RU2471958C1 - Jet cleaning device for well shaft - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device includes housing with thread for connection to pipe string, adapter, hollow shaft connecting the housing to adapter and equipped with stop ring and radial channels for emission of flushing liquid to annular space, bushing that is movable relative to the shaft, and damping assembly. Bushing is rigidly attached to housing and forms cylindrical cavity of the housing and equipped from below with a downward convergent cone. Shaft is connected to housing with possibility of restricted longitudinal movement. Stop ring is rigidly attached to the shaft and forms a piston inserted in cylindrical cavity of the housing, the above-piston cavity of which acts as a damper and is interconnected with cavity of shaft through throttling channel of the shaft. Adapter is equipped from above with inner annular cavity and expansion cone with inclination angle corresponding to bushing cone expansion angle, which do not cover the radial channels of the shaft and solid annular conical channel.

EFFECT: enlarging functional capabilities, increasing technical and economic performance of drilling process, reducing the time costs required for performance of works relating to shaft development prior to well reinforcement.

2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для промывки и очистки буровых скважин.The invention relates to the oil industry, in particular to devices for washing and cleaning boreholes.

Известно устройство для промывки скважины - калибратор скважинный (свидетельство РФ на полезную модель №9880, МПК Е21В 10/26, опубл. бюл. №5 от 16.05.1999 г.), содержащий полый корпус с присоединительными резьбами на концах и установленные на нем лопасти с каналами на боковых гранях, снабженные насадками, оси которых пересекаются в точке, лежащей на окружности с радиусом, равным радиусу долота, при этом плоскость, проходящая через оси насадков, размещена под острым углом к оси корпуса вверх или вниз.A device for washing a well is known — a well calibrator (certificate of the Russian Federation for utility model No. 9880, IPC Е21В 10/26, publ. Bull. No. 5 of 05.16.1999), containing a hollow body with connecting threads at the ends and blades mounted on it with channels on the side faces, equipped with nozzles, the axes of which intersect at a point lying on a circle with a radius equal to the radius of the bit, while the plane passing through the axis of the nozzles is placed at an acute angle to the axis of the housing up or down.

Недостатком этого устройства для промывки скважины является использование боковых насадков, создающих высоконапорные струи лишь на ограниченном участке скважинного пространства между устройством и стенкой скважины. Большая часть энергии двух высоконапорных струй затрачивается на турбулизацию промывочной жидкости, которая интенсивно перемешивается в зоне действия струй. Поэтому эффективность как снижения дифференциального давления на забое, так и эжекционного воздействия на подъем шлама, а также кольматирующее действие струй на стенки скважины ограничены.The disadvantage of this device for flushing the well is the use of side nozzles that create high-pressure jets only in a limited area of the borehole space between the device and the wall of the well. Most of the energy of two high-pressure jets is spent on turbulence of the washing liquid, which is intensively mixed in the zone of action of the jets. Therefore, the effectiveness of both reducing the differential pressure at the bottom, and the ejection effect on the rise of the sludge, as well as the clogging effect of the jets on the well walls are limited.

Наиболее близким по технической сущности является устройство (патент РФ №2168000. МПК Е21В 21/00, 37/00, опубл. бюл. №16 от 10.06.2001 г.), представляющее собой гидромониторный наконечник для очистки стенок скважины, спускаемый на колонне бурильных труб. Устройство имеет кольцевую щель для создания сплошной конусной струи по периметру поперечного сечения инструмента, направленную под расчетным углом вверх. В процессе работы по очистке стенок скважины устройство поднимают из скважины на колонне бурильных труб с расчетной скоростью. Кольцевая щель в норме составляет 4 мм. Центральный канал устройства перекрывается шаром. Для случая, если кольцевая щель во время работы забьется твердыми частицами, для предотвращения резкого роста давления в трубах, т.е. с точки зрения техники безопасности, предусмотрена возможность аварийного увеличения размера щели. Для этого по нижнему краю щели установлена подвижная втулка, опирающаяся на резиновое кольцо, которое, в свою очередь, лежит на башмаке устройства. При увеличении давления внутри устройства упомянутое резиновое кольцо сжимается, а кольцевая щель расширяется. Таким образом, создается возможность для прохождения через щель частиц с поперечным размером более 4 мм. После выброса крупных частиц и уменьшения давления размер щели возвращается в исходному размеру.The closest in technical essence is the device (RF patent No. 2168000. IPC EV 21/00, 37/00, publ. Bulletin No. 16 of 06/10/2001), which is a hydraulic monitor tip for cleaning the walls of the well, lowered on the drill string pipes. The device has an annular gap for creating a continuous conical jet along the perimeter of the tool cross-section, directed upward at a calculated angle. In the process of cleaning the walls of the well, the device is lifted from the well on the drill pipe string at a design speed. The annular gap is normally 4 mm. The central channel of the device is blocked by a ball. For the case when the annular gap during operation is clogged by solid particles, to prevent a sharp increase in pressure in the pipes, i.e. from the point of view of safety measures, the possibility of an emergency increase in the size of the gap is provided. To do this, a movable sleeve is mounted on the lower edge of the slit, resting on a rubber ring, which, in turn, lies on the shoe of the device. With increasing pressure inside the device, said rubber ring contracts and the annular gap expands. Thus, it is possible for particles with a transverse size of more than 4 mm to pass through the gap. After the ejection of large particles and a decrease in pressure, the size of the gap returns to its original size.

Недостатком данного устройства является ограниченность его функциональных возможностей, заключающихся только в промывке скважины с целью очистки ее стенок без одновременной очистки забоя от шлама и углубления забоя, поэтому работа с устройством требует дополнительных затрат времени для полного подъема компоновки бурильного инструмента (КНБК), спуска устройства на бурильных трубах и проведение работ по очистке ствола скважины.The disadvantage of this device is its limited functionality, which consists only in flushing the well in order to clean its walls without simultaneously cleaning the bottom of the sludge and deepening the bottom, so working with the device requires additional time to completely raise the layout of the drilling tool (BHA), lowering the device to drill pipes and work on cleaning the wellbore.

Техническими задачами предлагаемого изобретения являются:The technical objectives of the invention are:

1. Смягчение ударных нагрузок и продольных колебаний, возникающих в бурильном инструменте в процессе его спуска в скважину и при работе долота на забое скважины, т.к. струйный аппарат для очистки ствола скважины обеспечивает гидравлическое демпфирование долота как за счет работы верхнего демпфирующего узла при действии знакопеременных нагрузок, в том числе при выключенных буровых насосах, так и за счет упругого продольного гидравлического растягивающего усилия, действующего на долото и струйный аппарат изнутри под высоким давлением, при работе буровых насосов, открывая сплошной кольцевой конусный канал устройства, через который под высоким давлением выбрасывается промывочная жидкость.1. Mitigation of shock loads and longitudinal vibrations that occur in the drilling tool during its descent into the well and during operation of the bit at the bottom of the well, because a wellbore jet cleaning apparatus provides hydraulic damping of the bit due to the operation of the upper damping unit under alternating loads, including when the mud pumps are off, and due to the elastic longitudinal hydraulic tensile force acting on the bit and the jet device from the inside under high pressure when operating mud pumps, opening a continuous annular conical channel of the device through which flushing fluid is ejected under high pressure.

2. Повышение функциональных возможностей струйного аппарата для очистки ствола скважины, заключающихся не только в промывке скважины, но и повышении эффективности кольматации (закупоривания пор и трещин и уменьшения проницаемости) проницаемых пород как в момент их вскрытия, так и в процессе проработки ствола перед спуском обсадной колонны с образованием на стенке скважины гидроизолирующего малопроницаемого кольматационного экрана за счет проникновения и упаковывания в порах и трещинах стенки скважины кольматирующих частиц промывочной жидкости, с большой скоростью истекающих из сплошного бокового кольцевого конусного канала устройства и при углублении забоя, за короткое время предотвращающих образование толстой глинистой или иной корки одновременно по всему периметру поперечного сечения вновь образовавшейся части стенки скважины, а при проработке ствола столь же интенсивно дополнительно кольматирующих проницаемую стенку скважины в процессе ее очистки от фильтрационной корки промывочной жидкости.2. Improving the functionality of the jet apparatus for cleaning the wellbore, which consists not only in flushing the well, but also in increasing the efficiency of clogging (clogging of pores and cracks and reducing permeability) of permeable rocks both at the moment of opening and during the development of the wellbore before the casing is launched columns with the formation on the borehole wall of a waterproofing low-permeability mud screen due to penetration and packing of pore particles of washings into the pores and cracks of the borehole wall fluid flowing out at a high speed from the continuous lateral annular conical channel of the device and during deepening of the bottom, in a short time preventing the formation of a thick clay or other crust at the same time along the entire perimeter of the cross section of the newly formed part of the borehole wall, and when developing the trunk the permeable wall of the well in the process of cleaning it from the filter cake of the wash fluid.

3. Увеличение технико-экономических показателей бурения (механической скорости и проходки на долото) путем создания полноценного эжекционного эффекта в заколонном пространстве скважины над долотом за счет формирования там сплошного кругового потока циркуляции по периметру поперечного сечения скважины через направленный вверх сплошной боковой кольцевой конусный канал устройства и, таким образом, повышения эффективности промывки скважины и выноса шлама, уменьшения завихрения восходящего из-под долота потока промывочной жидкости по сравнению с наддолотными устройствами, имеющими боковые одиночные и двойные насадки, эффективного снижения дифференциального давления на забое (уменьшения гидростатического давления и увеличения роли ударного воздействия гидромониторных струй промывочной жидкости) и, вследствие этого, повышения эффективности гидромониторного действия долота (эффективного разрушения горных пород на забое, эффективного очищения забоя от шлама, ускорения углубления скважины) и уменьшения интенсивности износа вооружения долота.3. An increase in the technical and economic indicators of drilling (mechanical speed and penetration per bit) by creating a full-fledged ejection effect in the annulus of the well above the bit due to the formation of a continuous circular flow of circulation around the perimeter of the cross section of the well through the upward continuous side annular conical channel of the device and Thus, increasing the efficiency of flushing the well and the removal of sludge, reducing the swirl of the flow of flushing fluid rising from under the bit equalization with over-bit devices having single and double lateral nozzles, effective reduction of differential pressure at the bottom (reduction of hydrostatic pressure and increase of the role of the impact of hydro-monitor jets of flushing fluid) and, consequently, increase of the efficiency of the hydro-monitor action of the bit (effective destruction of rocks at the bottom, effective cleaning of the bottom of the sludge, accelerating the deepening of the well) and reducing the wear rate of the armament of the bit.

4. Снижение затрат времени для проведения работ по проработке ствола скважины перед спуском обсадной колонны с целью очистки стенок скважины от образовавшейся во время спуско-подъемных операций фильтрационной корки, с одновременной дополнительной кольматацией проницаемых пород и очистки забоя скважины от накопившегося шлама, совместно с использованием компоновки низа бурильной колонны (КНБК), включая долото, за счет создания сплошного конусного кругового потока промывочной жидкости в заколонном пространстве над долотом, направленного вверх или вниз, и охвата кратно большей площади стенки скважины в единицу времени по сравнению с известными КНБК.4. Reducing the time spent on working out the wellbore before lowering the casing in order to clean the walls of the well from the formation of filter cake during the round-trip operations, with simultaneous additional mudding of the permeable rocks and cleaning the bottom of the well from accumulated sludge, together with the use of the layout the bottom of the drill string (BHA), including the bit, by creating a continuous conical circular flow of flushing fluid in the annulus above the bit, directed of up or down and fold greater area coverage of the borehole wall in time unit in comparison with known BHA.

Техническая задача решается предлагаемым струйным аппаратом для очистки ствола скважины, содержащим корпус с резьбой для соединения с колонной труб, переводник, полый ствол, соединяющий корпус с переводником и снабженный упорным кольцом и радиальными каналами для выброса промывочной жидкости в кольцевое пространство, подвижную относительно ствола втулку и демпфирующий узел.The technical problem is solved by the proposed jet apparatus for cleaning the wellbore, comprising a threaded housing for connection to a pipe string, a sub, a hollow barrel connecting the body to the sub and provided with a thrust ring and radial channels for ejecting the flushing fluid into the annular space, the sleeve movable relative to the barrel and damping unit.

Новым является то, что подвижная втулка жестко соединена с корпусом, образуя цилиндрическую полость корпуса, и снабжена снизу конусом, сужающимся книзу, а ствол соединен с корпусом с возможностью ограниченного продольного перемещения, упорное кольцо жестко соединено со стволом, образуя поршень, вставленный в цилиндрическую полость корпуса, надпоршневая полость которого, играющая роль демпфера, сообщена с полостью ствола через дросселирующий канал ствола, при этом переводник сверху снабжен не перекрывающими радиальные каналы ствола внутренней кольцевой полостью и конусным расширением с углом наклона, соответствующим углу расширения конуса втулки, образуя сплошной кольцевой конусный канал.What is new is that the movable sleeve is rigidly connected to the housing, forming a cylindrical cavity of the housing, and provided with a cone tapering downward, and the barrel is connected to the housing with the possibility of limited longitudinal movement, the thrust ring is rigidly connected to the barrel, forming a piston inserted into the cylindrical cavity case, the nadporshne cavity of which, playing the role of a damper, is in communication with the cavity of the barrel through the throttling channel of the barrel, while the sub on top is provided with non-overlapping radial barrel channels light on the internal annular cavity and the conical extension with an angle of inclination corresponding to the angle of expansion cone sleeve, forming a continuous annular tapered channel.

На фиг.1 изображен струйный аппарат в продольном разрезе. На фиг.2 изображен разрез А-А.Figure 1 shows a jet apparatus in longitudinal section. Figure 2 shows a section aa.

Струйный аппарат содержит корпус 1 (фиг.1) с резьбами 2 и 3 для жесткого соединения соответственно с колонной бурильных труб или с забойным двигателем (на фиг.1 не показаны) и с подвижной относительно ствола 4 втулкой 5, образуя цилиндрическую полость 6 корпуса 1, переводник 7 с резьбой 8 для соединения с долотом (на чертеже не показано) и резьбой 9 для соединения со стволом 4, втулки 5, снабженной снизу конусом 10, сужающимся книзу, полый ствол 4, соединяющий корпус 1 с переводником 7 и снабженный упорным кольцом 11 (выполненным, например, в виде гайки-стопора) и радиальными каналами 12 для выброса промывочной жидкости в кольцевое пространство 13 скважины (на фиг.1 показано условно) и соединенный с корпусом 1 с возможностью ограниченного продольного перемещения, демпфирующий узел, включающий упорное кольцо 11, жестко соединенное со стволом 4, образуя поршень, вставленный в цилиндрическую полость 6 корпуса 1, надпоршневая полость 6 которого, играющая роль демпфера, сообщена с полостью 14 ствола 4 через дросселирующий канал 15 ствола 4, при этом переводник 7 сверху снабжен не перекрывающими радиальные каналы 12 ствола 4 внутренней цилиндрической кольцевой полостью 16 и конусным расширением 17 с углом наклона, соответствующим углу расширения конуса 10 втулки 5, образуя сплошной кольцевой конусный канал 18. Ствол 4 вставлен во втулку 5 без возможности проворота за счет, например, шлицевого соединения 19 (фиг.2).The jet apparatus comprises a housing 1 (FIG. 1) with threads 2 and 3 for rigid connection with a drill pipe string or with a downhole motor (not shown in FIG. 1), respectively, and with a sleeve 5 movable relative to the barrel 4, forming a cylindrical cavity 6 of the housing 1 , an adapter 7 with a thread 8 for connection with a chisel (not shown in the drawing) and a thread 9 for connection with a barrel 4, a sleeve 5 provided with a bottom cone 10 tapering downward, a hollow barrel 4 connecting the housing 1 with an adapter 7 and provided with a thrust ring 11 (made, for example, in the form of a stop nut ora) and radial channels 12 for ejecting flushing fluid into the annular space 13 of the well (shown in FIG. 1 conventionally) and connected to the housing 1 with the possibility of limited longitudinal movement, a damping assembly including a thrust ring 11, rigidly connected to the barrel 4, forming a piston inserted into the cylindrical cavity 6 of the housing 1, the supra-piston cavity 6 of which, acting as a damper, is in communication with the cavity 14 of the barrel 4 through the throttling channel 15 of the barrel 4, while the sub 7 is provided on top with non-overlapping radial the channels 12 of the barrel 4 with an inner cylindrical annular cavity 16 and a conical extension 17 with an inclination angle corresponding to the angle of expansion of the cone 10 of the sleeve 5, forming a continuous annular conical channel 18. The barrel 4 is inserted into the sleeve 5 without the possibility of rotation due to, for example, a spline connection 19 ( figure 2).

Сборку струйного аппарата производят в цеховых условиях следующим образом.Assembly of the inkjet apparatus is carried out in workshop conditions as follows.

Смазывают соответствующей смазкой сопрягаемые поверхности ствола 4 (фиг.1), втулки 5 и упорного кольца 11 и устанавливают на них уплотнительные кольца. Втулку 5 надевают сверху, например, на шлицевое соединение 19 (фиг.2) ствола 4 (фиг.1). На ствол 4 наворачивают гайку-стопор 11. Производят наворот резьбовых соединений 3 и 9 с использованием моментомеров отдельно для каждой резьбы.Lubricate the mating surfaces of the barrel 4 (FIG. 1), sleeve 5 and thrust ring 11 with a suitable lubricant, and install o-rings on them. The sleeve 5 is put on top, for example, on a spline connection 19 (figure 2) of the barrel 4 (figure 1). A lock nut 11 is screwed onto the barrel 4. A twist of the threaded connections 3 and 9 is performed using torque meters separately for each thread.

Струйный аппарат работает следующим образом.The inkjet apparatus operates as follows.

В процессе бурения скважины струйный аппарат устанавливается в компоновку низа бурильной колонны (КНБК) (на фиг.1 не показано) непосредственно над долотом и спускается в скважину, при этом полость 6 (фиг.1) заполняется промывочной жидкостью через дросселирующий канал 15. Во время спуска КНБК без промывки при осевых ударных нагрузках на долото в интервале уступов и каверн, часть промывочной жидкости выбрасывается из полости 6 через дросселирующий канал 15, смягчая ударные нагрузки на долото. После включения буровых насосов под действием гидравлического давления на долото создается перепад давления, оказывающий гидравлическое растягивающее усилие на струйный аппарат изнутри, отчего конусный канал 18 открывается полностью, создавая максимальный поток циркуляции, при этом расчетная часть промывочной жидкости направляется через долото. При этом поток жидкости, истекающий из радиальных каналов 12, растекается по цилиндрической кольцевой полости 16, проходя предварительную подготовку для формирования сплошной кольцевой конусной струи, а затем окончательно формируя ее в кольцевом конусном канале 18 между параллельными конусными поверхностями: конусом 10 втулки подвижной 5 и конусным расширением 17 переводника 7. После спуска бурильного инструмента, включающего сверху вниз бурильные трубы, забойный двигатель (который при роторном бурении может отсутствовать) и КНБК, т.е. заявляемый струйный аппарат для очистки ствола скважины и долото (на фиг.1 и 2 не показано) при непрерывной промывке скважины промывочной жидкостью, вращении КНБК и соприкосновении долота с забоем скважины, бурильный инструмент частично разгружается на забой.In the process of drilling a well, the jet apparatus is installed in the layout of the bottom of the drill string (BHA) (not shown in Fig. 1) directly above the bit and goes down into the well, while cavity 6 (Fig. 1) is filled with flushing fluid through the throttling channel 15. During lowering the BHA without washing under axial impact loads on the bit in the interval of steps and cavities, part of the washing liquid is ejected from the cavity 6 through the throttling channel 15, softening the shock loads on the bit. After the drilling pumps are turned on under the action of hydraulic pressure on the bit, a pressure differential is created that exerts a hydraulic tensile force on the jet device from the inside, so that the conical channel 18 opens completely, creating a maximum circulation flow, while the calculated portion of the flushing fluid is directed through the bit. In this case, the fluid flow flowing out of the radial channels 12 flows along the cylindrical annular cavity 16, undergoing preliminary preparation for the formation of a continuous annular conical jet, and then finally forming it in the annular conical channel 18 between parallel conical surfaces: cone 10 of sleeve 5 movable and conical extension 17 of sub 7. After lowering the drilling tool, which includes drill pipes from top to bottom, the downhole motor (which may be absent during rotary drilling) and the BHA, i.e. The inventive jet apparatus for cleaning the wellbore and the bit (not shown in FIGS. 1 and 2) with continuous washing of the well with washing liquid, rotation of the BHA and the contact of the bit with the bottom of the well, the drilling tool is partially unloaded to the bottom.

В момент соприкосновения долота с забоем и в процессе вращательного бурения, струйный аппарат играет роль наддолотного демпфера за счет частичного выброса промывочной жидкости из полости 6 (фиг.1) через дросселирующий канал 15 ствола 4, независимо от работы буровых насосов, и за счет упругого гидравлического растягивающего усилия, действующего на долото и струйный аппарат изнутри под высоким давлением, при работе буровых насосов, открывая сплошной кольцевой конусный канал 18 устройства и смягчая ударные и колебательные нагрузки на долото. Устройство обеспечивает гидравлическое демпфирование долота за счет надпоршневой полости 6 между корпусом 1 и упорным кольцом, выполненным, например, в виде гайки-стопора 11 ствола 4, играющей роль демпфера, периодически заполняемого и освобождаемого в процессе работы устройства от промывочной жидкости при уменьшении и увеличении осевой нагрузки на долото через дросселирующий канал 15, сообщающийся с полостью 14 ствола 4, при этом гайка-стопор 11 ствола 4 работает как гидравлический поршень, а также за счет упругого гидравлического растягивающего усилия, действующего на долото и струйный аппарат изнутри и защищающего долото от ударных нагрузок при частично или полностью открытом сплошном кольцевом конусном канале 18 устройства, через который под высоким давлением выбрасывается промывочная жидкость между переводником устройства 7, соединенного с долотом и подвижной втулкой 5, в свою очередь, соединенной с корпусом 1 и, далее, с бурильной колонной или забойным двигателем. Таким образом, гидравлический демпфирующий эффект проявляется и опоры долота предохраняются от ударных перегрузок как при спуске инструмента без промывки, при ударной осевой нагрузке на долото при посадке (ударе) инструмента на неровности стенки скважины, так и в процессе механического углубления скважины при работе долота, вращении его с сильной вибрацией на забое скважины при включенных буровых насосах.At the moment of contact of the bit with the face and during rotary drilling, the jet device plays the role of a pre-bit damper due to the partial ejection of flushing fluid from the cavity 6 (Fig. 1) through the throttling channel 15 of the barrel 4, regardless of the operation of the mud pumps, and due to the elastic hydraulic tensile forces acting on the bit and the jet apparatus from the inside under high pressure, while operating the mud pumps, opening a continuous annular conical channel 18 of the device and softening the shock and vibration loads on the bit. The device provides hydraulic damping of the bit due to the supra-piston cavity 6 between the housing 1 and the thrust ring, made, for example, in the form of a stopper nut 11 of the barrel 4, which plays the role of a damper periodically filled and released during operation of the device from the flushing fluid with decreasing and increasing axial load on the bit through the throttling channel 15, communicating with the cavity 14 of the barrel 4, while the locking nut 11 of the barrel 4 works as a hydraulic piston, and also due to the elastic hydraulic stretching force acting on the bit and the inkjet apparatus from the inside and protecting the bit from shock loads with a partially or completely open continuous annular conical channel 18 of the device through which washing fluid is ejected under high pressure between the sub of the device 7 connected to the bit and the movable sleeve 5, in turn, connected to the housing 1 and, further, to the drill string or downhole motor. Thus, the hydraulic damping effect is manifested and the bit supports are protected from shock overloads both when lowering the tool without rinsing, when the axial shock load on the bit when landing (impact) the tool on unevenness of the borehole wall, and in the process of mechanical deepening of the borehole during operation of the bit, rotation it with strong vibration at the bottom of the well with the mud pumps turned on.

Выполнив дросселирующий канал непосредственно в гайке-стопоре 11 ствола 4 и заполнив рабочей жидкостью (маслом) герметичную камеру, в которой находится гайка-стопор 11, можно по типу автомобильных амортизаторов демпфировать осевое движение долота в пределах заданного люфта в обоих направлениях (и вверх и вниз).Having performed the throttling channel directly in the lock nut 11 of the barrel 4 and fill the sealed chamber with the lock nut 11 with working fluid (oil), it is possible to dampen the axial movement of the bit within the specified play in both directions (both up and down) by the type of automobile shock absorbers )

В процессе работы струйного аппарата в скважине как при углублении забоя, так и при проработке ствола перед спуском обсадной колонны достигается повышение эффективности кольматации проницаемых пород с образованием на стенке скважины гидроизолирующего малопроницаемого кольматационного экрана за счет проникновения и упаковывания в порах и трещинах стенки скважины твердых кольматирующих частиц промывочной жидкости, с большой скоростью истекающих из сплошного бокового кольцевого конусного канала 18, и оптимизация промывки стенки скважины за счет создания направленной под углом вверх или вниз к стенке скважины замкнутой сплошной высоконапорной конусной струи, исходящей из упомянутого кольцевого конусного канала и действующей по всему кольцевому сечению ствола скважины. Т.е. кольматация и промывка производятся, по сравнению с аналогами, одновременно на большой площади стенки скважины и за кратно меньшее время. Причем при углублении забоя за короткое время достигается предотвращение образования толстой глинистой или иной корки одновременно по всему периметру поперечного сечения вновь образовавшейся части стенки скважины, а при проработке ствола - столь же интенсивная дополнительная кольматация проницаемой стенки скважины в процессе ее очистки от фильтрационной корки промывочной жидкости.During the operation of the jet apparatus in the borehole, both during deepening of the bottomhole and during the development of the wellbore before the casing is run, the colmatation of permeable rocks is improved with the formation of a waterproofing low-permeable mud screen on the borehole wall due to the penetration and packing of solid cobble particles in the pores and cracks of the borehole wall flushing fluid flowing out at a high speed from the continuous lateral annular conical channel 18, and optimization of flushing of the wall of the well ins by creating directed angled up or down to the borehole wall of the closed high-pressure solid cone jet emanating from said annular conical channel and acting across the annular cross section of the wellbore. Those. Mudding and flushing are performed, in comparison with analogues, simultaneously on a large area of the well wall and in a much shorter time. Moreover, when deepening the bottom in a short time, the prevention of the formation of a thick clay or other crust at the same time along the entire perimeter of the cross section of the newly formed part of the borehole wall is achieved, and during the development of the wellbore, an equally intense additional mudding of the permeable borehole wall during its cleaning from the filter cake of the wash fluid is achieved.

Струйный аппарат обеспечивает полный охват заколонного пространства скважины в призабойной зоне дополнительным потоком циркуляции. При этом сплошная конусная струя, выходящая из кольцевого конусного канала 18, позволяет снизить завихрения восходящего из-под долота потока промывочной жидкости в интервале заявляемого устройства, по сравнению с наддолотными устройствами, имеющими боковые одиночные и двойные насадки. За счет инициирования эжекционного эффекта в заколонном пространстве скважины над долотом в интервале расположения струйного аппарата путем формирования там сплошного кругового потока циркуляции через сплошной боковой кольцевой конусный канал 18 устройства, при конусной струе, направленной вверх, происходит повышение эффективности промывки скважины и принудительное и немедленное удаление всего полученного шлама из-под долота. При этом за счет снижения дифференциального давления на забое (уменьшения гидростатического давления и увеличения роли ударного воздействия гидромониторных струй промывочной жидкости на забой скважины) возрастает эффективность гидромониторного действия высоконапорных струй, истекающих из насадков долота, и эффективность работы долота в целом. Повышается эффективность разрушения горных пород на забое, эффективность очищения забоя от шлама, ускоряется процесс углубления скважины и уменьшается интенсивность износа вооружения долота. Поэтому повышаются механическая скорость бурения и проходка на долото.The inkjet apparatus provides full coverage of the annulus of the well in the bottomhole zone with an additional flow of circulation. At the same time, a continuous conical jet emerging from the annular conical channel 18 allows one to reduce the turbulence of the flushing fluid flow rising from under the bit in the interval of the claimed device, as compared to over-bit devices having side single and double nozzles. Due to the initiation of the ejection effect in the annulus of the well above the bit in the interval between the location of the jet apparatus by forming there a continuous circular flow of circulation through the continuous lateral annular conical channel 18 of the device, with a conical jet directed upwards, the washing efficiency of the well increases and forced and immediate removal of all received sludge from under the bit. At the same time, due to a decrease in the differential pressure at the bottom (a decrease in hydrostatic pressure and an increase in the role of the impact of the hydro-monitor jets of flushing fluid on the bottom of the well), the efficiency of the hydro-monitor action of high-pressure jets flowing from the bit nozzles and the overall performance of the bit increase. The efficiency of rock destruction at the bottom increases, the efficiency of cleansing the face from sludge, the process of deepening the hole is accelerated, and the rate of wear of the arms of the bit decreases. Therefore, the mechanical drilling speed and penetration to the bit increase.

При вращении долота на забое скважины зубья долота и гидромониторные струи, истекающие из его насадков, по всей площади забоя разрушают горную породу, образуя шлам, вынос которого с забоя и принудительный подъем вверх по заколонному кольцевому пространству ускоряется с помощью струйного аппарата при промывке скважины под высоким давлением. При этом на долото и на весь бурильный инструмент в целом действуют сильные вибрационные нагрузки, которые гасятся за счет демпфирующих свойств заявляемого устройства, а осевое усилие разгрузки бурильного инструмента на долото, по мере работы последнего и углубления забоя скважины постоянно изменяется в сторону уменьшения. При этом увеличивается ширина конусного щелевого отверстия 18 между подвижной втулкой 5 и переводником 7. Поэтому бурильный инструмент от устья скважины периодически дозированно разгружается на долото для уменьшения ширины конусного щелевого отверстия 18, сохранения необходимого осевого усилия на вооружение (зубья) долота и оптимального режима промывки скважины, создания необходимых условий для успешного разрушения горной породы и продолжения непрерывного углубления забоя с заданной интенсивностью. При этом момент вращения от вала забойного двигателя или от колонны бурильных труб передается через корпус 1 на подвижную втулку 5, а затем через, например, шлицевое соединение 19 (фиг.2) на ствол 4 (фиг.1), далее на переводник нижний 7 и на долото. При этом ширина конусного щелевого отверстия 18 между подвижной втулкой 5 и переводником 7 регулируется нагрузкой на долото и может изменяться в пределах расчетных величин, обеспечивающих одновременно как промывку забоя, так и обработку ствола скважины. С изменением ширины конусного отверстия 18, а значит, его площади с учетом суммарной площади промывочных отверстий на долоте изменяются скорость истечения струи, ее расход, давление и энергия. Тем самым создаются широкие возможности регулирования и оптимизации характеристик промывки забоя скважины путем изменения одного параметра нагрузки на долото. Косвенным количественным показателем оптимальной нагрузки на долото и оптимальной промывки забоя, при конусной струе, направленной вверх, является достижение максимальной механической скорости для данного интервала разреза скважины и для данной КНБК, а также максимальное количество шлама, выходящего из скважины в единицу времени. Указанные максимальные показатели изменяются во времени и достигаются практическим путем при бурении каждого нижеследующего интервала.When the bit is rotated at the bottom of the well, the teeth of the bit and the jet jets flowing out of its nozzles destroy the rock over the entire area of the bottom, forming a slurry, the removal of which from the bottom and forced lifting up the annular annular space is accelerated by the jet apparatus when washing the well under high pressure. In this case, the drill bit and the entire drilling tool as a whole are subject to strong vibration loads, which are absorbed due to the damping properties of the inventive device, and the axial force of the drill tool unloading on the bit, as the latter works and the hole bottom deepens, constantly changes downward. This increases the width of the conical slotted hole 18 between the movable sleeve 5 and the sub 7. Therefore, the drilling tool from the wellhead is periodically dosed to the bit to reduce the width of the conical slotted hole 18, to maintain the necessary axial force on the armament (teeth) of the bit and the optimal mode of flushing the well , creating the necessary conditions for the successful destruction of the rock and the continuation of the continuous deepening of the face with a given intensity. In this case, the rotation moment from the shaft of the downhole motor or from the drill pipe string is transmitted through the housing 1 to the movable sleeve 5, and then through, for example, a spline connection 19 (Fig. 2) to the barrel 4 (Fig. 1), then to the bottom 7 and on a chisel. In this case, the width of the conical slotted hole 18 between the movable sleeve 5 and the sub 7 is regulated by the load on the bit and can vary within the calculated values that provide both flushing of the bottom hole and processing of the wellbore. With a change in the width of the conical hole 18, and hence its area, taking into account the total area of the flushing holes on the bit, the jet velocity, its flow rate, pressure, and energy change. This creates wide possibilities for regulating and optimizing the characteristics of flushing the bottom of the well by changing one parameter of the load on the bit. An indirect quantitative indicator of the optimal load on the bit and the optimal flushing of the face, with a conical jet directed upwards, is the achievement of the maximum mechanical speed for a given interval of a section of a well and for a given BHA, as well as the maximum amount of cuttings leaving a well per unit time. The indicated maximum values change over time and are achieved in practice by drilling each of the following intervals.

Струйный аппарат для очистки ствола скважины используется также при проработке ствола скважины перед спуском обсадной колонны с целью очистки стенок скважины от образовавшейся во время спуско-подъемных операций фильтрационной корки и шлама с одновременной дополнительной кольматацией проницаемых пород. Ввиду создания заявляемым струйным аппаратом в заколонном пространстве скважины сплошной конусной струи, истекающей из кольцевого конусного канала 18, он может быть использован как в компоновке с забойным двигателем, так и при роторной компоновке, причем при использовании роторной компоновки для проработки ствола скважины не требуется непрерывное вращение бурильного инструмента для очистки стенок скважины от фильтрационной корки и шлама. При этом совместно с использованием компоновки низа бурильной колонны (КНБК), включая долото, за счет создания сплошного конусного кругового потока промывочной жидкости, истекающей из кольцевого конусного канала 18 в заколонном пространстве над долотом, направленного вверх или вниз. и охвата кратно большей площади стенки скважины в единицу времени по сравнению с известными КНБК, достигается снижение затрат времени для проведения работ по проработке ствола скважины перед спуском обсадной колонны.The wellbore jet cleaning apparatus is also used when working out the wellbore before lowering the casing in order to clean the well walls of the filter cake and sludge formed during the round-trip operations and at the same time additionally clog the permeable rocks. Due to the creation by the inventive jet apparatus in the annular space of the well of a continuous conical jet flowing out of the annular conical channel 18, it can be used both in the arrangement with the downhole motor and in the rotary arrangement, and when using the rotary arrangement for developing the wellbore, continuous rotation is not required a drilling tool for cleaning the walls of the well from filter cake and cuttings. In this case, together with the use of the bottom of the drill string (BHA) layout, including the bit, due to the creation of a continuous conical circular flow of flushing fluid flowing from the annular conical channel 18 in the annulus above the bit, directed up or down. and coverage of a multiple of the borehole wall area per unit time in comparison with the known BHA, a reduction in the time spent on the development of the wellbore before lowering the casing is achieved.

Предлагаемая конструкция струйного аппарата для очистки ствола скважины обеспечивает смягчение ударных нагрузок и продольных колебаний, возникающих в бурильном инструменте в процессе его спуска в скважину и при работе долота на забое, позволяет повысить эффективность кольматации проницаемых пород сразу же после их вскрытия бурением и снизить толщину корки, образованной на стенке скважины за счет фильтрации жидкой фазы промывочной жидкости, увеличить технико-экономические показатели бурения (проходку на долото и механическую скорость), а также снизить затраты времени для проведения работ по проработке ствола перед креплением скважины.The proposed design of the jetting apparatus for cleaning the wellbore provides mitigation of shock loads and longitudinal vibrations that occur in the drilling tool during its descent into the well and when the bit is operated at the bottom, it allows to increase the efficiency of colmatization of permeable rocks immediately after opening by drilling and to reduce the thickness of the crust, formed on the wall of the well by filtering the liquid phase of the flushing liquid, to increase the technical and economic performance of drilling (penetration to the bit and mechanical speed s), as well as reduce the time for work on the elaboration of the barrel before the well casing.

Claims (1)

Струйный аппарат для очистки ствола скважины, содержащий корпус с резьбой для соединения с колонной труб, переводник, полый ствол, соединяющий корпус с переводником и снабженный упорным кольцом и радиальными каналами для выброса промывочной жидкости в кольцевое пространство, подвижную относительно ствола втулку и демпфирующий узел, отличающийся тем, что подвижная втулка жестко соединена с корпусом, образуя цилиндрическую полость корпуса, и снабжена снизу конусом, сужающимся книзу, а ствол соединен с корпусом с возможностью ограниченного продольного перемещения, упорное кольцо жестко соединено со стволом, образуя поршень, вставленный в цилиндрическую полость корпуса, надпоршневая полость которого, играющая роль демпфера, сообщена с полостью ствола через дросселирующий канал ствола, при этом переводник сверху снабжен не перекрывающими радиальные каналы ствола внутренней кольцевой полостью и конусным расширением с углом наклона, соответствующим углу расширения конуса втулки, образуя сплошной кольцевой конусный канал. A wellbore jet cleaning apparatus comprising a threaded body for connection to a pipe string, a sub, a hollow barrel connecting a body to a sub and provided with a thrust ring and radial channels for ejecting flushing fluid into the annular space, a sleeve movable relative to the barrel, and a damping unit, characterized the fact that the movable sleeve is rigidly connected to the casing, forming a cylindrical cavity of the casing, and provided with a cone from the bottom, tapering downward, and the barrel is connected to the casing with the possibility of limited th longitudinal movement, the thrust ring is rigidly connected to the barrel, forming a piston inserted into the cylindrical cavity of the body, the supra-piston cavity, which plays the role of a damper, communicates with the barrel cavity through the throttling channel of the barrel, while the sub is equipped with an inner annular cavity that does not overlap the radial channels of the barrel and conical expansion with an angle corresponding to the angle of expansion of the cone of the sleeve, forming a continuous annular conical channel.

Images