КОЛОНКОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1994 года по МПК E21B10/02 E21B10/06 

Изобретение относится к породоразрушающим инструментам и может быть использовано при промышленном и разведочном бурении скважин.

Известно колонковое долото, содержащее корпус и породоразрушающие рабочие органы. Однако данное долото обладает низкой производительностью бурения и требует большой мощности при бурении, а также не обеспечивает отбор керна при применении промышленного долота.

Цель изобретения - повышение производительности бурения, снижение затрат мощности на бурение с гидротранспортом керна за счет его разрушения внутри долота и обеспечение возможности отбора ненарушенного керна с использованием съемной грунтоноски.

Указанная цель достигается тем, что колонковое долото, содержащее корпус и породоразрушающие рабочие органы, снабжено соединенным с корпусом патрубком, в стенках которого выполнены радиальные каналы, открывающиеся во внутреннюю полость патрубка, и продольные каналы, своими обращенными к долоту концами сообщенные с радиальными каналами, причем в радиальных каналах установлены с возможностью осевого перемещения подпружиненные ударники, в продольных каналах поршни со штоками, выходящими на обращенный от долота торец патрубка, а каждый продольный канал под поршнем сообщен с внутренней полостью патрубка дополнительными каналами, перекрытыми обратным клапаном, оснащенным выступающим во внутрь патрубка стержнем с полусферической головкой, имеющей возможность взаимодействовать со съемной грунтоноской, при этом над патрубком установлена с возможностью вращения муфты с пазами на боковой поверхности, в которых размещены центрирующие элементы в виде фигурных пружин, и выступами на обращенном к патрубку торце, взаимодействующими со штоками поршней.

Благодаря этому, применяя колонковые долота с любым известным породоразрушающим элементом (элементами), к примеру, шаратечные колонковые долота, можно бурить скважину, без замены долота, как на ее проходку, так и на отбор керна, в результате чего увеличится производительность бурения, т.к. производится кольцевое бурение породы.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 показан патрубок с закрепленными на нем верхней частью долота и устройствами; на фиг. 2 показана верхняя часть долота с установленными в стенке его механизмами; на фиг. 3 - вид А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - вид по стрелке Б на фиг. 1.

Колонковое долото состоит из собственно колонкового долота 1 и патрубка 2, который навинчен в коническую резьбу долота. Может быть применена любая известная породоразрушающая часть долота (на чертеже не показана).

На патрубке 2 на игольчатых подшипниках 3 и шариковом упорном подшипнике 4 установлена с возможностью вращения фигурная муфта 5. Муфта 5 имеет утолщения (см.фиг.3), в которых выполнены широкие пазы 6 и пазы 7, имеющие ширину меньше ширины пазов 6. Низ муфты 5 заканчивается круговым кулачком 8 (см. фиг. 4). В пазах 6 и 7 муфты 5 установлены фигурные пружины 9, которые при сжатии имеют возможность скользить в пазах. На прямолинейных частях пружин 9 выполнены острые ребра 10. В корпусе долота 1 (в его верхней части) выполнены гидроцилиндры 11, которые равнорасположены по окружности корпуса долота. В этих цилиндрах установлены поршни 12 со штоками 13. Штоки 13 контактируют с рабочей поверхностью кругового кулачка 8. Поршни 12 подпружинены в направлении к кулачку 8 пружинами, не показанными на чертеже, выполнение которых может быть самое различное. В корпусе долота 1 выполнены ударники 14, оснащенные, к примеру, твердосплавными наконечниками 15. Ударники 14 оснащены пружинами 16, работающими на втягивание ударников внутрь корпуса. Для увеличения хода ударника 14 он может быть выполнен в телескопическом варианте (выполнение телескопических трубок в технике хорошо известно), а на конце внутреннего кольца закреплен наконечник 15. В отверстиях стенки корпуса долота 1 установлены клапаны 17, оснащенные радиусными наконечниками 18. Клапанная полость сообщается с наружным пространством долота 1 через каналы 19 и 20. В нижней части корпуса долота 1 выполнены для гидродинамического разрушения столба породы отверстия 21, которые расположены по окружности корпуса долота 1. В верхней части патрубка 2 возможно выполнение таких же отверстий 22, на сечением меньше сечения отверстий 21.

Бурение скважины данным колонковым долотом осуществляется следующим образом.

При бурении применяется обратная промывка скважины. Само бурение осуществляется обычными существующими способами: или роторным бурением или турбинным бурением. Но при этом бурении на проходку скважины (без зазора керна), так же как и бурение на отбор керна осуществляется одни и тем же колонковым долотом, показанным на фиг.1-4. При бурении без отбора керна долота осуществляется следующим образом. Патрубок 2 вместе с долотом 1 вращаются. При этом сжатые пружины 9 опираются в стенку скважины под значительной нагрузкой расжатия пружин и острые ребра 10 внедряются в породу не позволяя поворачиваться пружинам, а значит и муфте, в стволе скважины. Значит муфта 5 не вращается, при бурении она продавливается постепенно вниз, а патрубок 2 с долотом 1 вращается в подшипниках 3 и 4. При этом муфта 5 с пружинами 9, являясь направляющей, выполняет еще одну функцию - она не дает производить разбивание ствола скважины, что постоянно наблюдается при современном бурении. При вращении долота 1 штоки 13 постоянно контактируются с рабочей поверхностью стационарного кулачка 8 и поэтому они совершают возвратно-поступательное движение. Поршни 12 при ходе вниз давят на жидкость (жидкость применяется та же, что и для промывки), а эта жидкость давит на ударники 14. И если столб породы, полученный при бурении колонковым (кольцевым) долотом не разрушается за счет промывочной жидкости, прогоняемой под большим давлением через отверстия 21, то ударники, совершая быстрое возвратно-поступательное движение, своими наконечниками 15 разрушают (измельчают) столб породы, который на фиг.2 показан условно штриховой линией 23. И эта измельченная порода захватывается и подается наверх промывочной жидкостью. При такой схеме разрушения породы, когда порода (высверливается) выбуривается по кольцу, а столб породы накладывается, разрушается; намного меньше будет трудоемкость бурения, а также возрастает скорость бурения и столб породы не позволит разбивать скважину. Это будет более эффективным на глубине бурения более 6 км, т.к. при сверхглубоком бурении скальные, сланцевые породы находятся в сильно растресканном состоянии, и они будут хорошо крошиться или а счет воды через отверстия 21 или наконечниками 15.

В случае же когда нужно взять керн, то через ствол бурильных труб (свечь) опускается обычная грунтоноска, которая опускается на внутреннюю заточку 24. Стенка грунтоноски через наконечники 18 вдавливает во внутрь клапана 17; она вдавливает также ударники 14 и перекрывает отверстия 21, сохраняя целым керн 23. При этом если даже и вращается долото 1 (патрубок 2), то жидкость будет давить на ударники 14, а будет перекачиваться через отверстия 19, 20. После отлома грунтоноской керна и его поднятия опять будет производиться бурение так же, как описано выше. Из описанного видно, что и разведочное и промышленное бурение производится одним и тем же колонковым долотом.

Подвариантом выполнения привода возвратно-поступательного движения ударников 14 может быть (и оно самое простое) такое выполнение, когда с рабочей поверхностью кулачка 8 контактируют ролики, установленные на клиньях, которые в свою очередь установлены с возможностью возвратно-поступательного движения в пазах, расположенных на месте цилиндров 11. А скошенные поверхности этих клиньев контактируют с наклонными торцами ударников 14. Движение клиньев вниз осуществляется за счет кулачка 8, а вверх за счет пружины. При отборе керна грунтоноска отдавливает стержень, установленный вместо клапана 17, а стержень отводит клин от ударника 14 в сторону.

Возможен подвариант выполнения колонкового долота, когда в качестве самого долота используется обычное серийное долото, которое навинчивается на патрубок-переходник 1, а патрубок 1 навинчивается на патрубок 2.

Технико-экономический эффект будет складываться от повышения производительности труда при бурении скважины и от получения оптимального сечения ствола скважины.

Использование: бурение скважин с гидротранспортом керна или с отбором ненарушенного керна съемной грунтоноской. Сущность изобретения: долото содержит корпус, соединенный с корпусом патрубок и породоразрушающие рабочие органы. В стенках патрубка выполнены радиальные каналы, открывающиеся во внутреннюю полость патрубка, и продольные каналы, своими обращенными к рабочим органам концами сообщенные с радиальными каналами. В радиальных каналах установлены с возможностью осевого перемещения подпружиненные ударники, а в продольных каналах - поршни со штоками, выходящими на обращенный от рабочих органов торец патрубка. Каждый продольный канал под поршнем сообщен с внутренней полостью патрубка дополнительными каналами. Эти каналы перекрыты обратными клапанами. Каждый обратный клапан оснащен выступающим внутрь патрубка стержнем с полусферической головкой, которая имеет возможность взаимодействовать со съемной грунтоноской. Над патрубком установлена с возможностью вращения муфта с пазами на боковой поверхности. В пазах муфты размещены центрирующие элементы в виде фигурных пружин. На обращенном к патрубку торце муфты выполнены выступы, взаимодействующие со штоками поршней. В патрубке над радиальными каналами выполнены сквозные радиальные отверстия в месте возможного расположения грунтоноски. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. КОЛОНКОВОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус и породоразрушающие рабочие органы, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности бурения, снижения затрат мощности на бурение с гидротранспортом керна за счет его разрушения внутри долота и обеспечения отбора ненарушенного керна с использованием съемной грунтоноски, оно снабжено соединенным с корпусом патрубком, в стенках которого выполнены радиальные каналы, открывающиеся во внутреннюю полость патрубка, и продольные каналы, своими обращенными к рабочим органам концами сообщенные с радиальными каналами, причем в радиальных каналах установлены с возможностью осевого перемещения подпружиненные ударники, в продольных каналах - поршни со штоками, выходящими на обращенный от рабочих органов торец патрубка, а каждый продольный канал под поршнем сообщен с внутренней полостью патрубка дополнительными каналами, перекрытыми обратным клапаном, оснащенным выступающим во внутрь патрубка стержнем с полусферической головкой, имеющей возможность взаимодействовать со съемной грунтоноской, при этом над патрубком установлена с возможностью вращения муфта с пазами на боковой поверхности, в которых размещены центрирующие элементы в виде фигурных пружин, и выступами на обращенном к патрубку торце, взаимодействующими со штоками поршней. 2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что в патрубке под радиальными каналами выполнены сквозные радиальные отверстия в месте возможного расположения грунтоноски.