БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1997 года по МПК E21B10/42 

Изобретение касается породоразрушающего инструмента, а именно долот для сплошного бурения глубоких и сверхглубоких скважин.

Все известные буровые долота (шарошечного, лопастного, фрезерного и др. типов) [1] представляют собой сборные, цельносварные или литые конструкции с неразделенными по элементам функциями. Так, отдельно взятая лопасть хотя и может быть разъемным соединением, однако ее элементы не приспособлены эффективно решать проблемы выбуривания кольцевого пространства забоя скважины, ее центральной части и калибровки стенки скважины. Она оборудована резцами, имеющими призматическую (прямоугольную) или круглую форму типа зубков, разделенными по образующей цилиндра каналами для транспортировки выбуренной породы. Резцы охлаждаются недостаточно, со временем изменяется в сторону увеличения площадь их контакта с породой. Форма резцов, их количество и расположение обуславливают необходимость приложения относительно больших осевых нагрузок, увеличивающихся по мере углубления скважины. Принцип формирования гидромониторного эффекта, реализуемый соплами, насадками и т.д. несовершенен, что выражается в слабом эрозионном и размягчающем воздействии на породу и ее повторном перемалывании.

Следствием перечисленных недостатков является низкая механическая скорость проходки, стойкость долота и высокая стоимость проводки скважины.

Цель изобретения увеличение производительности долота путем большей глубины внедрения резцов в породу при равных нормированных условиях его работы.

Поставленная цель достигается тем, что буровое долото [2] содержащее корпус с резьбой для подсоединения к бурильным трубам и промывочным отверстием, взаимозаменяемые сменные лопасти, отличается тем, что одна из лопастей выполнена с резцами для чернового бурения забоя скважины, а другая - для калибровки ее стенки, при этом оно снабжено расположенной в центральной части долота цилиндрической разрушающей передовой насадкой с глухими пазами на наружной поверхности, промывочным отверстием, сообщающимся с промывочным отверстием корпуса долота, и с прорезью на торце, сообщающейся с глухими пазами; резцы лопастей имеют трубчатую форму и выполнены из твердосплавного материала, а их отверстия сообщены с затрубным пространством; передовая насадка имеет два резца, один из которых впрессован с эксцентриситетом относительно ее продольной оси и имеет отверстие, сообщенное с промывочным отверстием насадки; лопасти с резцами для калибровки стенки скважины имеют приспособление для автоматической подачи резца к стенке скважины в виде подпружиненного ползуна с наклонным пазом; резцы для чернового бурения забоя скважины впрессованы в тело лопасти с возможностью предупреждения их касания стенки скважины в транспортном положении.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены продольный разрез и вид снизу предлагаемого бурового долота. Долото состоит из корпуса 1, цилиндрической разрушающей передовой насадки 2, лопастей 3 и 4 с резцами для чернового бурения забоя скважины и для калибровки ее стенки, соответственно. Корпус имеет резьбы 5, 6, кольцевые выточки 7, 8 и резьбу 9 для подсоединения к нему передовой насадки, лопастей и самого долота к бурильным трубам, соответственно. Передовая насадка имеет в центральной части промывочное отверстие 10, а в торце вертикальные ступенчатые отверстия 11 и 12. Одно отверстие расположено эксцентрично по отношению к оси вращения долота и содержит посредством запрессовки твердосплавный резец трубчатой формы 13, отверстие которого сообщается с промывочным отверстием передовой насадки. Другое ступенчатое отверстие содержит аналогичный резец трубчатой формы 14, отверстие которого сообщается вверху с горизонтальным сквозным отверстием 15, а внизу, так же как и резец 13 и передовая насадка, имеют общую торцевую прорезь 16, соединенную с глухим пазом 17, выполненного по образующей цилиндра передовой насадки. Таких пазов может быть несколько. Лопасть 3 имеет в торце аналогичные ступенчатые отверстия 18 и 19, куда запрессованы твердосплавные резцы трубчатой формы 20 и 21, отверстия которых сообщены горизонтальными отверстиями 22 и 23 с затрубным пространством. Лопасть 4 имеет в торце аналогичное ступенчатое отверстие 24, содержащее подпружиненный ползун 25, имеющий наклонный паз 26. В отверстие 27 вставлен резец трубчатой формы 28 с возможностью его скольжения в пазе 26. Детали и элементы 24, 25, 26, 27 и 28 формируют приспособление для автоматической подачи резца к стенке скважины.

Долото работает следующим образом. При достижении забоя скважины первой в породу внедряется передовая насадка 2, которая нагружается осевой силой на 1/3 от номинальной после приведения ее во вращение и включения насосов. При номинальной осевой нагрузке давление буровой жидкости повышается как следствие начала формирования гидрозапорного эффекта. Механизм его возникновения следующий.

Буровая жидкость, пройдя отверстие 10, торцевую прорезь 16, попадает в глухой паз 17 как в ловушку, вследствие чего в тупиковой части паза 29 ее давление катастрофически возрастает в том смысле, что в поисках выхода она создает условия, способствующие образованию микротрещин в породе, проникновению в них жидкости, приводящей к ее размягчению, вплоть до микрогидроразрыва. Подготовленная таким образом порода обрабатывается резцами для чернового бурения забоя скважины 20 и 21. Образованию ловушки (пробки) для жидкости способствуют и частички породы, выбуренные резцами 1/ и 14, а также гладкая цилиндрическая поверхность передовой насадки выше тупиковой части 29. Начальная форма общей торцевой прорези 16 и глухого паза 17 сохраняется в процессе всего времени бурения за счет эррозионного эффекта породы и большой скорости ее движения в этих каналах.

Резцы 20 и 21 внедряются в породу при полной осевой нагрузке, при этом, по данным модели, примерно 1/3 выбуренной породы вместе с жидкостью удаляется через внутреннюю полость резцов и отверстия 22 и 23, способствуя их охлаждению. Резцы истираются по всей своей высоте, сохраняя неизменной площади контакта торцевой части с породой. В приспособлении для автоматической подачи резца к стенке скважины по мере его истирания используется тот факт, что по мере сработки лопастей 3 и 4 слабо подпружиненный ползун 25 не истирается, а движется снизу вверх под действием силы реакции забоя скважины, выдвигая своим наклонным пазом резец 28 к стенке скважины. Интенсивность выдвижения и материал резца, максимальная величина его вылета и их общее количество зависят от прочности породы и параметров режима бурения; они могут быть рассчитаны или определены опытным путем.

В предложенном варианте долото может быть оборудовано восемью различными по своему назначению лопастями (см. фиг. 2. Вид А), количество которых определяется такими параметрами, как прочность породы, осевая нагрузка, стойкость долота или турбобура, заданная механическая скорость проходки, частота вращения долота и др.

Резцы трубчатой формы по сравнению с резцами круглого и прямоугольного сечения улучшают на 50-60% все показатели режима бурения и позволяют экономить в такой же пропорции алмазы и твердосплавный материал, идущие на изготовление резцов.

Литература
1. И.К.Масленников, Г.И.Матвеев. Инструмент для бурения скважин. М. Недра,1981, с. 213, рис. 146д.

2. И.К.Масленников, Г.И.Матвеев. Инструмент для бурения скважин. М. Недра, 1981, с. 213, рис. 146в.

Использование: изобретение касается породоразрушающего инструмента, а именно долот режуще-истирающего типа для сплошного бурения глубоких и сверхглубоких скважин. Сущность изобретения: долото собирается из комплекта различных по функциональному назначению лопастей - для чернового кольцевого выбуривания забоя скважины, калибровки ее стенки с возможностью сохранения ее диаметра, и центральной опережающей насадки с возможностью формирования гидрозапорного эффекта, при этом вооружение долота составляет твердосплавленные резцы трубчатой формы, отверстия которых сообщаются с затрубным пространством. Долото содержит корпус с резьбой для подсоединения к бурильным трубам. Разрушающая цилиндрическая передовая насадка выполнена с глухими пазами на наружной поверхности, промывочным отверстием, сообщающимся с промывочным отверстием корпуса долота, и с прорезью на торце, сообщающейся с глухими пазами. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1 1. Буровое долото, содержащее корпус с резьбой для подсоединения к бурильным трубам и промывочным отверстием, взаимозаменяемые сменные лопасти, отличающееся тем, что одна из лопастей выполнена с резцами для чернового бурения забоя скважины, а другая для калибровки ее стенки, при этом оно снабжено расположенной в центральной части долота цилиндрической разрушающей передовой насадкой с глухими пазами на наружной поверхности, промывочным отверстием, сообщающимся с промывочным отверстием корпуса долота, и с прорезью на торце, сообщающейся с глухими пазами.2 2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что резцы лопастей имеют трубчатую форму и выполнены из твердосплавного материала, а их отверстия сообщены с затрубным пространством.2 3. Долото по п. 1, отличающееся тем, что передовая насадка имеет два резца, один из которых впрессован с эксцентриситетом относительно ее продольной оси и имеет отверстие, сообщенное с промывочным отверстием насадки.2 4. Долото по п. 1, отличающееся тем, что лопасти с резцами для калибровки стенки скважины имеют приспособление для автоматической подачи резца к стенке скважины в виде подпружиненного ползуна с наклонным пазом.2 5. Долото по п. 1, отличающееся тем, что резцы для чернового бурения забоя скважины впрессованы в тело лопасти с возможностью предупреждения их касания стенки скважины в транспортном положении.