КОЛОНКОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1994 года по МПК E21B10/06 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к породоразрушающему инструменту для бурения скважин с отбором керна.

Известно колонковое долото, содержащее корпус с центральным и боковыми промывочными каналами и наклонными пазами, в которых размещены раздвижные лопасти с породоразрушающими элементами: кернорватель и кернообразующие элементы [1].

Недостатком известного устройства является низкий выход керна из-за того, что при раздвигании и сдвигании лопастей происходит разрушение керна, так как в противном случае долото может быть заклинено в скважине.

Целью изобретения является повышение выхода керна. При этом неизбежен рост производительности бурения благодаря совмещению операций бурения и расширения ствола скважины под опускаемую следом обсадную колонну.

Достигается это тем, что известное колонковое долото, содержащее корпус с центральным и боковыми промывочными каналами и наклонными пазами, в которых размещены раздвижные лопасти с породоразрушающими элементами, кернорватель и кернообразующие элементы, отличающееся тем, что, с целью повышения выхода керн, оно снабжено дополнительными кернообразующими элементами, соединенными с корпусом и кернорвателем, выполненным в виде цангового упругого кольца с размещенной над ним манжетой из упругого эластичного материала, а корпус выполнен с наклонными каналами, сообщенными с полостью центрального канала и с полостью пазов ниже находящихся в крайнем верхнем положении лопастей, и выполнен с наклонными каналами меньшего диаметра, сообщенными с полостью боковых промывочных каналов, причем в крайнем верхнем положении упругое кольцо расположено над наклонными каналами, ниже которых центральный канал выполнен равномерно сужающимся книзу.

На фиг. 1 изображено колонковое долото, продольный разрез; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема движения керна и струй промывочной жидкости; на фиг.5 - долото с керном при подъеме из скважины.

Колонковое долото состоит из корпуса 1 с центральным керноприемником 2 и периферийным 3 и 4 промывочными каналами, и цапфами 5, обращенными к периферии долота и оснащенными шарошками 6 со сферической поверхностью. Каналы 3, выходящие к забою над шарошками 6, оканчиваются гидромониторными насадками 7.

В керноприемном канале размещается разрезное цанговое кольцо 8 кернорвателя с манжетой 9 из упруго-эластичного материала, например резины, и захватными упругими цангами 10 с коническими насечками 11. Нижний участок 12 керноприемного канала 2, в котором размещено цанговое кольцо, выполнен коническим. В верхней части керноприемного канала 2 колонкового долота размещают керноприемную трубу колонкового снаряда, снабженную упором для цангового кольца 8. Под кольцом 8, находящимся в крайнем верхнем положении, в коническом участке 12 в корпусе 1 выполнены наклонные каналы 13, направленные от оси долота к периферии и вниз и выходящие в выполненные наклонными пазы 14. В эти же пазы 14 выходят расположенные вокруг отверстия 13 отверстия 15 меньшего диаметра, чем отверстия 13, сообщающие полость каналов 4 с полостью пазов 14. В пазах 14 расположены Т-образные выступы 16 опор 17, вооруженных скважинообразующими шарошками 18, причем в верхнем крайнем положении выступы 16 находятся выше отверстий 13 и 15 и снабжены пружинными шариковыми фиксаторами 19, а в пазах 14 выполнены углубления 20 под фиксаторы 19, диаметр которых превышает диаметр отверстий 13. Для надежного удержания опоры 17 в пазе 14 корпуса 1 поверхность Т-образного выступа 16 опоры 17 выполнена вогнутой для увеличения высоты боковых его стенок и соответственно поверхность ответного ему Т-образного паза 14 выполнены выпуклой. Стенки паза 14 и выступа 16 выполнены коническими (фиг.2). Крайние положения выступа 16 в пазе 14 ограничены упорами 21 и 22 соответственно выше и ниже паза 14. Для предотвращения возможности перекрытия пластинами 10 всей площади отверстий 13 в полости нижнего участка 12 керноприемного канала 2 выполнена кольцевая выемка 23, в которую открыты отверстия 13.

Принцип работы колонкового долота заключается в следующем.

Колонковое долото соединяют с колонковым снарядом, керноприемная труба которого входит в канал 2 корпуса 1 долота и ее нижний торец служит упором для кернорвательного кольца 8. Опоры 17 находятся в крайнем нижнем положении, контактируя выступами 16 с упорами 22 и удерживаются в таком положении фиксаторами 19, взаимодействующими с углублениями 20, и не препятствуют спуску снаряда на забой скважины, обсаженной колонной определенного диаметра.

После спуска снаряда на забой ему придают вращение и подают промывочную жидкость в каналы 3 и 4. При этом сначала в работу вступают шарошки 6, формирующие забой малого диаметра и керн. По достижении дополнительными шарошками 18 поверхность забоя осевым давлением определенной величины фиксаторы 19 выходят из зацепления с нижними углублениями 20 и опоры 17 выступами 16 перемещаются в пазах 14, постепенно увеличивая диаметр отрабатываемой поверхности забоя. При этом рекомендуется снизить величину осевой нагрузки и увеличить частоту вращения долота. Достижение выступами 16 крайнего верхнего положения характеризуется снижением давления на насосе, так как при этом открываются выходы отверстий 15, сообщенных с промывочными каналами 4. При этом фиксаторы 19 устанавливаются в верхние углубления 20 паза 14, а выступ 16 контактирует с упором 21. Надежность такой конструкции обеспечивается конусностью стенок паза 14 и взаимодействующих с ними стенок выступа 16 и взаимодействием выступа 16 с упором 21. Скважинообразующие шарошки 18 обрабатывают верхний уступ забоя. Такая двухступенчатая обработка забоя позволяет повысить механическую скорость бурения. Выходящие из отверстий 15 струи промывочной жидкости вызывают переток жидкости из полости керноприемной трубы через отверстия 13, что способствует предотвращению самозаклинивания керна в суженном участке 12 керноприемного канала 2. Пульсации потока промывочной жидкости вызывают облегание манжетой 9 поступающего в канал керна, что создает на его поверхности перемещающее его в глубь трубы усилие и обеспечивает переток жидкости к отверстиям 13 только от забоя скважины, то есть позволяет гарантированно создать восходящий поток жидкости в керноприемном канале долота.

После пробуривания определенного интервала колонковый снаряд с долотом извлекает из скважины. При этом керн в трубе удерживается кернорвательным кольцом 8, заклинивающим его в конусе участка 12 и перекрывающим отверстия 13, а опоры 17 смещаются вниз при взаимодействии их верхними плечами с башмаком обсадной колонны. После извлечения керна цикл бурения с одновременным расширением ствола скважины повторяют.

После окончания проходки определенного интервала ствола скважины наращивают обсадную колонну и погружают ее беспрепятственно в расширенный ствол скважины.

Использование: породоразрушающий инструмент для бурения скважин с отбором керна. Сущность: имеет дополнительные кернообразующие элементы, соединенные с корпусом 1 и кернорвателем. Кернорватель выполнен в виде цангового упругого кольца 8 с манжетой 9 из упругого эластичного материала. Корпус выполнен с наклонными каналами 13, сообщенными с полостью центрального канала 2 и с полостью пазов 14. На корпусе 1 имеются наклонные каналы 15 меньшего диаметра, сообщенные с боковыми промывочными каналами 3 и 4. В крайнем верхнем положении упругое кольцо 8 расположено над наклонными каналами 13. Ниже каналов 13 центральный канал 2 равномерно сужается книзу. 5 ил.

КОЛОНКОВОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус с центральным и боковыми промывочными каналами и наклонными пазами, в которых размещены раздвижные лопасти с породоразрушающими элементами, кернорватель и кернообразующие элементы, отличающееся тем, что, с целью повышения выхода керна, оно снабжено дополнительными кернообразующими элементами, соединенными с корпусом и кернорвателем, выполненным в виде цангового упругого кольца с размещенной над ним манжетой из упругого эластичного материала, а корпус выполнен с наклонными каналами, сообщенными с полостью центрального канала и с полостью пазов ниже находящихся в крайнем верхнем положении лопастей, и выполнен с наклонными каналами меньшего диаметра, сообщенными с полостью боковых промывочных каналов, причем в крайнем верхнем положении упругое кольцо расположено над наклонными каналами, ниже которых центральный канал выполнен равномерно сужающимся книзу.