мере одно отверстие 34 для прохода рабочей жидкости изсопловой полости корпуса 8 во внутреннююполость пружины 30. На верхнем конце штока 33 имеется опорный буртик, в который упирается опора 31. В соединительном стержне 19 (фиг, 1) выполнено осевое отверстие под шток 33 и радиальные прорези 35, в опоре 31 выполнено осевое отверстие для ее осевого перемещения вдоль стержня 19, а опорный буртик штока ЗЗ выполнен с внешними зубчатыми выступами, проходящими через прорези 35 и опирающимися на опору 31, Сливные окна 9 в корпусе 8 выполнены напротив нижних витков пружины 30 таким образом, что при крайнем нижнем положении опоры 31 они находятся ниже указанной опоры.Тампонэжное устройство работает следующим образомПосле заправки рабочей полости 5 контейнера 1 тампонажным раствором устройство опускают в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем. По достижении забоя устройство нагружают осевым усилием с опорой на забой, Поддействием указанного усилия упругие элементы 26 пакера сжимаются и перекрывают ствол скважины над тампонируемым интервалом, после чего приводят во вращение буровую колонну, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, соединенный с указанной колонной, При этом дефлектор 16 приводится во вращение от верхнего переходника 10, соединенного с буровой колонной, а промывочная жидкость поступает из буровой колонны в подводящий канал 11 и далее к питающему соплу 12, на выходе которого формируется напорная струя. В процессе вращения дефлектора 16 ось каждого из отверстий 17 периодически (при каждом обороте дефлектора) сходится и расходится с общей осью сопел 12 и 13, При схождении осотверстия 17 с осью сопел 12 и 13 напорная струя, формируемая соплом 12, попадает в торцовое отверстие приемного сопла 13, что сопровождается импульсным повышением давления в сопле 13. При расхождении оси отверстия 17 и оси сопел 12 и 13 дефлектор 16 перерезает струю, перекрывая ее доступ к приемному соплу 13, что сопровокдается падением давления в приемном сопле, При схождении с осью сопел 12 и 13 оси следующего отверстия 17 дефлектора в приемном сопле 13 формируется очередной импульс давления. В результате на выходе приемного сопла 13 формируется пульсирующее давление, частота которого равна произведению частоты вращения дефлектора 16 и числа отверстий 17, Пульсирующее давление передается в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 воздействует на тампонаж5 10 15 20 30 40 45 50 55 ный раствор, находящийся в рабочей полости 5. Под воздействием пульсирующего давления со стороны тампонажного раствора пробка 2 выбивается из нижнего отверстия контейнера 1, после чего поршень 3, на который действует пульсирующее давление со стороны надпоршневой полости 4, вытесняет тампонажный раствор из рабочей полости 5 контейнера через сливные отверстия 7 в пространство между стенками ствола скважины и опорной трубой 6, После заполнения указанного пространства тампонажный раствор проникает в трещины, поры и каверны, сообщающиеся со стенками ствола скважины, Промывочная жидкость, не попадающая в приемное сопло 13 в периоды, когда формируемая соплом 12 струя перерезается дефлектором 16, сливается из сопловой полости корпуса 8 через отверстия 34 опоры 31 во внутреннюю полость пружины 30 идалее через зазор между витками последней и сливные окна 9 корпуса 8 в затрубное пространство скважины, Благодаря этому давление в сопловой камере пульсатора не превышает 2 давления в затрубном пространстве скважины, что способствует нормальному формированию напорной турбулентной струи на выходе сопла 12,При подходе к крайнему нижнему положению поршень 3 с помощью гибкой связи 32 и штока 33 перемещает вниз опору 31, сжимая пружину 30. В результате этого плоцадь проходного спирального канала(зазора) между витками пружины 30 3 уменьшается, что приводит к росту давле-. ния в ее внутренней полости и, следовательно, в сопловой полости корпуса 8 и связанном с ней подводящем канале 11 верхнего переходника 10, Указанный рост давления служит информационным сигналом об окончании работы устройства; который передается по столбу жидкости, заполняющей буровую колонну, к поверхностному сигнальному устройству; вырабатывающему информационный сигнал, оповещающий бурового мастера об окончании работы устройства. После получения указанного сигнала вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают, а тампонажное устройство поднимают на поверхность. При этом под действием упругих сил пружина 30 с опорой 31 и уплотнительные элементы 26 пакера возвращаются в исходное положение.Введение в конструкцию устройства вращающегося дефлектора 16 с эксцентрично расположенными отверстиями 17 позволяет создать тампонажное устройство с высокой частотой рабочих гидравлических импульсов, практически нечувствительное к загрязненности рабочей жидкости, что исключает свойственный прототипу повышенный механический износ деталей пульсатора и обеспечивает повышение надежности работы и долговечности устройства. Вместе с тем исключение из конструкции устройства блока питающих сопел и торцового плоского затвора упрощает его конструкцию, изготовление и эксплуатацию,Формула изобретения 1, Тампонажное устройство, включающее контейнер с поршнем, разделяющим его на надпоршневую и рабочую полости, последняя из которых заполнена тампонажным материалом, пульсатор, содержащий корпус С осевым каналом и сливными окнами, верхний переходник с отверстием для прохода промывочной жидкости, установленный с возможностью вращения относительно корпуса, нижний переходник, связанный с корпусом и контейнером, и установленные в осевом канале корпуса эксцентрично его оси на одном расстоянии отнее приемное сопла, соединенное с нижним переходником и гидравлически связанное снадпоршневой полостью, и питающее соплос обоймой, гидравлически связанное с отверстием для прохода промывочной жидкости верхнего переходника, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности и упрощения конструкции и эксплуатации, оно снабженодефлектором, выполненным в виде диска сосвязывающим элементом, при этом последний соединен с верхним переходником, а диск установлен поперек оси корпуса пульсатора в осевом канале корпуса между питающим и приемным соплами и выполнен сотверстиями на расстоянии от оси корпуса,равном расстоянию от оси питающих и приемных сопл, которые установлены соосно,причем обойма питающего сопла жестко связана с корпусом.2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что диск выполнен с осевым отверстием, а связующий элемент - в виде патрубка, при этом обойма питающего сопла установлена в патрубке, а ее связь с корпусом выполнена в виде стержня, установленного в осевом отверстии диска и соединенного с нижним переходником.3, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что обойма питающего сопла выполнена с осевым отверстием, а связующий элемент - в виде установленного в последнем вала,1816 Р 44 г. 22 Й 25 б ставитель А.Кондратенко эктор М.Кузнецова Техред М,Моргентал Корректор М,Максимиши аказ 1711 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10