Техническая характеристика распределителя потока Д1

Диапазон регулирования подачи промывочной жидкости, л/мин ….. 0-160

Максимальное рабочее давление, МПа ………………………………… 63

Габариты (без присоединительных устройств), мм ………………..395х330х70

Масса, кг ……………………………………………………………………… 82

 

Применение эффективных распределителей потока и расходомеров позволяет снизить расходование промывочной жидкости при бурении поглощающих скважин до технически необходимости минимума.

Следует иметь в виду, что технически необходимый минимум подачи промывочной жидкости в скважину ниже оптимальной подачи, в связи с чем снижается механическая скорость бурения. Однако в связи с тем, что при переходе на уменьшенную подачу расход промывочной жидкости на 1 м проходки существенно снижается, метод оказывается экономически целесообразным.

Описанные расходомеры и делители потока могут использоваться при бурении не только поглощающих, но и других скважин.

Метод бурения поглощающих скважин с пониженной подачей промывочной жидкости в пределах технически необходимого минимума является мерой вынужденной и может быть рекомендован в тех случаях, когда поглощение ликвидировать не удается, а эффективные технические средства для бурения скважин без выхода промывочной жидкости на поверхность (с местной циркуляцией) отсутствуют.

Бурение поглощающих скважин с уменьшенной подачей жидкости в количествах, достаточных для эффективной работы колонковых снарядов с погружными насосами, в отличие от предыдущего метода, может производиться с оптимальным количеством промывочной жидкости, омывающей забой, что создает возможность, наряду со снижением расхода промывочной жидкости, обеспечить и более высокую механическую скорость бурения.

Для этих целей могут быть использованы погружные насосы с гидродвигателем и погружные струйные насосы.

Погружные струйные насосы конструктивно значительно проще. Практически все известные эжекторные колонковые снаряды предназначены для бурения с обратной промывкой, которая создается за счет подсасывания жидкости из колонковой трубы струйным насосом. Такие снаряды, как правило, пригодны для бурения в условиях поглощения промывочной жидкости, поскольку для получения оптимального количества промывочной жидкости в восходящем (эжектируемом) потоке расход жидкости с поверхности (рабочий поток) должен быть существенно больше. Коэффициент эжекции, т.е. отношение эжектируемого потока к рабочему, в эжекторных колонковых снарядах колеблется обычно от 0,3 до 0,8. Так, для того, чтобы создать в призабойной части оптимальный эжектируемый поток, рабочий расход жидкости с поверхности при коэффициенте эжекции, равном 0,5, должен быть в 2 раза больше. Однако, если применить струйный насос для прямой промывки забоя, то можно рабочий и эжектируемый потоки объединить. В этом случае объединенный поток можно поддерживать в оптимальных пределах при подаче с поверхности меньшего количества промывочной жидкости. Разработанная в «Центргеологии»приставка с погружным струйным насосом ПСН-89 состоит из трубчатого корпуса, в котором встроен струйный насос. В верхней части корпуса установлен переходник с каналами, гидравлически сообщающими камеру смешения с затрубным пространством; в каналах установлены подпружиненные клапаны.

При прокачивании рабочего потока промывочной жидкости через струйный насос создается разрежение, клапаны открываются, через открывающиеся каналы из затрубного пространства эжектируется поток, который смешивается с рабочим потоком, далее объединенный поток поступает к забою скважины. В случае возрастания гидравлических сопротивлений в колонковом снаряде клапаны закрываются, и к забою поступает только рабочий поток, который позволяет предотвратить аварийные ситуации.

При коэффициенте эжекции от 0,3 до 0,7 и гидравлических сопротивлениях до 2,0 МПа при подаче бурового насоса 45-75 л/мин объединенный поток увеличивается на 11-37 %.

7.8.3. Бурение поглощающих скважин с местной циркуляцией промывочной
жидкости

 

В табл. приводится разработанная в ТулНИГП классификация технических средств и способов создания местной циркуляции промывочной жидкости при бурении поглощающих скважин, в основу которой положены режим расходования жидкости, подаваемой с поверхности, тип погружного насоса и способ создания местной циркуляции промывочной жидкости.

Выделяются два основных режима расходования жидкости, подаваемой с поверхности:

- пониженный расход и

- безрасходный режим.

Безнасосный способ бурения в известных технических средствах использует два основных метода создания местной циркуляции в скважине:

· принудительное механическое расхаживание бурового снаряда с помощью лебедки или вращателя бурового станка и

· периодическое изменение уровня жидкости в бурильных трубах с помощью компрессора.

Метод принудительного расхаживания бурового снаряда с помощью лебедки или шпинделя бурового станка используется в широко известных колонковых снарядах безнасосного бурения.

Суть метода заключается в том, что в процессе бурения одновременно с вращением колонковый снаряд периодически приподнимают, а затем сбрасывают на забой. При безнасосном бурении в зависимости от вида и количества шлама могут применяться колонковые снаряды: без шламовых труб; с открытыми шламовыми трубами, устанавливаемыми над переходником; с закрытыми шламовыми трубами, устанавливаемыми внутри колонковых труб. Последние колонковые снаряды предпочтительнее. При большом количестве шлама могут применяться одновременно открытые и закрытые шламовые трубы.

Достоинством метода является его простота и доступность, а также возможность повысить выход керна в сложных геологических условиях, в связи с чем этот метод применяется и при отсутствии поглощений промывочной жидкости.

Недостатками метода являются низкая производительность бурения, высокая трудоемкость расхаживания снаряда, повышенный износ бурового станка и инструмента.

Периодическое изменение уровня жидкости в бурильных трубах с помощью компрессора известно в безнасосном варианте с применением пневматических пульсационных насосов.

Способ промывки забоя скважины при безнасосном бурении с применением компрессора осуществляется следующим образом. Сжатый воздух, подаваемый под давлением от компрессора в колонну бурильных труб, снижает в ней уровень воды, продавливая ее через зазор между керном и колонковой трубой в кольцевое пространство скважины, омывая при этом забой и вынося шлам из-под коронки в шламовую трубу открытого типа. После прекращения подачи воздуха уровень жидкости в бурильных трубах восстанавливается. При подаче воздуха происходит прямая местная циркуляция жидкости в скважине, при прекращении подачи воздуха – обратная.

Простота способа является его достоинством. Недостатками являются низкое качество очистки забоя в связи с большой длительностью пауз между периодическими изменениями уровня, особенно с увеличением глубины скважин, когда значительно возрастают затраты времени на заполнение воздухом нагнетательной системы, а также неэффективное использование компрессора.

С применением погружных пневматических пульсационных насосов периодическое изменение уровня жидкости в бурильных трубах для создания местной циркуляции реализуется с приводом от компрессора или вакуум-насоса.

Погружные пульсационные насосы, использующие для создания местной циркуляции периодическое изменение уровня жидкости в бурильных трубах, имеют низкую производительность, что является причиной недостаточной очистки забоя и снижения скорости бурения и обладают малой надежностью местной циркуляции промывочной жидкости, что может привести к нарушению циркуляции вплоть до прекращения промывки.

Эрлифтный насос для создания местной циркуляции жидкости по наиболее распространенной схеме работает за счет аэрирования жидкости в водоподъемных трубах, приводящего к снижению плотности ее в сравнении с плотностью жидкости в затрубном пространстве, благодаря чему по закону сообщающихся сосудов менее плотная жидкость поднимается вверх. Вследствие возникновения перепада давлений в сообщающихся каналах жидкость из затрубного пространства через внутреннюю полость колонковой трубы начинает поступать внутрь колонны водоподъемных труб; таким образом создается местная (призабойная) циркуляция пластовых вод в скважине.

Комплекс технических средств КОЭН конструкции ВИТРа для бурения с эрлифтной промывкой состоит из наземного и скважинного оборудования. В комплект наземного оборудования входят буровой станок, компрессор высокого давления ВК-25, лебедка для подъема полиэтиленовых трубок из колонны бурильных труб, центробежный вихревой насос, расходомер, масловлагоотделитель, градирня и др.

От компрессора (рис.) по бурильным трубам 1, воздухопроводящей трубке 4 сжатый воздух подается к смесителю 6, после которого аэрированная жидкость поднимается вверх по водоподъемным трубам 5 и изливается через отверстия в переходнике 3 над уровнем пластовых вод в скважине. Образующаяся за счет перепада давлений местная циркуляция жидкости в скважине обеспечивает охлаждение породоразрушающего инструмента и очистку забоя. Для сбора шлама выше колонковой трубы 8 установлены шламовые трубы 7 открытого и закрытого типов. В комплекте КОЭН применяются гибкие полиэтиленовые воздухопроводные трубки.

Эрлифтные насосы, использующие водоподъемные (бурильные) трубы диаметром 50 и 60,3 мм и воздухоподводящие полиэтиленовые трубы диаметром 16/12 мм при длине эрлифта 70 м могут обеспечить подачу промывочной жидкости (интенсивность местной циркуляции) 50-70 л/мин и рабочий напор 0,1-0,2 МПа при расходе воздуха 0,6-0,9 м³/мин.

Эрлифтный насос конструкции «Красноярскгеоло-гии» (рис.) работает следующим образом.

Воздух от компрессора по нагнетательному шлангу 5 через промывочный сальник направляется по бурильным трубам к смесителю 3, соединительному с затрубным пространством. Воздушно-водяная смесь из смесителя 3 проходит в затрубное пространство и поднимается вверх, а ее место заполняется промывочной жидкостью, поступающей от забоя. Выделяющийся из аэрированной жидкости воздух выходит на поверхность через устье скважины, а жидкость через отверстия в водосборнике 4 поступает из скважины в кольцевое пространство между наружной 1 и внутренней 2 трубами и далее к забою, омыв который, она течет вверх.

При создании обратной циркуляции промывочной жидкости смеситель 3 заменяют (он не сообщается с затрубным пространством), а водосборник 4 должен играть роль водосбрасывателя и располагаться выше статического уровня жидкости.

Длина эрлифтной колонны при прямой промывке составляет около 150 м, а при обратной 75-80 м. Для создания прямой промывки смеситель погружают
на 50-70 м ниже статического уровня, что обеспечивает получение перепада давления 1,0-1,2 МПа. При обратной промывке смеситель 3 погружают под статический уровень воды в скважине на 55-65 м, что обеспечивает перепад давления около 0,5 МПа.

Основным преимуществом эрлифтных насосов является отсутствие подвижных деталей (поршней, клапанов, штоков и т.п.), которые быстро выходят из строя в абразивной среде. Важным достоинством является более интенсивная и более надежная циркуляция в сравнении с безнасосным бурением и применением пульсационных насосов.

Недостатком эрлифтных насосов является невозможность работы при низких уровнях пластовых вод в скважине. Начальная глубина погружения смесителя эрлифта под уровень жидкости должна быть не менее высоты подъема аэрированной жидкости над ее статическим уровнем, поэтому смеситель в неглубоких скважинах располагают обычно ниже статического уровня на глубине, соответствующей 1/3 расстояния от статического уровня до забоя скважины.

Для осуществления эрлифтной промывки требуется применение большого количества сложного специального оборудования и технологического инструмента, что снижает рентабельность работ.

Центробежные погружные насосы с электроприводом для создания местной циркуляции жидкости при бурении геологоразведочных скважин в условиях поглощения практически не применяются, прежде всего, из-за сложности передачи электроэнергии к погружному насосу.

Шнековые насосы для создания местной циркуляции жидкости в скважине известны в трех основных вариантах:

- с расположением шнековой спирали внутри колонковой трубы,

- с расположением шнековой спирали внутри и снаружи колонковой трубы,

- с расположением шнековой спирали внутри колонковой трубы и над нею.

В целом шнековые насосы малопроизводительны и не обеспечивают надежной циркуляции промывочной жидкости.

Лопастной насос для создания местной циркуляции промывочной жидкости в скважине применен в буровом снаряде, изображенном на рис.

От колонны бурильных труб 6 вращение и осевое давление передаются через переходник 5 на трубу 4 и через переходник 3 колонковой трубы 1 породоразрушающему инструменту 2. Вместе с трубой 4 вращаются рабочие колеса 7. При этом жидкость, заполняющая призабойную часть скважины, захватывается рабочими колесами 7 и нагнетается в нисходящем направлении вдоль скважины. Затем она протекает между колонковой трубой и стенками скважины к породоразрушающему инструменту. Омыв последний, жидкость внутри колонковой трубы приобретает восходящее направление. Она движется по каналам 13, 12 и 11 и выбрасывается в зону всасывания.

Шнеко-лопастной насос в устройстве для бурения скважин с обратной промывкой (рис.) работает следующим образом.

При вращении бурового става 1 шнековые лопасти 2 воздействует на промывочную жидкость, т.е. сообщают ей гидродинамический напор, аналогичный тому, который создается вращающимися лопастями в осевых насосах, и подают промывочную жидкость в сторону забоя скважины. Одновременно шнековые лопасти закручивают промывочную жидкость вокруг оси скважины.

Закрученный поток жидкости, проходя между лопатками 3 ротора 4, вращает эти лопатки, а вместе с ними и ротор. Под действием центробежных сил лопатки смещаются от оси бурового става и прижимаются к стенкам скважины. В результате притормаживания о стенки скважины лопаток 3 их частота вращения будет меньше частоты вращения закрученного лопастями 2 потока промывочной жидкости.

Задавая форму выправляющих лопаток с учетом их вращения вокруг оси скважины с определенной частотой, можно достичь положения, когда после прохода через выправляющие лопатки раскрученный поток жидкости будет иметь направление, параллельное оси скважины. Последовательное чередование шнековых лопастей и выправляющих лопаток позволяет получить подобие многоступенчатого осевого насоса, что позволяет создавать у забоя буримой скважины необходимое давление. У забоя скважины промывочная жидкость (за счет турбулентного движения) захватывает буровую мелочь и в виде пульпы подает ее через промывочные каналы породоразрушающего инструмента 5 по полому буровому ставу 1 из скважины и далее за пределы буровой установки.

Лопастные и особенно шнеколопастные насосы позволяют интенсифицировать местную циркуляцию промывочной жидкости, что, несмотря на существенное усложнение конструкции, может сделать возможным их применение при бурении поглощающих скважин.

Винтовые насосы для создания местной циркуляции жидкости в скважине известны в дух основных вариантах:

- с удержанием от вращения обоймы насоса,

- с удержанием от вращения винта насоса.

Однако в известных технических решениях не обеспечивается надежное удержание обоймы или винта от вращения.

Погружные поршневые насосы являются наиболее надежным техническим средством для создания местной (призабойной) циркуляции промывочной жидкости. Местная циркуляция жидкости в скважине поршневыми насосами создается путем принудительного возвратно-поступательного перемещения поршня (или цилиндра) погружного насоса, осуществляемого с помощью механического, пневматического или гидравлического привода.

В погружных насосах с механическим приводом в качестве приводного устройства обычно используются лебедка или шпиндель (вращатель) бурового станка, а в качестве передаточного звена от приводного устройства к исполнительному органу применяются бурильные трубы, трос с ловителем, валы (штоки) с фигурным пазом и т.д.

Погружные поршневые насосы, и, в частности, используемые для передачи усилия от лебедки или шпинделя станка к поршню (цилиндру) насоса бурильные трубы, в отличие от пульсационных, эрлифтных, шнеко-лопастных и винтовых насосов, являются более надежным средством, способным обеспечить оптимальный режим местной промывки скважин.

Необходимость достаточно частого расхаживания всей колонны бурильных труб для привода поршневого насоса ведет к большим затратам мощности, повышенному износу оборудования и инструмента и увеличению вероятности аварий и поломок.

Применение троса внутри бурильных труб для расхаживания поршня или цилиндра поршневого насоса с помощью лебедки или шпинделя станка позволяет устранить некоторые из отмеченных недостатков.

Разработанный в ТулНИГП комплекс технических средств для создания местной циркуляции промывочной жидкости включает: погружной поршневой насос; захватное устройство скважинного оборудования (а.с. 927958); устройство для привода погружного насоса (а.с. 1137242); комплекс позволяет работать с любыми бурильными трубами, в том числе с малым внутренним каналом, при этом скручивание троса при вращении бурильных труб исключается.

Погружной поршневой насос (рис.) состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого размещен поршень 2, скрепленный с штоком 3. В корпусе имеется вертикальный канал, в котором установлен клапан 4. В корпусе верхнего переходника 5 выполнены каналы 6 для прохода промывочной жидкости. В вертикальном канале размещен клапан 7. Между поршнем и верхним переходником внутри цилиндра установлена возвратная пружина 8. В корпусе нижнего переходника 9 в осевом канале размещен клапан 10.

Погружной насос размещается в составе бурового снаряда между захватным устройством (на рис. показана только труба 11, внутри которой размещено указанное устройство) и внутренней шламовой трубой, которая необходима для очистки промывочной жидкости от шлама. Внутренняя шламовая труба состоит из трубчатого корпуса 12, внутри которого в переходнике 13 установлена на резьбе трубка 14 с фигурным наголовником 15. В верхней части трубки выполнены окна для промывочной жидкости. Наголовник служит для изменения направления потока промывочной жидкости с целью повышения эффективности осаждения шлама внутри шламовой трубы.

Захватное устройство (рис.) состоит из овершота (детали 1-4), захватного узла (дет.5-10) и гасящего узла (дет.11-14).

Овершот состоит из двух стержней разного диаметра, соединенных на резьбе. Верхний стержень 1 большого диаметра, выполняющий роль утяжелителя, соединен со стальным канатом 2. На нижнем стержне 3, имеющем конусную захватную головку, размещена фигурная втулка 4. Наружная поверхность втулки представляет собой цилиндр с коническим переходом в цилиндр большого диаметра. Нижнему торцу цилиндра большого диаметра придана коническая форма.

Захватный узел состоит из корпуса 5, соединенного с штоком 6 погружного поршневого насоса. В верхней части корпуса 5 на осях 7 установлены захватные защелки 8. Захватные защелки подпружинены пластинчатыми пружинами 9, закрепленными к корпусу и защелкам 8 винтами 10.

Гасящее устройство состоит из кольца 11 с наружной кольцевой проточкой, размещенного в цилиндрической полости корпуса 5 и смонтированного в боковой стенке корпуса фиксирующего устройства, представляющего собой штифт 12
(с круглой головкой и буртиком) и цилиндрическую пружину 13, поджимаемую
винтом 14.

Трубчатый корпус, внутри которого размещен захватный узел с гасящим устройством, состоит из трубы 15 и соединенных с нею двух переходников: верхнего 16 и нижнего 17.

Погружной поршневой насос в комплекте с захватным устройством в составе колонкового снаряда опускается в скважину. Затем внутри бурильных труб 18 на стальном канате 2 в скважину опускают овершот, оснащенный захватной головкой. Перед спуском овершота в скважину фигурную втулку 4 устанавливают в верхней части нижнего стержня 3 вплотную к торцу верхнего стержня – утяжелителя 1 и слабо фиксируют одним из способов: путем насадки на густую смазку, на несхватывающуюся вязкую консистентную смесь, путем плотного надевания верхней части втулки на полую расширяющуюся верхнюю часть нижнего стержня и т.д.

При ударе захватная головка раздвигает подпружиненные захватные защелки 8, которые под воздействием пластинчатых пружин 9 закрываются, плотно охватывая нижний стержень 3 (это положение изображено на рис.). Верхняя часть защелок выполнена с уклоном внутрь, что улучшает условия попадания и прохождения головки в захватный узел. Продолжая двигаться вниз во внутренней цилиндрической полости корпуса 5, заполненной жидкостью, захватная головка овершота ударяется о кольцо 11, при этом штифт 12 утапливается, сжимая пружину 13. Овершот вместе с освободившимся кольцом 11, внутренняя конусная расточка которого плотно прилегает к захватной головке, имеющей с ней близкую или одинаковую конусность, замедляет движение. В данном случае кольцо 11, установленное в полости корпуса 5 с небольшим зазором, будучи плотно сочлененным с конусной захватной головкой, представляет собой своеобразный поршень, который гасит скорость движения овершота.

После удара захватной головки о захватный узел подачу стального каната 2 прекращают и делают натяжку вверх. Захватная головка захватывается защелками 8. После подъема овершота вверх до захвата головки защелками кольцо 11, имея открытой внутреннюю полость, без особых препятствий опускается вниз, на дно внутренней полости корпуса 5.

Рабочий трос натягивается с помощью поверхностного приводного устройства и поршню поршневого погружного насоса сообщается возвратно-поступательное движение.

Устройство для привода погружного насоса (рис.) работает следующим образом.

При вращении бурильной колонны 3 приводится во вращение приводной вал 1, при этом палец-поводок 5 движется по замкнутой винтовой резьбе 2, обеспечивая возвратно-поступательное движение гильзы 4, а вместе с нею лебедки 9 с тросом 10. Трос, посредством захватного устройства (см. рис.) соединенный с штоком 8 погружного поршневого насоса (см. рис.), при рабочем ходе вверх перемещает поршень 2, сжимая пружину 15. В этот момент клапан 17 открывается и происходит засасывание промывочной жидкости из призабойной части, а жидкость из полости над поршнем вытесняется через клапан 12 в затрубное пространство. Обратный ход поршня осуществляется за счет воздействия возвратной пружины 15, при этом клапаны 12 и 17 закрыты, а клапан 6 открыт, в результате чего промывочная жидкость из поршневой полости вытесняется в надпоршневую полость. При следующем ходе поршня вверх цикл повторяется.

Гильза 4 приводного устройства (см. рис.) удерживается от проворачивания жестко скрепленными с ней втулками 12. Корпус 8 лебедки 9 вращается совместно с бурильной колонной 3 и приводным валом, опираясь на подшипник 7. По мере углубления скважины все устройство для привода погружного насоса совместно с бурильной колонной опускается по неподвижным штокам 11.

Для того, чтобы в нужный момент, например, по окончании рейса, поднять из скважины колонковый снаряд с погружным насосом, отсоединяют овершот захватного устройства (см. рис.) путем его резкого опускания вниз. Не имея ограничения хода в виде кольца (оно находится в нижней части), овершот падает вниз, при этом фигурная втулка 4, установленная на нижнем стержне 3, корпусной частью ударяется о захватные защелки 8, раскрывая их, и оказывается захваченной защелками 8 в части, имеющей меньший диаметр. После этого начинают извлекать стальной канат с овершотом. Нижний стержень движется вверх внутри фигурной втулки, захваченной защелками. Фиксация втулки в верхней части нижнего стержня делается достаточной для того, чтобы во время спуска овершота внутри бурильных труб обеспечить ее удержание в месте установки. Однако силы сцепления между втулкой и стержнем оказываются недостаточными при натяжении стержня вверх и при захвате втулки захватными защелками.

Нижний стержень движется внутри втулки до тех пор, пока захватная часть головки войдет в плотное соприкосновение с конусным торцом фигурной втулки, так как конусность их одинакова. При дальнейшем движении овершота вверх конусной переходной поверхностью втулки 4 раскрываются защелки 8. Овершот освобождается и его поднимают на поверхность.

Длина нижнего стержня 3 овершота, высота корпуса 5 захватного узла (соответственно и глубина внутренней цилиндрической полости в нем), размеры и масса верхнего стержня – утяжелителя 1 выбираются такими, чтобы набранная при падении овершота кинетическая энергия была достаточной для проталкивания фигурной втулки 4 и захвата ее защелками.

Подготовка захватного устройства к следующему рейсу (циклу работы) заключается в фиксации кольца 11 внутри корпуса 5 штифтом 12 и в фиксации фигурной втулки 4 в верхней части нижнего стержня одним из описанных способов.

Описанный комплекс, обладая определенными достоинствами, не лишен ряда недостатков:

- необходимость устранения слабины троса, возникающей вследствие его вытяжки при знакопеременных нагрузках;

- небольшая канатоемкость барабана, что снижает возможную глубину бурения.

Погружные поршневые насосы для создания местной циркуляции с приводом от поверхностного бурового насоса с пульсатором и передачей приводных усилий (импульсов) по гидроштанге, т.е. по жидкости во внутренней полости бурильных труб, используют четыре основных типа пульсаторов в виде (см. табл.):

- клапанной коробки с неподвижным клапаном и подвижными седлами;

- предохранительного клапана гидроударного действия;

- трехходового крана, управляемого электромагнитом от пускателя, оснащенного реле времени;

- нагнетательного клапана с подпружиненным в нем обратном клапаном.

Конструктивно простым и надежным является пульсатор, входящий в состав устройства для создания призабойной циркуляции промывочной жидкости, разработанного в ТулНИГП.

Устройство (рис.) работает следующим образом.

Приводной буровой насос 3, засосав при обратном ходе плунжера 9 воду из емкости 5 через всасывающий шланг 8, вытесняет ее при рабочем ходе плунжера через пульсатор 4 в нагнетательный шланг 6 и далее через сальник 7 и бурильные трубы 1 в погружной насос 2. При рабочем ходе плунжера всасывающий клапан 10 закрыт, пульсатор в сборе вытесняемой жидкостью поднимается, сжимая пружину 14 и сообщая рабочий цилиндр приводного насоса 3 с нагнетательной линией. Обратный клапан 15 при этом поджат усилием пружины 17 и давлением вытесняемой жидкости к седлу 16. До заполнения водой нагнетательной линии (нагнетательный шланг, сальник, бурильные трубы, рабочие полости погружного насоса) пульсатор работает как обычный нагнетательный клапан. Когда система заполнится водой, вытесняемая из цилиндра приводного насоса при каждом рабочем ходе плунжера порция воды приводит в действие погружной насос 2, обеспечивая призабойную циркуляцию находящейся в скважине пластовой жидкости.

При обратном ходе плунжера 9 пульсатор (см. рис.) в сборе под действием пружины 14 «садится» в гнездо клапана 13, давление в цилиндре приводного насоса снижается, жидкость из нагнетательной линии под действием возвратной пружины погружного насоса и под действием гидростатического давления столба пластовой жидкости открывает обратный клапан 15, сжимая пружину 17, и вытесняется в рабочий цилиндр приводного насоса.

При каждом следующем рабочем ходе плунжера 9 порция жидкости вытесняется в рабочую камеру погружного насоса, при обратном ходе – вновь возвращается в цилиндр приводного насоса и т.д.

Предварительным поджатием обратного клапана 15 к седлу 16 пружиной 17 в нагнетательной линии создается и поддерживается определенное давление сверх атмосферного (контролируется по показаниям манометра 11).

В этом случае, несмотря на утечки воды через неплотные соединения, нагнетательная магистраль будет всегда заполнена жидкостью и каждый рабочий ход плунжера бурового насоса будет производить полностью весь объем работы по приводу погружного насоса, обеспечивая непрерывность и устойчивый режим призабойной циркуляции промывочной жидкости, что способствует повышению эффективности бурения скважины.

Если в результате утечек жидкости через неплотные соединения нагнетательная магистраль окажется не полностью заполненной жидкостью, давление в ней в районе манометра уменьшится до атмосферного, в этом случае при обратном ходе плунжера 9 обратный клапан 15 под действием усилия предварительно поджатой пружиной 17 остается закрытым, а всасывающий клапан 10 под действием возникающего в цилиндре приводного насоса разрежения откроется, и произойдет всасывание жидкости из емкости 5. Всасывание жидкости, таким образом, происходит автоматически по мере ее расходования в процессе работы, что исключает перерывы в работе погружного насоса и, обеспечивает устойчивый режим призабойной циркуляции.

При отсутствии утечек жидкости нет необходимости в ее пополнении, в связи с чем всасывающий клапан остается закрытым. Регулирование количества циркулирующей через буровой снаряд промывочной жидкости (регулирование подачи погружного насоса) осуществляют изменением числа ходов плунжера приводного насоса.

Входящий в состав комплекса технических средств для призабойной (местной) циркуляции промывочной жидкости погружной насос в составе колонны бурильных труб опускается в скважину, заполненную пластовыми водами (промывочной жидкостью).

При помощи пульсатора (см. рис.) в рабочую камеру погружного насоса (рис.) подается пульсирующее давление, под действием усилия от которого приводной плунжер 1 и связанный с ним штоком 2 насосный плунжер 3 перемещается вниз, сжимая размещенную на штоке между опорными кольцами 4 и 5 пружину 6 и вытесняя жидкость из насосной камеры 7 через каналы 8 в полость 9 и далее, открывая выпускной клапан 10, в колонну бурильных труб и буровой снаряд к забою скважины. Когда с помощью пульсатора давление от приводного насоса снимается, то под действием возвратной реакции пружины 6, передаваемой нижнему торцу приводного плунжера 1 через верхнее опорное кольцо 4, и под действием усилия на нижний торец насосного плунжера 3 от гидростатического давления затрубного столба жидкости, гидравлически связанной с насосной камерой через каналы 11, полость 12 и впускной клапан 13, плунжеры 1 и 3 возвращаются в исходное положение, при этом через открывающийся выпускной клапан 13 жидкость из затрубного пространства заполняет насосную камеру 7. Затем от пульсатора поступает очередной импульс, под действием которого плунжеры перемещаются вниз, вытесняя жидкость из камеры к забою скважины, т.е. цикл повторяется.

Компенсация гидравлических ударов при обратном ходе насосного плунжера обеспечивается за счет упругого сжатия рабочей пружины 6, для чего последняя устанавливается на штоке 2, связывающем приводной 1 и насосный 3 плунжеры, и взаимодействует с приводным и насосным плунжерами через посредство подвижных по штоку опорных колец 4 и 5.

В связи с размещением всех клапанов погружного насоса, включая впускной, выпускной и вспомогательный, на герметической оси насоса, являющейся осью вращения, устраняется вредное влияние центробежных сил на работу клапанов. Они занимают устойчивое центральное положение, что позволяет повысить надежность работы погружного насоса. Такое размещение позволяет применить относительно большие по размеру клапаны, в том числе клапаны от буровых насосов, что обеспечивает большую подачу насоса, необходимую для эффективной очистки забоя скважины.

В случае заполнения штоковой полости жидкостью через недостаточно плотные соединения излишек жидкости вытесняется при обратном ходе насосного плунжера 3 через имеющиеся в нем каналы 14, 15, открыв клапан 16, не в затрубное пространство (как по а.с. 126826), а в насосную камеру 7, что способствует дополнительному повышению эффективности погружного насоса.

Размещение каналов 11 по касательной к внутренней поверхности полости 12 предотвращает выбрасывание жидкости из полости под действием центробежных сил из-за отсутствия прямых (радиальных) каналов, совпадающих с направлением действия центробежных сил. В связи с тем, что каналы 11 ориентированы в сторону вращения, образуется скоростной напор затрубной жидкости, способствующий повышению эффективности всасывания и, соответственно, КПД погружного насоса.

Шарнирное соединение штока 2 с насосным плунжером, обеспечивающее угловое и радиальное смещение их относительно друг друга, предотвращает возможность заклинивания плунжеров в корпусных деталях погружного насоса, через которые в процессе бурения передаются осевые нагрузки и крутящий момент породоразрушающему инструменту. Шарнирное соединение легко разбирается и собирается после извлечения блока плунжеров из корпуса.

Комбинированные эрлифтно-поршневые насосы для создания местной циркуляции в скважине используют эрлифтный насос, а при увеличении гидравлических сопротивлений и прекращении циркуляции – поршневой насос.

Достоинством комбинированных эрлифтно-поршневых насосов (см. табл.) является расширение области применения эрлифтного способа местной циркуляции.

Недостатками описанных устройств являются:

- сложность конструкции, большое число клапанов, местных сужений, карманов, повышающих вероятность зашламования устройств;

- трудоемкость применения погружного насоса, приводимого в действие путем расхаживания всей колонны бурильных труб с встроенными в нее насосами, что ведет к износу оборудования и инструмента и может сопровождаться поломками и авариями.

 

7.8.4. Оценка методов и рекомендации по бурению поглощающих скважин с
местной циркуляцией промывочной жидкости

 

Технические средства и способы, позволяющие обеспечить надежную местную циркуляцию промывочной жидкости в безрасходном режиме экономически более целесообразны, чем те, применение которых может лишь уменьшить расходование жидкости, подаваемой с поверхности буровым насосом.

Способы бурения с пониженным расходованием промывочной жидкости, при которых используются более простые технические средства, при отсутствии более эффективных средств, могут быть рекомендованы к производственному применению.

Недостатком безнасосного бурения является большая трудоемкость расхаживания всей колонны бурильных труб, что приводит к повышенному износу бурового инструмента и станка. Однако безнасосный способ бурения поглощающих скважин в его простейшем варианте может быть использован при отсутствии других, более эффективных средств и способов.

Известные колонковые снаряды для безнасосного бурения с использованием для механизации расхаживания призабойных устройств показали низкую надежность работы в связи с отсутствием эффективных способов удержания одного из узлов снаряда от вращения.

Пульсационные пневматические насосы, создающие местную циркуляцию промывочной жидкости путем периодического изменения уровня жидкости в бурильных трубах, имеют малую подачу и не гарантируют надежной циркуляции.

Эрлифтные насосы нашли в свое время применение при бурении геологоразведочных скважин, однако область их эффективного использования ограничена: они не могут применяться при низких уровнях пластовых вод, при больших глубинах, в скважинах малого диаметра. В связи с ненадежностью создаваемой эрлифтом местной циркуляции иногда применяют комбинированные эрл

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: