Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЬМАТАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ - Патент РФ 2025568
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЬМАТАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЬМАТАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЬМАТАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для кольматации стенок скважины. Сущность изобретения: в полом корпусе с присоединительными элементами в верхней и нижней частях для встраивания в бурильную колонну над долотом размещен винтообразный лопастной завихритель. Лопасти завихрителя совмещены с верхними кромками направляющих спиралей, а нижними кромками расположены на уровне входов в соответствующие сопла. Длина лопастей завихрителя удовлетворяет выражению, приведенному в описании изобретения. 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2025568
Класс(ы) патента: E21B37/02
Номер заявки: 4916088/03
Дата подачи заявки: 04.03.1991
Дата публикации: 30.12.1994
Заявитель(и): Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности (BY)
Автор(ы): Демяненко Николай Александрович[BY]; Бутов Юрий Александрович[BY]; Лерман Аркадий Самуилович[BY]
Патентообладатель(и): Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности (BY)
Описание изобретения: Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для кольматации стенок скважины.
Известно устройство для кольматации стенок скважины [1]. Недостатком этого устройства является низкая эффективность кольматации в высокопроницаемых трещинно-кавернозных породах.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для кольматации стенок скважины, устанавливаемое над буровым долотом с соплами [2] . Это устройство имеет несовершенную конструкцию, что не позволяет при работе создать прочный кольматационный слой в высокопроницаемых трещинно-кавернозных породах, требующих для создания прочного кольматационного слоя крупного кольматанта и высокого содержания кольматанта в растворе.
Цель изобретения - повышение эффективности изоляции высокопроницаемых пластов за счет обработки стенок скважины грубодисперсным кольматантом.
Это достигается тем, что устройство для кольматации стенок скважины, устанавливаемое над буровым долотом с соплами, снабжено расположенными винтообразно на внутренней поверхности корпуса сужающимися к входу в сопло направляющими спиралями для кольматанта, каждая из направляющих спиралей совмещена верхней своей кромкой с соответствующей полостью завихрителя, а нижней кромкой расположена на уровне входа в соответствующее сопло, при этом завихритель выполнен винтообразным, а длина его лопастей удовлетворяет выражению
l = , (1) где
r-δ+1)-2 - × (2)
Кс - требуемая концентрация твердой фазы в потоке бурового раствора, истекающем из сопла устройства, доли единицы;
rc - радиус выходного отверстия сопла, м;
Vc - скорость истечения бурового раствора из сопла, м/с;
Ко1 - начальная концентрация твердой фазы в буровом растворе в долях единицы;
rk - радиус осевого отверстия устройства, м;
Т - время движения бурового раствора в осевом отверстии устройства до полной сепарации частиц твердой фазы с заданным минимальным диаметром dм;
δ - высота винтообразной стенки желоба, м;
μ - динамическая вязкость бурового раствора, Па.с;
ρт - плотность твердой фазы, кг/м3;
ω - угловая скорость вращения лопастей завихрителя, 1/с.
На фиг. 1 изображено предложенное устройство; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента над долотом с соплом.
Устройство работает следующим образом.
Корпус 1 соединяется с валом турбобура или колонной бурильных труб и приводится ими во вращение. Подаваемый буровыми насосами рабочий агент (буровой раствор) на входе в осевое отверстие устройства за счет жестко соединенного с корпусом лопастного завихрителя 2 приобретает вихревое движение. Так как лопасти завихрителя выполнены винтообразными, то за счет этого происходит усиление завихряющего эффекта и увеличивается скорость движения потока винтовой траектории. Лопасти завихрителя сообщают рабочему агенту центробежное ускорение, которое будет тем больше, чем больше скорость вращения инструмента и интенсивность закручивания лопастей по винтовой линии. За счет центробежных сил происходит дифференциация (разделение) частиц твердой фазы (кольматанта) в рабочем агенте (буровом растворе) по радиусу потока. Причем в осевой части потока будет двигаться мелкий кольматант, а к периферийной части потока крупностью частиц будет возрастать. Кольматант крупных фракций будет опускаться по внутренней стенке корпуса и, попадая в сужающийся желоб, по нему будет стремиться вместе с потоком к рабочему соплу 8.
За счет сужения желоба концентрация кольматанта в пристенном потоке рабочего агента будет возрастать. В рабочее сопло 8 будет поступать рабочий агент с высокой концентрацией крупного кольматанта, что значительно усилит эффект кольматации при вскрытии бурением высокопроницаемых трещинно-кавернозных пластов. Фракционный состав кольматанта, а также и его концентрация в рабочем потоке, поступающем в сопло, регулируется высотой стенок желоба и длиной лопастей завихрителя.
Так как винтообразная стенка желоба является органическим продолжением лопасти завихрителя, а с другой стороны желоб ограничен стенкой, начинающейся у противоположной лопасти и заканчивающейся у входа в сопло 8, то потери грубодисперсного (крупного) кольматанта сведены к минимуму.
Высота лопастей завихрителя должен быть такой, чтобы обеспечивать в потоке бурового раствора, истекающего из сопла 8, концентрацию твердой фазы не менее значения равного Кс.
Пусть начальная концентрация частиц твердой фазы диаметром di в буровом растворе, поступающем на вход в осевом отверстии кольматирующего устройства, задана соотношением
d1 - m1,%
d2 - m2,%
d3 - m3,%
.....
dk - mk,%
Радиус осевого отверстия кольматирующего устройства равна rk. Лопасти завихрителя и основной стенки желоба (стенка 5), которая собирает сепарированные частицы твердой фазы из пристенного слоя в осевом отверстии и направляет их в сопло, выполнены в виде винтообразной закрученной плоскости, перпендикулярной стенке корпуса устройства и имеющей высоту δ.
Расход жидкости, поступающей на вход в кольматирующее устройство, составляет q0. Очевидно, что скорость потока в любой точке осевого устройства одинакова и равна Vo
V0= , (1)
где dк = 2rk, Если на входе в кольмататор в верхней части корпуса бесконечно тонкий поперечный слой радиусом rk, концентрация твердой фазы в этом случае будет равна
K0= 0,01mi (2) При полной сепарации твердая фаза будет занимать площадь равную
ST = Ko П rk2 . (3) Если эта твердая фаза равномерно распределяется в радиальном сечении в пристенном слое в виде кольца толщиной δ, то площадь, занимаемую твердой фазой, можно выразить уравнением
ST = П rk2 - П rn2, (4) где rn - радиус пространства в осевом отверстии устройства, занимаемого чистой жидкостью (жидкостью без твердой фазы). Приравнивая выражения (3) и (4), получим
Kork2 = rk2 - rn2, (5) отсюда rn= r . (6) Тогда толщина кольца, занимаемого по периферии осевого отверстия полностью сепарированной твердой фазой, будет равна
δ = rk-rn= r1- (7) Рассчитаем высоту лопастей устройства, которые обеспечат при прохождении потока через осевое отверстие полную сепарацию частиц твердой фазы диаметром, большим диаметра некоторой минимальной частицы dm = min {di}, где = 1,2,3...j. Искомую высоту можно рассчитать из предложения, что любая твердая частица наименьшего диаметра dм попадает за время движения по вертикали вниз на периферию в слой δ.
Выбираем ось Z, совпадающую с осью устройства. На твердую частицу, движущуюся вниз в потоке в радиальном сечении, будет действовать сила вязкостного трения Fтр и центробежная сила Fц.
Очевидно, что Fтр = α , (8) где α - коэффициент вязкостного трения;
- скорость движения частицы в радиальной плоскости.
Коэффициент вязкостного трения можно вычислить по формуле Стокса
Fтр= 3Пμd (9)
Из выражений (8) и (9) видно, что
α=3Пμdм , (10) где μ - динамическая вязкость жидкости, Па.с.
Центробежную силу можно выразить следующим образом:
Fц= mω2r = Пd3мρтω2r (11) где m - масса твердой частицы, кг;
ρт - плотность твердой фазы, кг/м3;
ω - угловая скорость вращения лопастей, 1/с;
r - радиальная координата расположения частицы твердой фазы, м. Обозначив через , для координаты r получим уравнение
Πd3мρтω2r = 3Πμdм (12) Разделив переменные, получим
= dt (13)
Интегрируя выражение (13), получим
lnr/o= t , (14) для решения уравнения (14) воспользуемся разложением в ряд функции ln(r+1)=lnr + + + 5+... (15) справедливом при r > 0.
Отсюда получим
lnr = ln(r+1)-2 (16) Ограничиваясь тремя первыми членами разложения (16), запишем выражение (14) в виде
ln(rк-δ+1)-2 + 2 = T ,
(17) где Т - время движения частицы минимального диаметра dм в радиальной плоскости до попадания в слой δ.
Решив выражение (17) относительно Т, получим
T = ln(rк-δ+1)-2 - , (18) Отсюда следует, что для получения полной сепарации твердой фазы размером частиц не менее dм длина лопастей кольмататора должна быть равной
l = VoT . (19) Тогда, предполагая, что средняя концентрация твердой фазы в тонком кольцевом слое толщиной δ пропорциональна фактической высоте лопастей l, найдем фактическую концентрацию твердой фазы в этом кольце после выхода потока из радиального сечения в плоскости окончания лопастей:
K1= (20) Тогда площадь части кольца толщиной δ, занимаемого твердой фазой, будет равна
S = K1(Пrk2 - Пrn2), (21) С учетом выражения (5) формула (21) примет вид
S = П K1Ko'rk2 , (22) где Ko' - исходная концентрация в буровом растворе твердой фазы диаметром частиц не менее dм в долях единицы.
Так как устройство для кольматации пород содержит два сопла, то в каждое из них будет поступать твердая фаза из δ кольца с занимаемой в этом кольце площади
S1= = K1K1or2к (23) Объем твердой фазы, поступающей из δ кольца в единицу времени в каждое из сопел, будет равен qт.ф.= S1Vo= K1K1oV0r2к (24) Расход жидкости через сопло составит
qc = Vc П rc2 . (25) Тогда содержание твердой фазы в потоке, поступающем в сопло, составит Kc= = = (26) Так как из сопла должен поступать буровой раствор с заданной концентрацией твердой фазы, равной Кс, то исходная концентрация твердой фазы в кольце δ, обеспечивающая требуемую концентрацию твердой фазы в потоке раствора, поступающем из сопла, должны быть
K1= (27) С учетом выражений (20) и (27) получим
l = (28) Выражение (28) позволяет определить длину лопастей устройства, которая обеспечит при исходной концентрации Ко1 в буровом растворе твердой фазы размером частиц не менее диаметра dм и высоте стенки желоба δ требуемую концентрацию твердой фазы Кс в истекающем из сопла потоке.
Определим начальную радиальную координату ri частицы твердой фазы диаметром di, которая сможет попасть в слой δ при заданных характеристиках устройства. Для этого воспользуемся уравнением (13) для частиц диаметром di (i = 1,2,3...,K).
Интегрируя (13), получим
lnr= t , (29) где t0= .
Из равенства (29) получим
ln = (30) Очевидно, что все частицы диаметра di попадут в кольцо толщиной δ, если их начальная радиальная координата будет удовлетворять условию
r = ri= (rк-δ)l (31) при координате Z = 0.
Экономический эффект от внедрения изобретения обусловлен отсутствием поглощения бурового раствора в высокопроницаемые при вскрытии их бурением; улучшением качества вскрытия и соответственно снижением времени освоения скважин; снижением содержания твердой фазы в буровом растворе, поступающем на забой скважины, увеличением механической скорости бурения; отсутствием необходимости вводить в буровой раствор грубодисперсный кольматант.
Формула изобретения: УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЬМАТАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ, содержащее полый корпус с радиально расположенными соплами и присоединительными элементами в верхней и нижней частях для встраивания в бурильную колонну над долотом и лопастной завихритель, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности изоляции высокопроницаемых пластов путем обработки стенок скважины грубодисперсным кольматантом, оно снабжено расположенными винтообразно на внутренней поверхности корпуса сужающимися к входу в сопло направляющими спиралями для кольматанта, каждая из направляющих спиралей совмещена верхней своей кромкой с соответствующей полостью завихрителя, а нижней кромкой расположена на уровне входа в соответствующее сопло, при этом завихритель выполнен винтообразным, а длина его лопастей удовлетворяет выражению
l = ,
где r-δ+1)-2 - ×
l - длина лопасти завихрителя (расстояние между нижней и верхней кромками по высоте), М;
Kс - требуемая концентрация твердой фазы в буровом растворе, истекающем из сопла устройства, доли единицы;
rс - радиус выходного отверстия сопла, м;
vс - скорость истечения бурового раствора из сопла, м/с;
K01 - начальная концентрация твердой фазы в буровом растворе, доли единицы;
rк - радиус осевого отверстия устройства, м;
T - время движения бурового раствора в осевом отверстии устройства до полной сепарации частиц твердой фазы с заданным минимальным диаметром dм;
δ - высота направляющей спирали, м;
μ - динамическая вязкость бурового раствора, Па · с;
ρт - плотность твердой фазы, кг/м;
ω - угловая скорость вращения лопастей завихрителя, 1/с.