БиблиотекаДонНТУПортал магистров ДонНТУ  

Антецкая А.М.

Бурение: Сб. научн. трудов студ. - Донецк: ДонНТУ, 2009, 55 с.

с. 6-9

Гидравлический ударный механизм для ликвидации сложных прихватов в скважинах

Один из самых распространенных, многообразных, сложных и трудоемких типов аварий в разведочном бурении – прихваты. На их долю приходится до 60-80% аварийного времени. [1]

Весьма сложными являются прихваты под действием перепада давления, которые обусловлены раз­ницей гидростатического и пластового давления, в резуль­тате чего часть бурильной колонны определенной длины при­жимается к стенке скважины. Обычно такие прихваты происходят при наличии  в разрезе скважины проницаемых отложений и использовании в качестве промывочной жидкости глинистого раствора.

Чаще всего такие прихваты возникают при длительном нахождении в скважине колонны труб в неподвижном состоянии. Поверхность труб, соприкасаясь с постоянно уплотняющейся фильтрационной коркой, принимает на себя действие перепада давления. [2,3]

Для ликвидации таких прихватов наиболее действенным может быть снижение гидростатического давления в зоне прихвата в сочетании с действием осевой нагрузки или крутящего момента. При работе существующих ударных ме­ханизмов создаются лишь мощные единичные удары или виб­рация,  поэтому они мало пригодны для ликвидации таких прихватов. Это означает, что разработка и внедрение эффективных методов и технических средств предупреждения и ликвидации прихватов является одной из актуальных проблем бурения геологоразведочных и технических скважин.

В работе предложена принципиально новая схема гидравлического ударного механизма для ликвидации сложных прихватов в скважине, обусловленных разницей гидростатического и пластового давления.

Устройство состоит из гидроударника двойного действия с насосным блоком и пакера с раздуваемой камерой, выполненного ограниченно подвижным относительно гидроударника. Схема устройства представлена на рис. 1а.

Гидроударник состоит из верхнего переходника 1, корпуса 2, внутри которого установлена клапанная коробка 3 с цилиндром 4, в котором размещен поршень 5, соединённый с бойком 6. Боёк 6 установлен между верхней и нижней наковальнями 7 и 8, соединённых с корпусом 2. В состав насосного блока входит шток 9, соединённый с бойком 6, а также всасывающий и нагнетательный насосные клапана 10 и 11. В нижней части наковальни 8 имеется переходник 12 для соединения с  аварийным инструментом. Клапанная группа гидроударника состоит из впускного 13 и выпускного 14 клапанов, соединённых толкателем 15.

В верхней части гидроударника, для соединения с бурильными трубами, установлен полый шток 16 с отверстием 17, а сам гидроударник снабжён кожухом 18.

Пакер состоит из раздуваемой камеры 19 и корпуса 20, установленного подвижно относительно штока 16. Полость раздуваемой камеры 19 связана с полостью штока отверстием 17 и каналом 21, а полость кожуха 18 гидроударника соединена со скважиной выше пакера  каналами 22 и 23. Корпус 20 снабжён патрубком 24, установленным в кожухе 18, в нижней части которого выполнен ограничитель 25. В исходном положении патрубок 24 зафиксирован относительно кожуха 18 срезным штифтом 26.

Расположение механизма в скважине  и схема его работы показаны на рис. 1б и 1в. Направление движения жидкости в устройстве при его работе указано стрелками.

Устройство присоединяется к прихваченному снаряду. Рабочая жидкость подаётся  к гидроударнику по колонне бурильных труб. Срабатывает пакер и отделяет зону прихвата от остальной скважины. В системе возрастает давление, гидроударник  запускается в работу и наносит удары, передающиеся на  прихваченный снаряд.

Работа гидроударника, который является генератором ударных импульсов, сводится к следующему. В исходном положении  боёк 6 под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении. Впускной клапан 13 закрыт, а выпускной 14 открыт. Промывочная жидкость, подаваемая от бурового насоса по шлангу к переходнику 1, поступает под поршень 5, вызывая силой своего давления подъем поршня-бойка.

Жидкость, находящаяся над поршнем 5, вытесняется через осевые каналы клапанной коробки  в полость кожуха гидроударника. В период хода бойка вверх клапанная группа остается в исходном положении за счет давления жидкости на впускной клапан 13. По мере подъема поршня-бойка пружина, упираясь в хвостовик выпускного клапана 14, сжимается.

Поршень встречается с выпускным клапаном 14 и наносит по нему удар. За счет энергии удара и силы сжатой пружины выпускной клапан 14 закрывает осевые каналы клапанной коробки 3, а впускной клапан 13, перемещаясь вверх, откроет центральный канал клапанной коробки, обеспечивая доступ жидкости и в верхнюю полость цилиндра 4.

Так как площадь поршня со стороны верхней полости цилиндра больше, чем его площадь со стороны нижней полости, боёк 6 устремится вниз. При этом клапанная группа сохранит свое верхнее положение за счет давления воды на выпускной клапан 14. В момент, когда поршень захватит хвостовик клапана 14, произойдет перестановка клапанов в исходное положение. Далее цикл работы гидроударника повторится.

В периоды перестановки клапанов  боёк, за счет накопленной энергии, продолжает движение вверх или вниз до соударения с наковальнями 7 и 8.

При ходе бойка 6 вверх  происходит всасывание жидкости из скважины через всасывающий клапан насосного блока 10 в пространство под штоком, а при ходе штока вниз жидкость будет выбрасываться через нагнетательный клапан 11 в зону над пакером.

Данная конструкция позволяет перемещаться гидроударнику на бурильных трубах, относительно пакера, что обеспечивает возможность перемещения прихваченного снаряда, в случае ликвидации прихвата.

а                                               б                                                в

Рисунок 1 -  Гидравлический ударный механизм для ликвидации сложных прихватов в скважинах. а - схема устройства, б - расположение механизма в скважине,  в - схема  работы механизма.

Рисунок 2 - Интерфейс программы расчёта параметров гидроударников для ликвидации прихватов в скважинах (пример расчёта зависимости скорости соударения бойка с наковальней от рабочего хода бойка)

Для данного механизма была разработана программа, позволяющая определить энергетические параметры гидроударника. Интерфейс программы расчёта параметров гидроударника представлен на рис. 2.

После проведения расчётов, были приняты рациональные параметры гидроударника: ход бойка – 25 мм; рабочий ход – 22 мм; свободный ход- 3 мм

Разработанный механизм, обеспечивающий в процессе работы снижение давления в зоне прихвата,  имеет преимущества:

1.При работе обеспечивается нанесение ударов вниз и вверх;

2.Обеспечивается постоянное долговременное снижение давления в зоне прихвата.

Предполагается, что внедрение предложенного устройства позволит обеспечить более высокую результативность в ликвидации прихватов, а также сократит время на их ликвидацию.

В настоящее время по данной схеме подана заявка на предполагаемое изобретение. 

1. Коломоец А.В. Предупреждение и ликвидация прихватов в разведочном бурении. – М.: Недра, 1985. – 220 с.

2. Самотой А.К. Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин. – М.: Недра, 1979. – 182 с.

3. Самотой А.К. Прихваты колонн при бурении скважин. – М.: Недра, 1984. – 205с.