ТУРБОАЛМАЗНЫЙ БУР Российский патент 1997 года по МПК E21B10/46 

Изобретение относится к технике, использующейся для проходки стволов нефтяных и газовых скважин, и, в частности к техническим средствам турбинного бурения, при котором турбобуры используются с алмазными долотами, которые присоединяются с помощью резьбы к их валу.

Ближайший аналог изобретения турбобур, на нижнем конце вала которого с помощью резьбы закрепляется осесимметричное алмазное долото (W.Tiraspolky "Cours de forage. Les moteurs de fond hudrauliques" Societe des editions technip. Publications de l'institut Francais du petrol. 1981. c.110-115; 299-303; 384-385).

Назначение изобретения бурить турбобуром с закрепленной с помощью резьбы на его валу алмазным долотом из технической колонны с заданным внутренним диаметром ствол скважины, который на 20 100 мм больше ее наружного диаметра.

Следует отметить, что известны асимметричные бицентровые алмазные долота (патент США N 2953354), с помощью которых подобная работа выполняется при роторном способе бурения. Однако попытки использования таких долот при турбинном бурении приводят к возникновению больших поперечных вибраций турбо-алмазного бура и к его быстрому выходу их строя из-за износа алмазного вооружения долот и опорных и уплотнительных элементов турбобура.

Изобретение решает поставленную задачу, не создавая поперечных вибраций турбо-алмазного бура, что обеспечивает не только высокую механическую скорость проходки, но и его большую долговечность. Указанный технический результат достигается тем, что в турбо-алмазном буре, состоящем из турбобура и асимметричного алмазного долота, габаритный поперечный размер асимметричного алмазного долота выполняется на 2 5 мм меньше внутреннего диаметра технической колонны, через которую оно пропускается в открытый ствол скважины. При этом наименьшее расстояние от продольной оси турбобура и соответствующей ей оси присоединительной резьбы долота, с помощью которой оно крепится к нижнему концу вала турбобура, до его (долота) наружной боковой поверхности равно половине габаритного диаметра корпуса турбобура. Алмазные резцы на породоразрушающей поверхности долота располагаются таким образом, что плотность их размещения максимальна со стороны наименьшего расстояния от оси резьбы долота до его боковой поверхности и существенно уменьшается по мере увеличения этого расстояния.

На фиг. 1 изображен общий вид турбо-алмазного бура; на фиг.2 вид на алмазное долото снизу, где показано расположение алмазных резцов.

Турбо-алмазный бур имеет верхний переводник 1 корпуса 2 турбобура, с помощью которого присоединяется к бурильной колонне (на фиг.1 не показана). Асимметричное алмазное долото 3 с помощью резьбы, ось которой совпадает с главной продольной осью турбобура, присоединено к нижнему концу вала 4 турбобура. Минимальное расстояние от главной продольной оси турбобура и резьбы долота до наружной боковой поверхности 5 долота (на фиг.1 размер а) равно половине габаритного диаметра корпуса 2 турбобура. Размер b габаритный поперечный размер асимметричного алмазного долота. Этот размер выполняется на 2 5 мм меньше внутреннего диаметра технической колонны, через которую турбо-алмазный бур пропускается в открытый (углубляемый) ствол скважины.

Для специалистов очевидно, что чем больше разница между размерами b-2a, тем больше диаметр ствола, который может бурить такой турбо-алмазный бур при выходе из технической колонны.

В отличие от известных конструкций асимметричных бицентровых алмазных долот, отличающихся высокой степенью несбалансированности вращающего момента, затрачиваемого на его породоразрушающей (вооруженной алмазными резцами) поверхности, в нашей конструкции турбо-алмазного бура алмазное долото выполняется таким образом, что на нем присутствует сила, действующая в плоскости, перпендикулярной оси бурящегося ствола скважины.

Окружностью с обозначен на фиг.2 контур ствола скважины, который образуется при работе асимметричного алмазного долота. Линия d-d является диаметром ствола скважины, которая образуется за долотом. Эта линия перпендикулярна к оси вала турбобура и присоединительной резьбы долота. Линия d-d делит породоразрушающую поверхность долота на две неравные части. Наименьшая часть рабочей поверхности соответствует наименьшему расстоянию от главной продольной оси турбо-алмазного бура до боковой поверхности алмазного долота. Наибольшая часть соответствует максимальному расстоянию от оси турбо-алмазного бура до боковой поверхности алмазного долота. Одно или несколько промывочных отверстий 6 долота располагаются на наибольшей части породоразрушающей поверхности. Наименьшая часть рабочей поверхности имеет существенно большую плотность расположения алмазных резцов по сравнению с наибольшей частью рабочей поверхности долота. Для практического отсутствия поперечной силы необходимо, чтобы сумма расстояний всех алмазных резцов от оси резьбы долота на его наименьшей части рабочей поверхности была равна или на 10 30% больше таковой на наибольшей части рабочей поверхности.

Турбо-алмазный бур работает следующим образом. Перед его спуском в техническую колонну под ее разбуриваемым башмаком делается местное уширение - каверна в горном массиве. Если из-под технической колонны надо забуриться в сторону, то местное уширение делается в горном массиве за вырезанным в ней окном. Турбо-алмазный бур доводится до дна местного уширения. Затем включаются буровые насосы и с навеса при нагрузке на долото в 100 200 кГс пробуриваются первые 1 2 м нового ствола скважины. Затем нагрузка на долото плавно увеличивается до максимально возможной, которую в состоянии принять турбо-алмазный бур и дальнейшее бурение осуществляется обычным порядком.

Использование: настоящее изобретение относится к технике, использующейся для проходки стволов нефтяных и газовых скважин, и, точнее, к техническим средствам турбинного бурения, при котором турбобуры используются с алмазными долотами, которые присоединяются с помощью резьбы к их валу. Сущность изобретения: в турбо-алмазном буре, состоящем из турбобура и асимметричного алмазного долота, габаритный поперечный размер асимметричного алмазного долота выполняется на 2 - 5 мм меньше внутреннего диаметра технической колонны, через которую оно пропускается в открытый ствол скважины. При этом наименьшее расстояние от продольной оси турбобура и соответствующей ей оси присоединительной резьбы долота, с помощью которого оно крепится к нижнему концу вала турбобура, до его (долота) наружной-боковой поверхности равно половине габаритного диаметра корпуса турбобура. Алмазные резцы на породоразрушающей поверхности долота располагаются таким образом, что плотность их размещения максимальна со стороны наименьшего расстояния от оси резьбы долота до его боковой поверхности и существенно уменьшается по мере увеличения этого расстояния. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Турбоалмазный бур, включающий алмазное долото с резьбой для присоединения к валу турбобура и турбобур, отличающийся тем, что алмазное долото выполнено асимметричным, при этом наименьшее расстояние от оси вала турбобура и резьбы алмазного долота до периферийной поверхности последнего равно половине габаритного диаметра корпуса турбобура. 2. Бур по п.1, отличающийся тем, что сумма расстояний всех алмазных резцов алмазного долота от оси вала турбобура и присоединительной резьбы долота на его наименьшей части рабочей поверхности равна или на 10 30% больше суммы расстояний всех алмазных резцов долота от оси вала турбобура на его наибольшей части рабочей поверхности.