Вдосканалений ударний механізм для ліквідації прихватів в свердловинах з низьким дінамічним рівнем промивальної рідини

Дерягіна Д.А.
Донецький національний технічний університет

Источник: Бурение: Сб. научн. трудов студ. – Донецк: ДонНТУ, 2010. – 94 с.

Розроблений ударний механізм відноситься до пристроїв для ліквідації прихватів бурового снаряда, що реалізують гідростатичний тиск стовпа рідини в бурильних трубах. Це дозволить застосовувати його для ліквідації прихватів у сухих свердловинах та у свердловинах з низьким статичним рівнем рідини, які обумовлені катастрофічним поглинанням. 

Розроблена конструктивна схема, по якій подані заявки на винахід і корисну модель «Пристрій для ліквідації прихватів бурового снаряду» (заявки А 2009 13164 від 17.12.2009 та U 2009 13557 від 25.12.2009). 

Конструктивна схема пристрою показана на рис. 1.

Рисунок 1 – Конструктивна схема ударного механізму. 

До складу пристрою для ліквідації прихватів бурового снаряда входять корпус 1 із радіальними отворами 2, верхнім і нижнім перехідниками 3 і 4 і уступом 5 на внутрішній поверхні. З корпусом 1 з’єднані ковадло 6 і перегородка 7 з клапаном 8. Шток 9 з обмежувачем 10 і радіальними отворами 11 встановлений в осьових отворах ковадла 6 і перегородки 7 концентрично з корпусом 1. Радіальні отвори 11 штока 9 розміщені нижче перегородки 7, при цьому зазор між нею і штоком 9 ущільнений. Між уступом 5 і обмежувачем 10 встановлено поршень-бойок 12. В нижньому перехіднику 4 встановлено сідло 13 зворотного клапана 14. В верхній частині штока 9 виконана різьба 15 для з’єднання з бурильними трубами (не показані), а в нижньому перехіднику 4 корпуса 1 – різьба 16 для з’єднання з прихваченим снарядом (не показаний). Між штоком 9 та верхнім перехідником 3 виконано шліцьове з’єднання 17. 

Пристрій працює таким чином. Він застосовується у свердловинах з низьким рівнем промивальної рідини над вибоєм. При використанні після виникнення прихвату в свердловині, він спускається до прихваченого об'єкта на бурильних трубах, з’єднаних зі штоком 9 різьбою 15. При цьому зворотний клапан 14 може бути відсутній. Тоді, у разі потреби, промивання вибою свердловини здійснюється через осьові канали пристрою. При з'єднанні пристрою з прихваченим буровим снарядом нижнім перехідником 4 з різьбою 16, до якої може додатково кріпитися ловильний інструмент, обертання від бурильних труб передається на нього через шток 9, шліцьове з’єднання 17, верхній перехідник 3 і корпус 1. Потім по бурильних трубах скидається зворотний клапан 14, який сідає у сідло 13 і перекриває осьовий канал у нижньому перехіднику 4. Далі бурильні труби за допомогою насоса заповнюють промивальною рідиною таким чином, щоб рівень рідини в них був значно вищій, ніж у свердловині. При цьому зворотний клапан 14 не дає рідині витікати з порожнини бурильних труб. Поршень-бойок 12 залишається на уступі 5 під дією власної ваги і тиску промивальної рідини у свердловині, який діє над поршнем-бойком 12 у порожнині корпуса 1, зв’язаній зі свердловиною отворами 2. 

Для нанесення удару дають натяг бурильним трубам і піднімають шток 9 у крайнє верхнє положення. При цьому радіальні отвори 11 у штоку 9 піднімаються вище перегородки 7 і з’єднуються з порожниною під поршнем-бойком 12, і в неї починає перетікати рідина з порожнини бурильних труб. Оскільки тиск під поршнем-бойком 12 більший, ніж над ним, так як рівень рідини в бурильних трубах значно більший, ніж в свердловині, то поршень-бойок 12 рухається вгору і наносить удар по ковадлу 6. При цьому рідина з порожнини над поршнем-бойком 12 витискається у свердловину через отвори 2. 

Для нанесення повторного удару бурильні труби подаються вниз. Шток 9 обмежувачем 10 давить на поршень-бойок 12 і переміщує його вниз до уступа 5. При цьому рідина з-під поршня-бойка 12 витискається в порожнину бурильних труб через отвори 11. Коли вони зрівняються з перегородкою 7, рідина з-під поршня-бойка 12 буде витискатися у порожнину бурильних труб через клапан 8. 

Удари, які передаються на прихвачений снаряд під час роботи пристрою, призводять до звільнення снаряду від прихвату. 

Пристрій також може включатися до складу бурового снаряда. При цьому в процесі буріння свердловини обертальний момент на вибій передається шліцьовим з’єднанням 17, зусилля осьового навантаження – обмежувачем 10 на поршень-бойок 12 і уступ 5 корпуса 1. У випадку виникнення прихвату зворотний клапан 14 скидають по бурильних трубах і він сідає у сідло 13. Подальша робота пристрою аналогічна. 

Для розробленого пристрою під час ліквідації прихвату колонкової труби діаметром 89 мм в залежності від швидкості бойка досягається наступна сила удару (табл. 1). 

Таблиця 1 – Залежність сили удару в прихваченому снаряді від швидкості бойка пристрою. 

Таблиця 2 – Рекомендації з вибору ходу бойка ударного механізму.

 На підставі теоретичного аналізу робочого циклу механізму запропоновані рекомендації з величини ходу бойка залежно від рівня промивної рідини в свердловині, які наведені в табл. 2 (для пристрою діаметром 89 мм, при масі бойка 10 – 30 кг, незаповненій свердловині і неньютонівській рідині). 

© 2010 Дерягіна Дар'я Анітоліївна