RU2811117C1

RU2811117C1 - Downhole flow divider

Info

Publication number: RU2811117C1
Application number: RU2022134515A
Authority: RU
Original assignee: Шайхутдинов Марат Магасумович
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2024-01-11

Abstract

FIELD: well drilling.

SUBSTANCE: invention is related to flushing devices operating in the well. The downhole flow divider includes a body made in form of a drill pipe, with upper and lower radial channels, with a flow divider with pipe and annular axial channels, interacting with a movable sleeve with an airtight seal. The movable bushing is made with the possibility of rotation and axial movement along the entire length of the body moving when drilling wells, and is additionally equipped with centralizers and a transport position lock. The tubular axial channel communicates with the upper radial channels, which overlap during direct circulation with a spring-loaded cylinder. The upper end of the pipe axial channel is equipped with a poppet check valve, and the lower end of the pipe axial channel is in communication with the cavity of the drill pipes. The annular axial channel in the upper part is equipped with a disk check valve and communicates in the lower part through the lower radial channel with the annulus. The airtight seal is reinforced with plates covering the inflatable chamber with an inflation limiter. The spring-loaded cylinder is configured to close the upper radial channels while simultaneously opening the channels of the ejector pump. The transport position lock is designed to engage with the locking groove of the housing during direct flushing and release from the locking groove of the housing when inflating the inflatable chamber during backwashing.

EFFECT: expanding the functionality of the flow divider.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к потокоделителям, направляющим поток промывочной жидкости на породоразрушающий инструмент как при прямой, так и при обратной циркуляции.The invention relates to well drilling, namely to flow dividers that direct the flow of drilling fluid to a rock-cutting tool in both direct and reverse circulation.

Бурение скважин, особенно горизонтальных, сопровождается осложнениями в виде затяжек и прихватов бурильных труб, связанных с сужением ствола осевшим шламом. При прямой промывке шлам поднимается на поверхность восходящим потоком бурового раствора по кольцевому пространству между стенкой скважины и колонной бурильных труб. Шлам может оседать при снижении скорости потока по всему интервалу горизонтального участка.Drilling wells, especially horizontal ones, is accompanied by complications in the form of tightening and sticking of drill pipes associated with the narrowing of the barrel by settled cuttings. In direct flushing, cuttings are lifted to the surface by an upward flow of drilling fluid through the annular space between the borehole wall and the drill string. Sludge can settle as the flow rate decreases throughout the horizontal section.

Задача изобретения - разработка устройств для бурения скважин с выносом шлама через полость бурильных труб, с подачей промывочной жидкости на забой через кольцевое пространство, с направлением потока в полость породоразрушающего инструмента через потокоделитель.The objective of the invention is to develop devices for drilling wells with removal of cuttings through the cavity of the drill pipes, with the supply of flushing fluid to the bottom through the annular space, with the flow directed into the cavity of the rock-cutting tool through a flow divider.

Известно промывочное устройство ПУ-1 для промывки песчаных пробок в обсаженных скважинах, с продольными каналами с верхним и нижним радиальными отверстиями на корпусе и манжетой, перекрывающей межтрубное пространство между верхними и нижними отверстиями. Рабочая промывочная жидкость подается с устья по затрубному пространству до манжеты, попадает через верхние радиальные каналы в продольный канал, соединенный с полостью забойного инструмента, поднимается с выбуренным шламом до манжеты и через нижние радиальные отверстия, попадая в полость бурильной колонны выносится на поверхность, где через отводную головку герметизирующего устья выносится в желобную систему для очистки. (Амиров А.Д. и др. Капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин. М. Недра. 1975.)A PU-1 flushing device is known for flushing sand plugs in cased wells, with longitudinal channels with upper and lower radial holes on the body and a cuff covering the annulus between the upper and lower holes. The working flushing fluid is supplied from the mouth along the annulus to the collar, enters through the upper radial channels into the longitudinal channel connected to the cavity of the downhole tool, rises with the drilled cuttings to the collar and through the lower radial holes, entering the cavity of the drill string, is carried to the surface, where through The outlet head of the sealing mouth is taken out into the gutter system for cleaning. (Amirov A.D. et al. Major repairs of oil and gas wells. M. Nedra. 1975.)

Недостатком ПУ-1 является невозможность его применения в необсаженных скважинах.The disadvantage of PU-1 is the impossibility of its use in open wells.

Известно устройство для обратной промывки обсаженных скважин, принятое за прототип, состоящее из корпуса со сливными и радиальными каналами, с подвижным полым штоком с шаровым клапаном и пружиной, со скользящим герметизирующим уплотнителем, расположенным на корпусе, механизм переключения устройства в рабочее и транспортное положения, взаимодействующий со штоком и разделитель потока с верхними и нижними каналами, причем верхние каналы соединяют затрубное пространство с полостью породоразрушающего инструмента, а нижние каналы соединяют затрубное пространство с полостью колонны труб.A device for backflushing of cased wells is known, adopted as a prototype, consisting of a housing with drain and radial channels, with a movable hollow rod with a ball valve and a spring, with a sliding sealing seal located on the housing, a mechanism for switching the device into working and transport positions, interacting with a rod and a flow separator with upper and lower channels, the upper channels connecting the annulus with the cavity of the rock-cutting tool, and the lower channels connecting the annulus with the cavity of the pipe string.

Герметизирующий уплотнитель устанавливается в рабочее положение давлением промывочной жидкости с помощью подвижного штока взаимодействующего с механизмом переключения через толкатель.(патент RU 2405914 C1 Е21В 37/00).The sealing seal is installed in the operating position by the pressure of the flushing liquid using a movable rod interacting with the switching mechanism through a pusher (patent RU 2405914 C1 E21B 37/00).

Недостатком устройства является невозможность применения его в необсаженных скважинах.The disadvantage of the device is the impossibility of using it in open wells.

Известен способ и устройство для испытания продуктивных пластов в процессе бурения. После очередного долбления в заданном интервале производят спуск бурильной колонны с пакером. После установки пакера внутрь труб спускают на трубах меньшего диаметра регулятор депрессии с датчиками параметров пласта. Осуществляют вызов притока с записью параметров пласта, затем извлекают трубы меньшего диаметра с регулятором депрессии, осуществляют распакеровку и продолжают бурение. (патент RU 2648120 С1 Е21В).A known method and device for testing productive formations during drilling. After the next chiselling in a given interval, the drill string with the packer is lowered. After installing the packer, a depression regulator with formation parameter sensors is lowered into the pipes on smaller diameter pipes. An inflow call is carried out with a recording of formation parameters, then pipes of a smaller diameter with a depression regulator are removed, unpacking is carried out and drilling continues. (patent RU 2648120 C1 E21B).

Недостатком указанного изобретения является отсутствие возможности бурения обратной промывкой.The disadvantage of this invention is the inability to drill with reverse circulation.

Целью изобретения является разработка устройства, работающего в необсаженных скважинах, для бурения или промывки ствола скважины с подачей промывочной жидкости на забой через кольцевое пространство, с направлением потока в полость породоразрушающего инструмента через потокоделитель и выносом промывочной жидкости с выбуренным шламом через полость бурильных труб с использованием возможности создания депрессии на забое для исследования параметров пласта при бурении.The purpose of the invention is to develop a device operating in open wells for drilling or flushing a wellbore with the supply of flushing fluid to the bottom through the annular space, with the direction of flow into the cavity of the rock-cutting tool through a flow divider and the removal of flushing fluid with drilled cuttings through the cavity of drill pipes using the possibility creating a depression at the bottom to study formation parameters during drilling.

Задача решается предлагаемым забойным потокоделителем, работающим в обсаженных и необсаженных скважинах при бурении или промывки скважины, как с прямой промывкой, с выносом выбуренного шлама по кольцевому пространству, так и с обратной промывкой и выносом выбуренного шлама через полость бурильных труб, с перекрытием кольцевого пространства неподвижным, относительно стенки скважины, с переустановками на подвижном корпусе надувного герметизирующего уплотнителя, по мере углубления скважины, с верхнего положения в нижнее, выполнен из немагнитных материалов для размещения и работы геофизических приборов контроля в корпусе, оборудован эжекторным насосом для создания депрессии на пласт.The problem is solved by the proposed downhole flow divider, operating in cased and open-ended wells when drilling or flushing a well, both with direct flushing, with the removal of drilled cuttings through the annular space, and with reverse flushing and removal of drilled cuttings through the cavity of drill pipes, with the annular space being blocked by a stationary , relative to the well wall, with reinstallations on the movable body of the inflatable sealing seal, as the well deepens, from the upper position to the lower, made of non-magnetic materials for the placement and operation of geophysical control instruments in the housing, equipped with an ejector pump to create a depression on the formation.

Забойный потокоделитель, включающий корпус, выполненный в виде бурильной трубы, с верхним и нижним радиальными каналами, и фиксирующей канавкой, с разделителем потока с трубным и кольцевым осевыми каналами, взаимодействующей с подвижной втулкой, выполненной с возможностью вращения и осевого перемещения по всей длине движущегося, при бурении скважины корпуса, и снабженной герметизирующим уплотнителем, центраторами и фиксатором транспортного положения.A downhole flow divider, including a housing made in the form of a drill pipe, with upper and lower radial channels, and a fixing groove, with a flow separator with pipe and annular axial channels, interacting with a movable bushing, made with the possibility of rotation and axial movement along the entire length of the moving, when drilling a well in the housing, and equipped with a sealing seal, centralizers and a transport position lock.

Трубный осевой канал сообщен с верхними радиальными каналами, перекрывающимися при прямой циркуляции подпружиненным цилиндром, верхний конец снабжен тарельчатым обратным клапаном, а нижний конец сообщен с полостью бурильных труб. Кольцевой осевой канал в верхней части снабжен дисковым обратным клапаном и сообщен в нижней части через нижний радиальный канал с затрубным пространством. Герметизирующий уплотнитель армирован жабровидными пластинами, перекрывающими надувную камеру с ограничителем надува. Подпружиненный цилиндр выполнен с возможностью перекрывать верхние радиальные каналы с одновременным открыванием каналов эжекторного насоса.The pipe axial channel communicates with the upper radial channels, which overlap during direct circulation with a spring-loaded cylinder, the upper end is equipped with a poppet check valve, and the lower end is connected with the cavity of the drill pipes. The annular axial channel in the upper part is equipped with a disk check valve and communicates in the lower part through the lower radial channel with the annulus. The sealing seal is reinforced with gill-shaped plates that cover the inflatable chamber with an inflation limiter. The spring-loaded cylinder is configured to close the upper radial channels while simultaneously opening the channels of the ejector pump.

На фиг. 1. Общий вид забойного потокоделителя с герметизирующим уплотнителем в нижнем положении.In fig. 1. General view of a downhole flow divider with a sealing seal in the lower position.

На фиг. 2. Схема расположения гидравлического уплотнителя в верхнем положении.In fig. 2. Layout of the hydraulic seal in the upper position.

Забойный потокоделитель, включающий корпус 1, выполнен в виде бурильной трубы, с верхним 2 и нижним 3 радиальными каналами, и фиксирующей канавкой 4, с потокоделителем 5 с трубным 6 и кольцевым 7 осевыми каналами, взаимодействующей с подвижной втулкой 8, выполненной с возможностью вращения и осевого перемещения по всей длине движущегося, при бурении скважины корпуса 1, и снабженной герметизирующим уплотнителем 9, скользящим сальником 10, центраторами 11, фильтром 12 и фиксатором транспортного положения 13. Трубный осевой канал 6 сообщен с верхними радиальными каналами 2, перекрывающимися при прямой циркуляции подпружиненным цилиндром 14, верхний конец снабжен тарельчатым обратным клапаном 15, а нижний конец сообщен с полостью бурильных труб. Кольцевой осевой канал 7 в верхней части снабжен дисковым обратным клапаном 16 и сообщен в нижней части через нижний радиальный канал 3 с затрубным пространством. Герметизирующий уплотнитель 9 армирован пластинами 17, перекрывающими надувную камеру 18 с ограничителем надува 19, установленном на нижнем, подвижном конце пластин. Подпружиненный цилиндр 14 выполнен с возможностью перекрывать радиальные каналы 2 с одновременным открыванием каналов эжекторного насоса 21.A downhole flow divider, including a housing 1, is made in the form of a drill pipe, with an upper 2 and lower 3 radial channels, and a fixing groove 4, with a flow divider 5 with a pipe 6 and annular 7 axial channels, interacting with a movable sleeve 8, configured to rotate and axial movement along the entire length of the body 1, which moves when drilling a well, and is equipped with a sealing seal 9, a sliding seal 10, centralizers 11, a filter 12 and a transport position lock 13. The pipe axial channel 6 communicates with the upper radial channels 2, which overlap during direct circulation by a spring-loaded cylinder 14, the upper end is equipped with a poppet check valve 15, and the lower end is in communication with the cavity of the drill pipes. The annular axial channel 7 in the upper part is equipped with a disk check valve 16 and communicates in the lower part through the lower radial channel 3 with the annulus. The sealing seal 9 is reinforced with plates 17 that cover the inflatable chamber 18 with an inflation limiter 19 installed on the lower, movable end of the plates. The spring-loaded cylinder 14 is designed to close the radial channels 2 while simultaneously opening the channels of the ejector pump 21.

Работа забойного потокоделителяDownhole flow divider operation

При прямой промывке нисходящий поток промывочной жидкости подается на забой через трубный канал 6, надувной герметизирующий уплотнитель 9 сжимается и при нижнем положении (Фиг. 1) входит в зацепление с корпусом 1 фиксатором 13. Отработанная промывочная жидкость возвращается по кольцевому пространству. Восходящий поток не попадает в надувную камеру 18, проходит по кольцевому пространству между стенкой скважины 20 и втулкой 8 с центраторами 11.During direct flushing, a downward flow of flushing fluid is supplied to the bottom hole through the pipe channel 6, the inflatable sealing seal 9 is compressed and, in the lower position (Fig. 1), engages with the housing 1 by the latch 13. The spent flushing fluid returns through the annular space. The ascending flow does not enter the inflatable chamber 18, but passes through the annular space between the wall of the well 20 and the sleeve 8 with centralizers 11.

При обратной промывке промывочная жидкость подается на забой по кольцевому пространству. Нисходящий поток попадает в надувную камеру 18 через фильтр 12 и перепадом давления, возникающим при циркуляции промывочной жидкости через поролоразрушающий инструмент и кольцевое пространство между стенкой скважины 20 и втулкой 8 с центраторами 11 надувает камеру 18 с герметизирующим уплотнителем 9 и перекрывает кольцевое пространство. При надуве камеры 18 длина пластин 17 сокращается на длину хода ограничителя надува 19, конец фиксатора 13 выходит с канавки 4 и корпус 1 освобождается от втулки 8, приобретая возможность осевого движения вниз.During backwashing, the washing fluid is supplied to the bottom hole through the annular space. The downward flow enters the inflatable chamber 18 through the filter 12 and the pressure drop that occurs during the circulation of the flushing liquid through the foam-destroying tool and the annular space between the wall of the well 20 and the sleeve 8 with centralizers 11 inflates the chamber 18 with a sealing seal 9 and closes the annular space. When the chamber 18 is inflated, the length of the plates 17 is reduced by the stroke length of the inflation limiter 19, the end of the lock 13 comes out of the groove 4 and the body 1 is released from the sleeve 8, acquiring the possibility of axial downward movement.

Промывочная жидкость проходит на забой через верхние радиальные каналы 2, сообщающиеся с трубным каналом 6 и возвращается в полость бурильных труб через нижние радиальные каналы 3 и кольцевой осевой канал 7, открывая обратный дисковый клапан 16.The flushing fluid passes to the bottom through the upper radial channels 2, communicating with the pipe channel 6 and returns to the cavity of the drill pipes through the lower radial channels 3 and the annular axial channel 7, opening the check disc valve 16.

После бурения интервала, что определяется повышением давления на манометре, оператор может, при необходимости, продолжать обратную промывку через эжекторный насос 21, создающий депрессию на забой, для отбора проб в контрольные емкости для исследования параметров пластовой жидкости.After drilling the interval, which is determined by an increase in pressure on the pressure gauge, the operator can, if necessary, continue backwashing through the ejector pump 21, which creates a depression at the bottom, to take samples into control tanks to study the parameters of the formation fluid.

Для продолжения бурения оператор приподнимает колонну на длину пробуренного интервала, включает прямую промывку, подает инструмент до контакта с забоем, включает обратную промывку, при которой перекрывается кольцевое пространство для бурения следующего интервала. Время работы насосов прямой промывкой должна быть меньше времени предыдущей обратной промывки во избежание зашламленности забойных двигателей.To continue drilling, the operator lifts the string to the length of the drilled interval, turns on forward flushing, moves the tool until it contacts the bottom, turns on reverse flushing, which closes the annular space for drilling the next interval. The operating time of pumps with direct flushing should be less than the time of the previous backflushing in order to avoid clogging of downhole motors.

Таким образом, выполнена задача по разработке устройства, работающего в необсаженных скважинах, для бурения или промывки ствола скважины с подачей промывочной жидкости на забой через кольцевое пространство, с направлением потока в полость породоразрушающего инструмента через потокоделитель и выносом промывочной жидкости с выбуренным шламом через полость бурильных труб, с использованием возможности создания депрессии на забое для исследования параметров пласта при бурении.Thus, the task of developing a device operating in open holes for drilling or flushing a wellbore with the supply of flushing fluid to the bottom through the annular space, with the direction of flow into the cavity of the rock-cutting tool through a flow divider and the removal of flushing fluid with drilled cuttings through the cavity of the drill pipes has been completed , using the ability to create a depression at the bottom to study formation parameters during drilling.

Claims

A downhole flow divider, including a housing made in the form of a drill pipe, with upper and lower radial channels, with a flow separator with pipe and annular axial channels, interacting with a movable sleeve with a sealing seal, characterized in that the movable sleeve is made with the possibility of rotation and axial movement along the entire length of the body moving when drilling wells, and is additionally equipped with centralizers and a transport position lock, the tubular axial channel is connected with the upper radial channels, which overlap during direct circulation with a spring-loaded cylinder, the upper end of the tubular axial channel is equipped with a poppet check valve, and the lower end of the tubular axial channel communicates with the cavity of the drill pipes, the annular axial channel in the upper part is equipped with a disk check valve and communicates in the lower part through the lower radial channel with the annulus, the sealing seal is reinforced with plates that overlap the inflatable chamber, with an inflation limiter, the spring-loaded cylinder is configured to overlap the upper radial channels with simultaneous opening of the channels of the ejector pump, while the transport position lock is designed to engage in the locking groove of the housing during direct flushing and release from the locking groove of the housing when inflating the inflatable chamber during the backwash process.