close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6637

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6637
(13) C1
(19)
7
(51) E 21B 21/02
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ОБРАТНОЙ ПРОМЫВКОЙ
И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20010192
(22) 2001.02.28
(46) 2004.12.30
(71) Заявитель: Арендное научно-производственное объединение "Жилкоммунтехника" (BY)
(72) Авторы: Панасюк Анатолий Иванович;
Кедо Сергей Антонович; Капустин
Владимир Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Арендное научнопроизводственное объединение "Жилкоммунтехника" (BY)
BY 6637 C1
(57)
1. Способ бурения скважин с обратной промывкой, включающий подачу из забоя промывочной жидкости с частицами разбуренных пород по трубам скважинной колонны в отстойник путем обеспечения посредством забойного электродвигателя возможности одновременного вращения породоразрушающего инструмента и приводного вала многоступенчатого
центробежного насоса и подачу осветленной промывочной жидкости самотеком из отстойника в скважину, отличающийся тем, что вращение приводного вала многоступенчатого центробежного насоса осуществляют высокоскоростным забойным электродвигателем, а вращение породоразрушающего инструмента - через кинематически связанный с ними понижающий редуктор, при этом подают промывочную жидкость в заборную камеру, образованную
соединяющей насос с электродвигателем цилиндрической втулкой с отверстиями по
Фиг. 1
BY 6637 C1
всей ее боковой поверхности, и дальше посредством вращающихся с большой скоростью лопаток рабочих колес и нагнетательного патрубка насоса в конусообразную полость эжектора
через расположенное внизу в ее основании отверстие и создают в ней активное разряжение, а
с помощью образовавшегося достаточного разряжения всасывают из забоя через обходной
патрубок и отверстие на боковой поверхности конусообразной полости эжектора промывочную жидкость с частицами разбуренных пород, которые с помощью созданного мощного
гидравлического потока мгновенно подхватывают, перемешивают и через диффузорный отводящий патрубок, расположенный вверху на вершине конусообразной полости эжектора, и
трубу скважинной колонны ускоренно подают на поверхность.
2. Установка для бурения скважин с обратной промывкой, содержащая транспортное
средство с подъемными лебедками и трубомонтажным устройством, колонну скважинных
труб, соединенную вверху через сливной патрубок и эластичный рукав с отстойником промывочной жидкости, поступающей самотеком обратно в скважину через промежуточный
канал; и соединенную внизу с последовательно расположенными и кинематически взаимосвязанными между собой породоразрушающим инструментом, забойным электродвигателем и многоступенчатым центробежным насосом, отличающаяся тем, что забойный электродвигатель выполнен высокоскоростным и дополнительно снабжен понижающим редуктором, кинематически связанным с его нижним приводным валом и породоразрушающим
инструментом, многоступенчатый центробежный насос снабжен цилиндрической втулкой с
отверстиями, равномерно размещенными по всей ее боковой поверхности, соединяющей
его с забойным электродвигателем и образующей заборную камеру, а также снабжен расположенным над ним эжектором с внутренней конусообразной полостью с плавными изгибами и переходами, в которой вверху на ее вершине диффузорный отводящий патрубок связан через соединительный замок с нижней трубой скважинной колонны, внизу в ее основании отверстие соединено с нагнетательным патрубком насоса и на боковой поверхности
отверстие соединено с дополнительно введенным обходным всасывающим забойным патрубком, причем корпус эжектора жестко соединен с верхним концом забойного патрубка и
несущей платформой для соосного расположения и крепления на ней понижающего редуктора, забойного электродвигателя и центробежного насоса, общий поперечный габаритный
размер которых меньше диаметра скважины и образует необходимый зазор для циркуляции
промывочной жидкости, при этом в забойном патрубке нижний конец соединен через
промежуточный кронштейн с несущей платформой и расположен над породоразрушающим
инструментом в зоне максимального скопления частиц разбуренных пород, сливной патрубок выполнен с возможностью обеспечения минимального гидравлического сопротивления
при перемещении промывочной жидкости с частицами разбуренных пород, а энергопитающий кабель, соединяющий первый и второй входы забойного электродвигателя соответственно с первым и вторым выходами пускового блока, снабжен охватывающими его быстросъемными электроизоляционными втулками и соответствующими быстросъемными хомутами для крепления на трубах скважинной колонны, а в пусковом блоке первый, второй и
третий входы соединены с кнопками управления направлением вращения породоразрушающего инструмента соответственно "ВПРАВО", "ВЛЕВО" и "СТОП".
3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что замок для соединения труб в скважинной колонне, а также для соединения их со сливным и диффузорным отводящим патрубками выполнен в виде накидной гайки с внутренней резьбой и имеющей в верхней части
удерживающую отбортовку, взаимодействующую с кольцевым выступом, выполненным в
нижней части сливного патрубка и всех труб скважинной колонны, концы которых имеют
конусообразную форму, а сочленяющиеся с ними верхние концы труб скважинной колонны и диффузорного отводящего патрубка имеют внутри ответное конусообразное гнездо,
на наружной поверхности - соединительную резьбу для накидной гайки и пазы для применяемой на трубомонтажном устройстве опорной вилки, а также на торцевой части име-
2
BY 6637 C1
ют углубления для фиксирующих штифтов, закрепленных на нижней торцевой части
опорных кольцевых выступов.
4. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что сливной патрубок выполнен дугообразным с радиусом изгиба, равным не менее шести его наружных диаметров, и углом изгиба,
равным не менее 90°, при этом на сливном патрубке также закреплена серьга для взаимодействия с крюком подъемной лебедки.
5. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что быстросъемная электроизоляционная
втулка изготовлена, например, из резины, и на ее боковой стенке выполнен вертикальный
разрез.
6. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что быстросъемный хомут выполнен в виде
двух полуцилиндрических скоб, в которых одни концы соединены между собой через
шарнир, а на других концах в одной из них посредством второго шарнира закреплен соединительный болт с крепежной гайкой, а на второй выполнено отверстие для соединительного болта.
7. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что пусковой блок включает два логических
элемента И, два логических элемента ИЛИ и три логических элемента НЕ, причем первый
вход блока соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с
первым входом первого элемента И, второй вход блока соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, третий
вход блока соединен через третий элемент НЕ со вторыми входами первого и второго
элементов И, первый выход блока соединен с входом второго элемента НЕ, вторым входом первого элемента ИЛИ и выходом первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, второй выход блока соединен с входом первого элемента НЕ, вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом второго элемента И, третий
вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ.
(56)
SU 104336, 1954.
SU 1105593 A, 1984.
US 2849213, 1958.
RU 2133813 C1, 1999.
SU 1745852 А1, 1992.
SU 646029, 1979.
Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для бурения скважин вращательным способом с обратной промывкой.
Известен способ бурения скважин с обратной промывкой путем обеспечения посредством забойного электродвигателя возможности вращения одновременно породоразрушающего
инструмента и приводного вала многосекционного насоса, с помощью которого подают из
забоя скважины промывочную жидкость с частицами разбуренных пород по трубам скважинной колонны, сливному патрубку и эластичному рукаву в отстойник, где частицы разбуренных пород оседают на дно, а осветленная промывочная жидкость самотеком поступает
обратно в скважину через промежуточный канал [1].
Этот способ является самым близким к заявляемому способу по технической сущности.
Однако установки для осуществления описанного способа практически не существует,
так как из-за очень высоких конструктивных и электротехнических требований не представляется возможным пропустить с необходимым достаточно большим диаметром всасывающую трубу через забойный электродвигатель с его строго регламентируемым по
размеру наружным диаметром, а следовательно, не представляется возможным осуществить циркуляцию промывочной жидкости по схеме этого способа (см. чертеж).
3
BY 6637 C1
Известна также установка для осуществления способа вращательного бурения скважин с обратной промывкой, содержащая транспортное средство с подъемными лебедками,
трубомонтажным устройством, ротором, ведущей трубой, распределительным и пульпопроводным вертлюгами; а также напорный насос, компрессор, колонну скважинных труб,
породоразрушающий инструмент и отстойник промывочной жидкости [2].
Однако в этой установке вращение породоразрушающего инструмента осуществляется одновременно со всеми трубами скважинной колонны, причем нагрузка на привод ротора увеличивается с углублением скважины и увеличением общей длины и веса труб, что
в свою очередь значительно увеличивает энергетические и эксплуатационные затраты, а
также ограничивает функциональные возможности установки.
Кроме того, в этой установке для подъема частиц разбуренных пород из забоя скважины применены специальные гидравлическая и пневматическая системы с использованием очень сложных в конструктивном и эксплуатационном отношениях исполнительных
механизмов (насоса для подачи промывочной жидкости, компрессора для подачи воздуха,
распределительного и пульпоподающего вертлюгов), что значительно увеличивает капитальные и эксплутационные затраты, усложняет условия обслуживания, снижает ремонтопригодность и надежность работы установки.
Применение в этой установке приводной трубы с квадратным поперечным сечением и
взаимодействующего с ней ротора с очень сложной кинематической системой осуществления вращательного движения не только увеличивает капитальные и эксплуатационные
затраты, но и при наращивании каждой последующей трубы требует обязательного выполнения подъема на высоту, равную длине приводной трубы, всех труб скважинной колонны, а затем их возврат в крайнее нижнее положение, при котором происходят большие
потери времени, что значительно снижает производительность.
Трубы в скважинной колонне этой установки на нижних концах имеют наружную
резьбу, а на верхних концах - внутреннюю резьбу и пазы на наружной поверхности для
опорной вилки монтажного устройства, поэтому соединение этих массивных и тяжелых
труб требует больших физических усилий, что значительно повышает трудоемкость.
Такое соединение позволяет осуществлять только одностороннее вращение породоразрушающего инструмента и полностью исключает очень необходимое при ремонте и
ликвидации заклиниваний в забое обратное (реверсивное) его вращение, так как произойдет непременное отвинчивание (рассоединение) труб в скважинной колонне с последующей аварией, что значительно ограничивает функциональные возможности установки,
снижает ее надежность и работоспособность.
Технической задачей предлагаемых в качестве изобретения способа и установки для
его осуществления является упрощение системы циркуляции промывочной жидкости и
ускорение выноса на поверхность частиц разбуренных пород из забоя скважины; улучшение условий обслуживания, снижение трудоемкости, сокращение потерь времени и энергопотребления, повышение производительности, надежности и работоспособности установки, а также уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат, расширение функциональных и технологических возможностей.
Эта задача решается за счет того, что в способе бурения скважин с обратной промывкой, включающем подачу из забоя промывочной жидкости с частицами разбуренных пород по трубам скважинной колонны в отстойник, путем обеспечения посредством забойного электродвигателя возможности одновременного вращения породоразрушающего инструмента и приводного вала многосекционного насоса и подачи осветленной промывочной
жидкости самотеком из отстойника в скважину, в соответствии с изобретением, вращение
приводного вала многоступенчатого центробежного насоса осуществляют высокоскоростным электродвигателем, а вращение породоразрушающего инструмента - через кинематически связанный с ними понижающий редуктор, при этом подают промывочную жидкость в заборную камеру, образованную соединяющей насос с забойным электродвигате4
BY 6637 C1
лем цилиндрической втулкой с отверстиями по всей ее боковой поверхности, и дальше
посредством вращающихся с большой скоростью лопаток рабочих колес и нагнетательного патрубка насоса в конусообразную полость эжектора через расположенное внизу в ее
основании отверстие и создают в ней активное разряжение, а с помощью образовавшегося
достаточного разряжения всасывают из забоя через обходной патрубок и отверстие на боковой поверхности конусообразной полости эжектора промывочную жидкость с частицами разбуренных пород, которые с помощью созданного мощного гидравлического потока
мгновенно подхватывают, перемешивают и через диффузорный отводящий патрубок,
расположенный вверху на вершине конусообразной полости эжектора, и трубу скважинной колонны ускоренно подают по назначению.
А в предложенной установке для осуществления заявляемого способа, содержащей
транспортное средство с подъемными лебедками и трубомонтажным устройством, колонну скважинных труб, соединенную вверху через сливной патрубок и эластичный рукав с
отстойником промывочной жидкости, поступающей самотеком обратно в скважину через
промежуточный канал, и соединенную внизу с последовательно расположенными и кинематически взаимосвязанными между собой породоразрушающим инструментом, забойным электродвигателем и многоступенчатым насосом, в соответствии с изобретением, забойный электродвигатель выполнен высокоскоростным и дополнительно снабжен понижающим редуктором, кинематически связанным с его нижним приводным валом и
породоразрушающим инструментом; многоступенчатый центробежный насос снабжен
цилиндрической втулкой с отверстиями, равномерно размещенными по всей ее боковой
поверхности, соединяющей его с забойным электродвигателем и образующей заборную
камеру, а также снабжен расположенным над ним эжектором с внутренней конусообразной полостью с плавными изгибами и переходами, в которой вверху на ее вершине диффузорный отводящий патрубок связан через соединительный замок с нижней трубой
скважинной колонны, внизу в ее основании отверстие соединено с нагнетательным патрубком насоса и на боковой поверхности отверстие соединено с дополнительно введенным обходным всасывающим забойным патрубком, причем корпус эжектора жестко соединен с верхним концом забойного патрубка и несущей платформой для соосного расположения и крепления на ней понижающего редуктора, забойного электродвигателя и
центробежного насоса, общий габаритный поперечный размер которых меньше диаметра
скважины и образует необходимый зазор для циркуляции промывочной жидкости, при
этом в забойном патрубке нижний конец соединен через промежуточный кронштейн с несущей платформой и расположен над породоразрушающим инструментом в зоне максимального скопления частиц разбуренных пород; сливной патрубок выполнен с возможностью
обеспечения минимального гидравлического сопротивления при перемещении промывочной
жидкости с частицами разбуренных пород, а энергопитающий кабель, соединяющий первый и второй входы забойного электродвигателя соответственно с первым и вторым выходами пускового блока, снабжен охватывающими его быстросъемными электроизоляционными втулками и соответствующими быстросъемными хомутами для крепления на
трубах скважинной колонны, а в пусковом блоке остальные первый, второй и третий входы соединены с кнопками управления направлением вращения породоразрушающего инструмента соответственно "ВПРАВО", "ВЛЕВО" и "СТОП".
Кроме того, в заявляемой установке замок для соединения труб в скважинной колонне, а также для соединения их со сливным и диффузорным отводящим патрубками выполнен в виде накидной гайки с внутренней резьбой и имеющей в верхней части удерживающую отбортовку, взаимодействующую с кольцевым выступом, выполненным в нижней части сливного патрубка и всех труб скважинной колонны, концы которых имеют
конусообразную форму, а сочленяющиеся с ними верхние концы труб скважинной колонны и диффузорного отводящего патрубка имеют внутри ответное конусообразное гнездо,
на наружной поверхности - соединительную резьбу для накидной гайки и пазы для при5
BY 6637 C1
меняемой на трубомонтажном устройстве опорной вилки, а также на торцевой части имеют углубления для фиксирующих штифтов, закрепленных на нижней торцевой части
опорных кольцевых выступов.
Сливной патрубок установки выполнен дугообразным с радиусом изгиба, равным не
менее шести его наружных диаметров, и углом изгиба, равным не менее 90°, причем на
сливном патрубке также закреплена серьга для взаимодействия с крюком подъемной лебедки, а быстросъемная электроизоляционная втулка изготовлена, например, из резины, и
на ее боковой стенке выполнен вертикальный разрез, при этом быстросъемный хомут выполнен в виде двух полуцилиндрических скоб, в которых одни концы соединены между
собой через шарнир, а на других концах в одной из них посредством второго шарнира закреплен соединительный болт с крепежной гайкой, а на второй выполнено отверстие для
соединительного болта.
Пусковой блок предлагаемой установки включает в себя два логических элемента И,
два логических элемента ИЛИ и три логических элемента НЕ, причем первый вход блока
соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым
входом первого элемента И, второй вход блока соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, третий вход
блока соединен через третий элемент НЕ со вторыми входами первого и второго элементов И, первый выход блока соединен с входом второго элемента НЕ, вторым входом первого элемента ИЛИ и выходом первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, второй выход блока соединен с входом первого элемента НЕ,
вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ.
На основании изложенного и в результате сопоставления заявляемых в качестве изобретений способа и установки для его осуществления с известными техническими решениями очевидно, что предлагаемые технические решения соответствуют критерию "изобретательский уровень" и являются новыми, а их практическая применимость подтверждается приведенным ниже подробным описанием заявляемого способа бурения скважин
с обратной промывкой, а также конструкции и принципа работы установки, предназначенной для осуществления данного способа.
На фиг. 1 изображена установка для осуществления предлагаемого способа бурения
скважин с обратной промывкой; на фиг. 2 - соединение эжектора с нижней трубой скважинной колонны и нагнетательным патрубком многоступенчатого центробежного насоса,
а также расположение энергопитающего кабеля забойного электродвигателя и расположение заборной камеры многоступенчатого центробежного насоса и понижающего редуктора; на фиг. 3 - конструктивное выполнение эжектора и крепление на нем несущей площадки и обходного всасывающего забойного патрубка; на фиг. 4 - крепление обходного
всасывающего забойного патрубка с промежуточным кронштейном, разрез А-А на фиг. 3;
на фиг. 5 - крепление и геометрическое выполнение сливного патрубка; на фиг. 6 - то же,
вид Б на фиг. 5; на фиг. 7 - стыковочно-фиксирующий узел труб; на фиг. 8 - устройство
быстросъемной электроизоляционной втулки; на фиг. 9 - устройство быстросъемного хомута и взаимодействие его с трубой скважинной колонны и энергопитающим кабелем через охватывающую его быстросъемную электроизоляционную втулку, разрез В-В на
фиг. 1; на фиг. 10 - система управления забойным электродвигателем и функциональнологическая схема пускового блока.
Предлагаемый способ бурения скважин с обратной промывкой включает подачу из забоя промывочной жидкости с частицами разбуренных пород по трубам скважинной колонны в отстойник путем обеспечения посредством забойного электродвигателя возможности приводного вала многоступенчатого центробежного насоса и подачу осветленной
промывочной жидкости самотеком из отстойника в скважину.
6
BY 6637 C1
При этом вращение приводного вала многосекционного центробежного насоса осуществляют высокоскоростным забойным электродвигателем, а вращение породоразрушающего инструмента - через кинематически связанный с ними понижающий редуктор.
Причем подают промывочную жидкость в заборную камеру, образованную соединяющей насос с электродвигателем цилиндрической втулкой с отверстиями по всей ее боковой поверхности, и дальше посредством вращающихся с большой скоростью лопаток рабочих колес и нагнетательного патрубка насоса в конусообразную полость эжектора через
расположенное внизу в ее основании отверстие и создают в ней активное разряжение, а с
помощью образовавшегося достаточного разряжения всасывают из забоя через обходной
патрубок и отверстие на боковой поверхности конусообразной полости эжектора промывочную жидкость с частицами разбуренных пород, которые с помощью созданного мощного гидравлического потока мгновенно подхватывают, перемешивают и через диффузорный отводящий патрубок, расположенный сверху на вершине конусообразной полости
эжектора, и трубу скважинной колонны ускоренно подают на поверхность.
Установка для осуществления предложенного способа бурения скважин с обратной
промывкой содержит транспортное средство 1 с подъемными лебедками (на чертежах не
показаны) и трубомонтажным устройством 2, колонну 3 скважинных труб, соединенную
вверху через сливной патрубок 4 и эластичный рукав 5 с отстойником 6 промывочной
жидкости 7, поступающей самотеком обратно в скважину 8 через промежуточный канал
9, и соединенную внизу с последовательно расположенными и кинематически взаимосвязанными между собой породоразрушающим инструментом 10, понижающим редуктором
11, забойным высокоскоростным электродвигателем 12, многоступенчатым насосом 13 и
эжектором 14.
Понижающий редуктор 11 кинематически связан с породоразрушающим инструментом
10 и нижним приводным валом 15 забойного электродвигателя 12, верхний вал 16 которого
кинематически связан с приводным валом 17 многосекционного центробежного насоса 13.
Многоступенчатый центробежный насос 13 снабжен цилиндрической втулкой 18 с отверстиями 19, равномерно размещенными по всей ее боковой поверхности, соединяющей
его внизу с забойным электродвигателем 12 и образующей водозаборную камеру 20.
Эжектор 14 содержит корпус 21, внутреннюю конусообразную полость 22 с плавными
изгибами и переходами, в которой диффузорный отводящий патрубок 23 вверху на ее
вершине связан через соединительный замок 24 с нижней трубой скважинной колонны 3,
отверстие 25 внизу в основании соединено с нагнетательным патрубком 26 насоса 13 и
отверстие 27 на боковой поверхности соединено с обходным всасывающим забойным патрубком 28.
Корпус 21 эжектора 14 жестко соединен с верхним концом забойного патрубка 28 и с
несущей платформой 29 для соосного расположения и крепления на ней понижающего
редуктора 11, забойного электродвигателя 12 и центробежного насоса 13, общий габаритный поперечный размер которых меньше диаметра скважины и достаточный для образования необходимого зазора для циркуляции промывочной жидкости.
В забойном патрубке 28 нижний конец соединен через промежуточный кронштейн 30
с несущей платформой 29 и расположен над породоразрушающим инструментом 10 в зоне
максимального скопления частиц разбуренных пород.
Для обеспечения минимального гидравлического сопротивления разбуренным породам сливной патрубок 4 выполнен дугообразным радиусом "R" изгиба, равным не менее
шести его наружных диаметров "d", то есть R > 6d, и углом "α" изгиба, равным не менее
90°, то есть α > 90, при этом на нем также закреплена серьга 31 для взаимодействия с
крюком 32 подъемной лебедки (на чертеже не показана).
Замок 24 предназначен для соединения труб в скважинкой колонне 3, а также для соединения их с диффузорным отводящим патрубком 23 эжектора 14 и со сливным патрубком 4.
7
BY 6637 C1
Замок 24 выполнен в виде накидной гайки 33 с внутренней резьбой 34 и имеющей в
верхней части удерживающую отбортовку 35, взаимодействующую с опорным кольцевым
выступом 36, выполненным в нижней части сливного патрубка 4 и всех труб скважинной
колонны 3, концы которых имеют конусообразную форму, а сочленяющиеся с ними верхние концы труб скважинной колонны 3 и диффузорного отводящего патрубка 23 имеют
внутри ответное конусообразное гнездо, на наружной боковой поверхности - соединительную резьбу 37 для накидной гайки и пазы 38 для применяемой на трубомонтажном
устройстве 2 опорной вилки (на чертеже не показана), а также на торцевой части имеют
углубления 39 для фиксирующих штифтов 40, закрепленных на нижней торцевой части
опорных кольцевых выступов 36.
Система управления включает в себя забойный электродвигатель 12 с энергопитающим кабелем 41, соединяющим его первый и второй входы соответственно с первым и
вторым выходами пускового блока 42, у которого первый, второй и третий входы соединены с кнопками управления направлением вращения породоразрушающего инструмента
соответственно 43 "ВПРАВО", 44 "ВЛЕВО" и 45 "СТОП".
Для повышения долговечности и надежности работы энергопитающий кабель 41
снабжен охватывающими его быстросъемными электроизоляционными втулками 46 и соответствующими быстросъемными хомутами 47 для крепления на трубах скважинной колонны 3.
Быстросъемная электроизоляционная втулка 46 изготовлена, например, из резины, и
на ее боковой стенке выполнен вертикальный разрез 48 для облегчения надевания на
энергопитающий кабель 41.
Быстросъемный хомут 47 выполнен в виде двух полуцилиндрических скоб 49, 50, в
которых одни концы соединены между собой через шарнир 51, а на других концах в одной из них, например 50, посредством второго шарнира 52 закреплен соединительный
болт 53 с крепежной гайкой 54, а на второй, например 49, выполнено отверстие 55 для соединительного болта 53.
Пусковой блок 42 включает в себя логические элементы 56, 57 И, логические элементы 58, 59 ИЛИ и логические элементы 60, 61, 62 НЕ, причем первый вход блока соединен
с первым входом элемента 58 ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента
56 И, второй вход блока соединен с первым входом элемента 59 ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента 57 И, третий вход блока соединен через элемент 62 НЕ
со вторыми входами элементов 56, 57 И, первый выход блока соединен с входом элемента
61 НЕ, вторым входом элемента 58 ИЛИ и выходом элемента 56 И, третий вход которого
соединен с выходом элемента 60 НЕ, второй выход блока соединен с входом элемента 60
НЕ, вторым входом элемента 59 ИЛИ и выходом элемента 57 И, третий вход которого соединен с выходом элемента 61 НЕ.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Оператор, убедившись в готовности установки к работе, воздействует на кнопку 43
"ВПРАВО", в результате чего на ее выходе появляется сигнал, который поступает на первый вход пускового блока 42 и первый вход элемента 58 ИЛИ, который в свою очередь
поступает на выход элемента 58 ИЛИ и первый вход элемента 56 И.
Наличие сигналов одновременно на всех входах элемента 56 И вызывает появление
сигнала на его выходе, втором входе элемента 58 ИЛИ (запоминается), входе элемента 61
НЕ (запрет включения команды "ВЛЕВО"), первом выходе пускового блока 42 и первом
входе высокоскоростного забойного электродвигателя 12, в результате чего начинают
вращаться "ВПРАВО" (по часовой стрелке) его нижний 15 и верхний 16 приводные валы.
Одновременно в том же направлении начинают вращаться через понижающий редуктор 11 породоразрушающий инструмент 10 и приводной вал 17 многоступенчатого центробежного насоса 13.
8
BY 6637 C1
Применение предложенного высокоскоростного забойного электродвигателя 12 совместно с понижающим редуктором 11 позволило без применения дополнительного привода
обеспечить одновременно необходимую малую скорость для вращения породоразрушающего инструмента 10 и требуемую достаточно большую скорость вращения лопаток рабочих колес (на чертежах не показаны) многоступенчатого центробежного насоса 13.
При вращении породоразрушающего инструмента 10 в забое скважины 8 происходит
разрушение пород, смешивание их частиц с промывочной жидкостью, а также происходит
постоянное углубление и перемещение вниз невращающихся труб скважинной колонны 3.
Отсутствие необходимости вращения всех труб скважинной колонны 3 позволило при
их удлинении избавиться от увеличения мощности привода породоразрушающего инструмента, которая всегда остается незначительной и сравнительно стабильной независимо
от глубины бурения скважин и увеличения общего веса скважинной колонны, что расширяет функциональные и технологические возможности установки.
Кроме того, отсутствие необходимости во вращении труб скважинной колонны 3 дало
возможность непосредственно к ним крепить энергопитающий кабель 41, что предотвращает его повреждение и увеличивает долговечность, а также способствует повышению
надежности и работоспособности установки.
Применение фиксирующих штифтов 40 в соединительных замках 24, исключающих
вращение труб скважинной колонны 3 друг относительно друга, предотвращает повреждение энергопитающего кабеля 41, а также повышает надежность и работоспособность
установки.
Использование эластичных быстросъемных электроизоляционных втулок 46 и соответствующих быстросъемных хомутов 47 позволяет, не останавливая процесс бурения,
осуществлять крепление энергопитающего кабеля 41 к постепенно перемещающимся вниз
(но не вращающимся) трубам скважинной колонны 3, что значительно сокращает потери
времени и повышает производительность установки.
Одновременно с началом бурения скважины с помощью многоступенчатого центробежного насоса 13 через отверстия 19 цилиндрической втулки 18 начинается всасывание
промывочной жидкости в заборную камеру 20.
Причем наличие отверстий 19 и их равномерное размещение по всей боковой поверхности цилиндрической втулки 18 значительно улучшает заборные способности камеры 20,
что повышает эффективность работы многоступенчатого центробежного насоса 13 и установки в целом.
Промывочная жидкость из заборной камеры 20 с помощью лопаток рабочих колес (на
чертеже не показаны) многоступенчатого центробежного насоса 13 на большой скорости
поступает через его нагнетательный патрубок 26 и отверстие 35 эжектора 14 в его внутреннюю конусообразную полость 22, где происходит активное разряжение.
Причем разряжение создается достаточным для всасывания не только дополнительной
промывочной жидкости, но и смешанных с ней частиц разбуренных пород, поступающих
из забоя скважины через обходной патрубок 28 и отверстие 27 на боковой поверхности
конусообразной полости 22 и эжектора 14.
Поступившая в конусообразную полость 22 эжектора 14 промывочная жидкость с частицами разрушенных пород мгновенно подхватывается мощным гидравлическим потоком, созданным многоступенчатым центробежным насосом 13, и беспрепятственно через
диффузорный патрубок 23 ускоренно перемещается по трубам скважинной колонны 3,
сливному патрубку 4 и эластичному рукаву 5 в отстойник 6.
Выполнение конусообразной полости 22 в эжекторе 4 с плавными изгибами и переходами, а также с отсутствием в ней каких-либо посторонних деталей и узлов позволило
обеспечить беспрепятственное перемещение разбуренных пород, что значительно ускоряет гидроциркуляцию.
9
BY 6637 C1
Применение в гидроциркуляционной системе дугообразного сливного патрубка 4 с
предложенными размерами радиуса и угла изгиба позволяет значительно уменьшить в
нем гидравлическое сопротивление, что дополнительно облегчает процесс доставки частиц разбуренных пород из забоя скважины на поверхность.
В отстойнике частицы разбуренных пород оседают на дно, а осветленная промывочная жидкость через промежуточный канал 9 самотеком поступает обратно в скважину.
Таким образом, создана простая, но достаточно эффективная гидроциркуляционная
система выноса частиц разрушенных пород из забоя скважины на поверхность.
Благодаря применению предложенной ускоренной циркуляции промывочной жидкости не происходит большого скопления (затора) частиц разбуренных пород в забое скважины, а следовательно, породоразрушающий инструмент 10 не испытывает дополнительных сопротивлений и быстрее углубляется, что повышает производительность установки.
Причем ускоренная циркуляция промывочной жидкости обеспечивает не только своевременное удаление частиц разбуренных пород из забоя, но и не позволяет им подниматься до уровня заборной камеры 20 и предотвращает нежелательное взаимодействие с деталями многоступенчатого центробежного насоса 13, что предотвращает преждевременный
износ этих деталей и повышает их долговечность, а также улучшает надежность и работоспособность установки.
Кроме того, чрезмерному подъему частиц разбуренных пород препятствует создаваемый при вращении породоразрушающего инструмента 10 горизонтальный турбулентный
гидравлический поток и наличие давления находящегося в скважине 8 столба промывочной жидкости, постоянно поступающей из отстойника 6, что также гарантирует надежность, долговечность и высокую работоспособность многоступенчатого центробежного
насоса 13 - основного исполнительного механизма установки.
Таким образом, данная установка в полной мере осуществляет предложенный способ
бурения скважин с обратной промывкой и гарантирует его преимущества.
Для прекращения процесса бурения скважины необходимо нажать на кнопку 45
"СТОП", в результате чего на ее выходе появляется сигнал, который поступает на третий
вход пускового блока 42 и вход элемента 62 НЕ.
Наличие сигнала на входе элемента 62 НЕ вызывает исчезновение сигнала на его выходе, третьих входах и выходах элементов 56, 57 И, втором входе элемента 58 ИЛИ (сброс
памяти), входе элемента 61 НЕ (сброс запрета включения команды "ВЛЕВО"), первом выходе пускового блока 42 и первом входе забойного электродвигателя 12, после чего прекращается вращение породоразрушающего инструмента 10 и лопаток рабочих колес (на
чертеже не показаны) многосекционного центробежного насоса 13, а также прекращается
бурение скважины и вынос частиц разбуренных пород из забоя на поверхность.
Кнопка 44 "ВЛЕВО" используется при ремонтно-наладочных работах и при заклиниваниях в забое, а именно тогда, когда появляется необходимость в обратном (реверсивном) вращении (против часовой стрелки) породоразрушающего инструмента 10, что повышает ремонтопригодность и значительно расширяет функциональные возможности установки.
Демонтаж труб скважинной колонны 3 осуществляется традиционным способом, путем
взаимодействия крюка 32 подъемной лебедки (на чертеже не показана) с серьгой 31 сливного патрубка 4 и путем установки опорной вилки (на чертеже не показана) трубомонтажного
устройства 2 в пазы 38 соответствующей трубы, за исключением лишь того, что при наращивании каждой последующей трубы не требуется подъем всех труб скважинной колонны
3 и последующий их возврат в крайнее нижнее положение, а достаточно лишь незначительного усилия для отворачивания и заворачивания не массивной и тяжелой дополнительной
трубы, а накидной гайки 33 на сливном патрубке 4, что ускоряет работы по демонтажу труб,
значительно снижает трудоемкость и повышает производительность.
Отсоединение энергопитающего кабеля 41 от труб скважинной колонны 3 при их
подъеме занимает мало времени, так как используются быстросъемные хомуты 47 и эла10
BY 6637 C1
стичные быстросъемные электроизоляционные втулки 46 с вертикальным разрезом 48,
что также ускоряет работу, снижает трудоемкость и повышает производительность.
Таким образом, на основании вышеизложенного очевидно, что предложенный способ
бурения скважин с обратной промывкой и установка для его осуществления имеют преимущества по сравнению с известными техническими решениями.
Во-первых, за счет расположения в скважине погружного электродвигателя и применения его для одновременного вращения породоразрушающего инструмента и многосекционного центробежного насоса удалось избавиться не только от компрессора с громоздкой пневмосистемой, конструктивно сложных распределительного и пульпоподающего
вертлюгов, мощного ротора с приводной трубой и громоздкой кинематической системой
и дополнительного привода гидронасоса, но также удалось при наращивании каждой последующей трубы избавиться от подъема, а затем возврата в крайнее нижнее положение
всех труб скважинной колонны, что значительно упрощает конструкцию установки, сокращает потери времени, повышает производительность, уменьшает капитальные и эксплуатационные затраты.
Во-вторых, за счет исключения вращательного движения всех труб скважинной колонны удалось применить для породоразрушающего инструмента не мощный, а маломощный забойный электродвигатель, нагрузка которого остается практически стабильной
независимо от глубины скважины и количества труб в скважинной колонне, так как она
определяется только усилием разрушения пород, что значительно снижает энергопотребление и эксплуатационные затраты, расширяет функциональные и технологические возможности установки.
В-третьих, за счет исключения необходимости вращения всех труб скважинной колонны появилась возможность крепить непосредственно к ним энергопитающий кабель
забойного электродвигателя, что предотвращает его повреждения и увеличивает долговечность, а также способствует повышению надежности и работоспособности установки,
сокращению простоев и повышению производительности.
В-четвертых, за счет применения соединительных замков удалось заменить отворачивание массивных и тяжелых труб в скважинной колонне отворачиванием значительно облегченных соответствующих накидных гаек, что снижает трудоемкость и улучшает условия обслуживания.
В-пятых, за счет применения в соединительных замках фиксирующих штифтов удалось исключить вращение труб в скважинной колонне (одна относительно другой) и предотвратить повреждение закрепленного на них энергопитающего кабеля забойного электродвигателя, что повышает надежность и работоспособность установки, сокращает простои и повышает производительность.
В-шестых, за счет отсутствия возможности вращения труб скважинной колонны и за
счет применения эластичных быстросъемных электроизоляционных втулок с вертикальным разрезом и соответствующих быстросъемных хомутов удалось, не останавливая процесс бурения, осуществить крепление энергопитающего кабеля к постепенно перемещающимся вниз невращающимся трубам скважинной колонны, что значительно сокращает потери времени и повышает производительность установки.
В-седьмых, за счет применения высокоскоростного забойного электродвигателя совместно с понижающим редуктором удалось одновременно обеспечить, с одной стороны,
необходимую малую скорость для вращения породоразрушающего инструмента, а с другой, - требуемую, достаточно большую скорость вращения лопаток многоступенчатого
центробежного насоса, гарантирующего образование необходимого разряжения во внутренней полости эжектора.
В-восьмых, за счет применения цилиндрической втулки с отверстиями, размещенными по всей ее боковой поверхности, удалось значительно улучшить заборные способности
11
BY 6637 C1
всасывающей камеры, что повышает эффективность работы многоступенчатого центробежного насоса и установки в целом.
В-девятых, за счет применения эжектора, многоступенчатого центробежного насоса и
высокоскоростного забойного электродвигателя удалось создать разряжение в конусообразной полости эжектора, достаточное для всасывания из забоя скважины в эту полость
посредством специального обходного патрубка не только промывочной жидкости, но и
частиц разбуренных пород, которые там мгновенно подхватываются и беспрепятственно
быстро переносятся в отстойник, что значительно упрощает и повышает эффективность
работы гидроциркуляционной системы.
В-десятых, за счет применения эжекторной гидроциркуляционной системы удалось
создать щадящий режим работы для многоступенчатого центробежного насоса, избавив
множество его деталей и узлов от взаимодействия с частицами разбуренных пород, что
значительно снижает их износ, повышает его долговечность и надежность работы, а также
работоспособность всей установки.
В-одиннадцатых, за счет выполнения в эжекторе конусообразной полости с плавными
изгибами и переходами, а также благодаря отсутствию в ней каких-либо посторонних деталей и узлов удалось обеспечить беспрепятственное перемещение промывочной жидкости и частиц разбуренных пород, что значительно ускоряет гидроциркуляцию.
В-двенадцатых, за счет высокоскоростного действия эжекторной гидроциркуляционной системы удалось избежать большого скопления частиц разбуренных пород в забое, а
также исключить связанное с этим увеличение сопротивления для породоразрушающего
инструмента и замедление его углубления, а кроме того, исключить увеличение нагрузки
и энергопотребления, что повышает надежность и работоспособность установки.
В-тринадцатых, за счет обеспечения ускоренной циркуляции промывочной жидкости
осуществляется не только своевременное удаление разбуренных частиц из забоя скважины, но и не допускается их подъем до уровня заборной камеры и нежелательное их взаимодействие с деталями многоступенчатого центробежного насоса, что также повышает
долговечность установки.
В-четырнадцатых, за счет применения предложенного сливного патрубка значительно
удалось уменьшить в нем гидравлическое сопротивление, что дополнительно облегчает
доставку разбуренных пород из забоя скважины в отстойник.
В-пятнадцатых, благодаря применению предложенной системы управления появилась
возможность в зависимости от производственной необходимости осуществлять реверсивное вращение породоразрушающего инструмента (особенно при ремонте и заклинивании
в забое), что расширяет функциональные возможности установки, а также повышает ее
работоспособность и ремонтопригодность.
Предложенный способ бурения скважин с обратной промывкой и установка для его
осуществления испытаны в производственных условиях и полностью подтвердили свои
преимущества.
Предложенный способ выгодно отличается от известных аналогичных способов тем,
что для его осуществления применена простая в изготовлении и удобная в обслуживании
установка с незначительной металлоемкостью и энергопотреблением, малыми капитальными и эксплуатационными затратами.
Заявляемый способ и установка для его осуществления могут быть широко использованы для бурения водозаборных и других скважин, а также применены для капитального
ремонта различных скважин (с прямой и обратной промывкой).
Источники информации:
1. SU 104336, 1954.
2. SU 1105593 A, 1984.
12
BY 6637 C1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
13
BY 6637 C1
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
Фиг. 10
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
14
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
282 Кб
Теги
by6637, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа