RU1750281C - Device for performance of colmatage of well walls in course of drilling - Google Patents

Abstract

FIELD: drilling wells for oil and gas. SUBSTANCE: device has body with central and side channels. Side channels accommodate jet nozzles with their axes intersecting in point located on circle with radius equalling bit radius drawn from body axis. Body connecting ends are coupling-like. Plane running through axes of jet nozzles is found at acute angle to body axis upward or downward. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности, к устройствам, применяемым для гидроструйного воздействия на призабойную зону в процессе бурения. The invention relates to the drilling of oil and gas wells, in particular, to devices used for hydro-jet impact on the bottomhole zone during drilling.

Известно устройство для гидродинамической кольматации стенки скважины, включающее корпус с центральным проходным каналом и боковыми отверстиями, выходы которых снабжены гидромониторными насадками. A device for hydrodynamic mudding of a well wall is known, including a housing with a central passage channel and side openings, the outlets of which are equipped with hydraulic monitor nozzles.

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. The disadvantage of this device is that during its operation, the high-pressure jet flowing from the nozzle destroys the well wall, especially in the intervals of unstable rocks, which leads to an increase in the diameter of the well and the formation of caverns, and this, in turn, causes a number of other complications, for example, sticking and tightening the drill string, poor quality fastening, etc.

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. It is also known a device for mudding the wall of a well, comprising a body with a central passage and side channels with hydraulic nozzles, the axes of which intersect at a point lying on a circle with a radius equal to the radius of the bit drawn from the axis of the body.

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. The disadvantage of this device is that during its operation one of the high-pressure jets flowing from the nozzle is directed against the upward flow of the drilling fluid in the annulus, thereby resisting the removal of cuttings (cuttings) from the bottom, which negatively affects the performance of the bit, those. reduces penetration to the bit and mechanical drilling speed. In addition, this device does not perform other tasks besides clogging the pores and cracks of the permeable formation.

Целью изобретения является повышение показателей работы долота при бурении плотных пород и повышение степени кольматации при бурении проницаемых пород. The aim of the invention is to increase the performance of the bit when drilling dense rocks and increasing the degree of mudding when drilling permeable rocks.

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. This is achieved by the fact that in the device for the colmatation of the walls of the well during its drilling, including a body with a central passage and side channels with hydraulic nozzles, the axes of which intersect at a point lying on a circle with a radius equal to the radius of the bit drawn from the axis of the body, connecting the ends of the latter are made coupling, and the plane passing through the axis of the nozzles is placed at an acute angle to the axis of the housing.

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. In FIG. 1 shows a device in an arrangement with a drilling tool and a downhole motor for drilling dense rocks; in FIG. 2 - section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - a device for drilling highly permeable rocks.

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. The device comprises a housing 1 with a central passage channel 2 and lateral channels 3 connected with them, in the output parts of which there are hydraulic monitor nozzles 4. At the end coupling sections of the housing, threads 5 are made for connecting the device to the shaft 6 of the downhole motor 7 and to the bit 8. Hydromonitor nozzles 4 are placed in the side channels 3 so that their geometric axes 9 lie in a plane located relative to the geometric axis 10 of the housing 1 obliquely, the angle of which is determined taking into account the length of the flooded jets before they intersect Niya.

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.Thus, L = (5 ÷ 6) ˙d _n , where L is the length of the flooded stream, mm; d _n - the diameter of the outlet nozzle, mm At this length, the flooded stream is characterized by a constant core diameter and has the greatest hydraulic energy.

Угол α наклона плоскости, где лежат геометрические оси насадок относительно оси корпуса определяется по формуле:
α=arcsin

,, где α - 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.The angle α of the inclination of the plane where the geometric axis of the nozzles lie relative to the axis of the housing is determined by the formula:
α = arcsin

,, where α is the angle of inclination, degrees; R _c is the radius of the well whose walls are subject to mud, mm; r _n is the distance from the geometric axis of the housing to the center of the nozzle outlet, mm; d _n - output diameter of the hydraulic nozzles, mm; In the above formula, the geometric axis of the jets flowing from the jet nozzles intersect each other at an angle of 60 ^about .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. On the drill pipe string it is lowered into the well, placed between the bit 8 and the shaft 6 of the downhole motor 7 so that the outlet openings of the hydraulic nozzles 4 are directed upwards when drilling dense rocks (Figs. 1 and 2), i.e. in the direction of the upward flow of the drilling fluid in the annulus, and downward when drilling highly permeable rocks (Fig. 3), i.e. against the direction of flow of the drilling fluid.

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. When the drilling fluid is supplied to the drill string and the downhole motor 7 is turned on, the device starts to rotate with the bit. At the same time, part of the drilling fluid through the central passageway 2 of the device and the bit 8 is directed to the bottom of the well, and the other part, bypassing the bit, through the lateral channels 3 and nozzles 4 - into the annulus at an angle of upward at a speed of 60-100 m / s. When the jets that are submerged in the upward flow of the drilling mud, meeting near the borehole wall, create a pulsating wave field, and in the bottomhole section in the first case (Fig. 1), an ejection (suction) effect, which contributes to a more complete removal of sludge from the bottom, which provides an increase in the performance of the bit (penetration and mechanical drilling speed), and, in the second case, (Fig. 3) prevents the drilled rock from moving upward and directs the sludge into the pores and channels of the permeable formation.

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. In both cases, the wave field, possessing the frequency and amplitude of the vibrations, provides a dense packing of dispersed particles of the solution in the pores and cracks of the permeable formation, thereby reliably matting it. Due to the transfer of the hydraulic energy of high-pressure jets into the energy of the wave field, hydroerosive destruction of the borehole wall is eliminated.

Данное устройство также может быть использовано и при подготовке стола к креплению с целью снижения проницаемости прискважинной зоны пласта. This device can also be used in preparing the table for fastening in order to reduce the permeability of the borehole zone of the formation.

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. The use of the device while maintaining the clogging ability eliminates the hydroerosive destruction of the near-wellbore zone of the formation, and this prevents an increase in the diameter of the well in the interval of water-jet-vortex processing and a number of other complications, such as: sticking or tightening of the drill string, poor cementing quality and increased consumption of materials for pumping the well. In addition, the ejection effect reduces the differential pressure on the bottom of the well and provides a more complete removal of the cuttings from under the bit, eliminating the repeated grinding of the cuttings, which leads to an increase in the mechanical drilling speed and an increase in penetration to the bit. And if necessary, the universality of the device ensures that it is installed with the outlet openings directed downward and accelerating plugging of pores and formation cracks.

Claims (1)

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. DEVICE FOR COLOMATING A WELL OF A WELL IN A DRILLING PROCESS, comprising a body with a central passage and side channels with hydraulic nozzles whose axes intersect at a point lying on a circle with a radius equal to the radius of the bit drawn from the axis of the body, characterized in that, in order to increase the degree of mudding during drilling of permeable rocks and increasing the performance of the bit when drilling dense rocks, the connecting ends of the body are made coupling, and the plane passing through the axis of the nozzles is placed under An upward or downward angle to the body axis.

Images