[1]Изобретение относится к техническим средствам для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин, а именно к турбобурам для привода породоразрушающего инструмента.
[2]Известен турбобур, содержащий корпус с подводящими каналами, шпиндельную секцию, на валу которой установлено долото, и турбинную секцию, в которой размещен уступообразный в поперечном сечении ротор, причем уступы на роторе выполнены имеющими зазор с корпусом, а между уступами расположены выдвинутые относительно них в сторону корпуса полуцилиндрические участки.
[3](См. Патент РФ №2610490, кл. Е21В 4/02, 2014 г.)
[4]В этом устройстве потоки рабочей жидкости через подводящие каналы корпуса поступают во внутреннюю полость турбинной секции, и одновременным приложением ударно-скоростного напора на уступы приводят во вращение ротор и кинематически связанное с ним долото. Устройство обеспечивает достижение стабильно высоких значений крутящего момента ротора за счет максимального использования потенциальной энергии рабочей жидкости.
[5]Недостатком известного турбобура является присутствие гидродинамических помех вращению ротора, что совокупно снижает энергетические характеристики турбобура.
[6]Этот недостаток преодолен в другом известном турбобуре, содержащем вертикальный ряд турбинных секций, в корпусах которых размещены турбины статора и установленные на профильном полом валу турбины ротора, шпиндельную секцию, в корпусе которой размещен кинематически соединенный с валом турбинных секций полый вал, на котором закреплено долото.
[7](См. Патент РФ №2166604, кл. Е21В 4/02, 2002 г.)
[8]Данное устройство по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.
[9]Сущность данного изобретения состоит в том, что конструкция турбобура позволяет доводить присоединенное к валу шпинделя долото до забоя скважины, вращая его ротором буровой установки через колонну бурильных труб.
[10]Недостатком этого устройство является то, что при проведении спускоподъемных операций в скважинах данная конструкция турбобура не обеспечивает надежного предотвращения его зашламовывания частицами разбуренной породы, не позволяет создать эффективный слой кольматации из твердой фазы бурового раствора, предотвращающий поглощения раствора и проявления (притоки) пластовых сред из высокопроницаемых пластов.
[11]Технический результат осуществления изобретения заключается в повышении надежности и эффективности работы турбобура, расширении его функциональных возможностей.
[12]Указанный результат достигается тем, что турбобур, содержащий вертикальный ряд турбинных секций, в корпусах которых размещены турбины статора и установленные на профильном полом валу турбины ротора, шпиндельную секцию, в корпусе которой размещен кинематически соединенный с валом турбинных секций полый вал, на котором закреплено долото, оснащен установленным над верхней турбинной секцией генератором колебаний давления, в стенках корпуса которого выполнены сквозные каналы-волноводы, внутри корпуса на полом валу установлен ротор с отверстиями, а в корпусе - статор с отверстиями, при этом профильный вал турбинной секции кинематически соединен с валом генератора для вращения и продольного перемещения по нему ротора, с возможностью периодического совмещения отверстий в роторе и статоре генератора и гидравлического соединения внутренней полости генератора со сквозными каналами-волноводами в корпусе генератора.
[13]Повышение эффективности работы устройства достигается за счет интенсификации процесса разрушения породы и создания из твердой фазы бурового раствора под воздействием колебаний давления малопроницаемого слоя кольматации в горной породе ствола скважины. Установка ротора генератора с возможностью ограниченного перемещения на полом валу генератора дает возможность перенаправить заполняющий бурильные трубы поток жидкости из закорпусного пространства при проведении спуско-подъемных операций в скважинах не через шпиндельную и турбинные секции, а через каналы-волноводы и отверстия статора и ротора, что повышает надежность работы устройства.
[14]Изобретение иллюстрируют чертежами.
[15]На фиг. 1 представлен общий вид турбобура;
[16]на фиг. 2 - выноска I на фиг. 1;
[17]на фиг. 3 - выноска II на фиг.1 .
[18]Турбобур (фиг. 1) содержит ряд вертикальных турбинных секций 1 (показана только верхняя секция), в корпусах каждой из которых размещены (см. выноску I на фиг. 2) турбины 2 статора и турбины 3 ротора, установленные на профильном валу 4, а также шпиндельную секцию 5, в корпусе которой размещен полый вал 6 шпинделя, на котором установлено долото 7 с промывочными отверстиями 8. Над верхней турбинной секцией установлен генератор 9 колебаний давления, в корпусе которого установлен полый вал 10, а во внутренней полости 11 генератора размещены (см. выноску II на фиг. 3) ротор 12 с отверстиями 13, выполненными с возможностью при вращении ротора периодического совмещения с отверстиями 14 статора 15 и с кольцевым каналом 16, связанным со сквозными каналами-волноводами 17 в корпусе генератора. Ротор генератора связан с валом генератора шлицевым соединением 18, обеспечивающим продольное перемещение ротора, которое ограничено буртом 19 упорной втулки 20, а возможность вращения ротора обеспечивается соединением вала ротора и профильного вала турбинной секции конусно-шлицевым зацеплением 21. Статор генератора фиксируется в корпусе генератора за счет его прижима упорной втулкой. Перед спуском устройства над генератором крепится колонна бурильных труб на переводник 22.
[19]Турбобур работает следующим образом.
[20]При спуске устройства в ствол скважины на колонне бурильных труб, закрепленных на переводнике 22, буровой раствор или скважинная жидкость из закорпусного пространства турбобура, через каналы-волноводы 17 и отверстия 14 статора 15 генератора 9 перемещает ротор 12 генератора по шлицевому соединению 18 полого вала 10 генератора до упора в бурт 19 упорной втулки 20, образуя при этом кольцевой канал 16. Из этого канала жидкость через отверстия 13 ротора генератора поступает во внутреннюю полость 11 и заполняет бурильные трубы. Тем самым предупреждается забивание турбинных секций устройства оставшимися в стволе частицами шлама разбуренной ранее породы и повышается надежность работы турбобура. При прокачивании бурового раствора через устройство основная часть потока поступает через полый вал генератора в турбинные секции 1, турбины 3 ротора которого начинают вращаться относительно турбин 2 статора, при этом профильные валы 4 передают вращающие моменты через конусно-шлицевое зацепление 21 и полый вал генератора на ротор генератора, а через полый вал 6 шпиндельной секции 5 на долото 7, зубки которого разрушают горную породу забоя ствола скважины. Буровой раствор, проходя через промывочные отверстия 8 в долоте, очищает забой от шлама породы и выносит его из скважины. В процессе вращении ротора генератора относительно статора генератора происходит периодическое совмещение осей одного или нескольких отверстий ротора и отверстий статора. При этом некоторая часть потока бурового раствора из внутренней полости генератора перетекает, соответственно, в один или несколько каналов-волноводов в корпусе генератора, порождая полуволну повышенного давления. Затем происходит закрытие ротором указанных отверстий, что создает в каналах-волноводах полуволну пониженного давления. Такие полуволны распространяются по всему пространству между стенками турбобура и скважины, способствуя созданию в породе ствола скважины слоя кольматации, изолирующего проявления пластовых сред в скважину из пластов с высоким пластовым давлением и поглощения буровых растворов пластами с низким пластовым давлением.
[21]Создаваемые генератором колебания давления обеспечивают усталостное развитие образованных долотом трещин и микротрещин в горной породе забоя скважины, снижают вредное влияния «угнетающего» давления бурового раствора на не отделившиеся частицы породы за счет ускорения процесса фильтрации жидкости через образуемые трещины при прохождении полуволны повышенного давления.
[22]Использование изобретения позволяет интенсифицировать процессы создания малопроницаемого слоя кольматации в стволе скважины и повысить эффективность бурения горной породы на ее забое.
