ОДНОШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2000 года по МПК E21B10/08 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту и может применяться при строительстве нефтяных и газовых скважин, а также при бурении геологоразведочных скважин.

При строительстве скважин в некоторых случаях требуется иметь диаметр ствола скважины больше, чем внутренний диаметр ранее спущенной колонны. Этот вопрос решают применением расширителей гидравлического действия, которые устанавливают над долотами - Справочник "Буровой инструмент", М., Недра, 1989 г, стр. 317-319. Таким образом создают разрушающий инструмент, состоящий из долота и расширителя.

К недостаткам указанного разрушающего инструмента относится сложность конструкции расширителя: применение гидравлического узла, раздвижных лап и шарнирных устройств; необходимость иметь значительный перепад давления, чтобы лапы с шарошками раздвигались и удерживались при бурении; наличие перепада давления приводит к размыву циркуляционных каналов и уплотнений поршня, в результате расширитель прекращает работу.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является устройство по патенту РФ "Одношарошечное долото" N 2036294 E 21 В 10/08.

Долото содержит корпус с наклонной относительно его продольной оси симметрии цапфой, на которой смонтирована эллипсоидная шарошка. На шарошке имеются два выступа, которые расположены на поверхности шарошки диаметрально противоположно. На поверхности шарошки и ее выступах смонтированы породоразрушающие элементы.

Однако с помощью указанного долота невозможно бурить скважину большего диаметра по следующим причинам:
1. Стенки скважины имеют неровности, искривления, поэтому долото при спуске будет проворачиваться, что приведет к заклинке его в скважине по большой оси эллипсоида.

2. Расширение ствола невозможно и при идеальном стволе, так как при провороте долота породоразрушающие элементы, выступающие на несколько миллиметров, не смогут срезать породу, которая может иметь высокую твердость, например 70.0 - 150.0 кг/мм². Для осуществления процесса резания необходимо иметь несколько степеней свободы, в данном случае один: вверх-вниз. Шарошка должна свободно вращаться. И подобно тому, как работает резец на токарном станке, так и резцы шарошки должны плавно подаваться к объекту резания. Они ведут срез только после контакта с породой при минимальной подаче (доли миллиметра). Для процесса резания обязательна некоторая нагрузка, которая может создаться, если будет достигнута разгрузка породоразрушающих элементов долота на плоскость. Устройство-прототип не отвечает этим требованиям.

Целью предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей одношарошечного долота.

Для этого в одношарошечном долоте, состоящем из корпуса с присоединительной резьбой и гидравлическим каналом, эллипсоидной шарошки с породоразрушающими элементами на ней, фиксирующее устройство выполнено в виде подпружиненного пальца, манжеты и гидравлического канала. При этом гидравлический канал корпуса сообщен с гидравлическим каналом фиксирующего устройства для создания повышенного давления на манжету в сравнении с давлением за шарошкой, подъема пальца и расфиксации шарошки при подаче буровой жидкости в гидравлический канал.

На чертеже показано предлагаемое долото.

Долото содержит корпус с резьбой 1, канал промывки 2, лапу, подшипник, эллипсоидную шарошку 3 с породоразрушающими элементами 4. Для удержания эллипсоидной шарошки в требуемом положении в корпусе смонтировано фиксирующее устройство, которое состоит из пальца 5, манжеты 6, пружины 7 и канала 8.

Долото работает следующим образом.

Перед спуском долота в скважину эллипсоидную шарошку 3 фиксируют с помощью пальца 5, который удерживается в крайнем нижнем положении с помощью пружины 7. Положение зафиксированной шарошки 3 определяют по местонахождению большой I-I и малой II-II осей эллипсоида: вершины породоразрушающих элементов 4 большой оси максимально приближены к оси скважины, а вершины породоразрушающих элементов 4 малой оси отстоят от скважины на расстояние, равное внутреннему радиусу колонны. Одношарошечное долото с зафиксированной эллипсоидной шарошкой 3 пропускают через обсадную колонну и спускают ниже ее на 1-2 м, где ствол скважины, ранее пробуренный, имеет диаметр, превышающий наружный диаметр спущенной колонны, что обеспечивает свободное вращение эллипсоидной шарошки 3 и движение ее вверх-вниз.

Расширение или бурение начинают после растормаживания шарошки 3 за счет вывода пальца 5 из зацепления. Освобождение шарошки 3 от фиксирующего пальца 5 происходит в следующей последовательности: включают насос, подающий буровую жидкость, которая, попадая в каналы 2 и 8 корпуса 1, создает повышенное давление в сравнении с давлением за шарошкой. Указанный перепад давления действует на манжету 6. Палец 5, сжимая пружину 7, поднимается в верхнее положение, одновременно освобождая шарошку 3 от фиксации. Вращая долото и плавно подавая к забою породоразрушающие элементы 4 под нагрузкой, начинают процесс резания горной породы, т.е. строительство ствола увеличенного диаметра. После окончания бурения прекращают циркуляцию буровой жидкости, тем самым снимают перепад давления в каналах 2 и 8. И пружину 7 возвращает в исходное положение палец 5, который при проворачивании долота попадает в гнездо-углубление и фиксирует шарошку 3 в требуемом положении. После этого приступают к подъему долота из скважины.

При использовании предлагаемого устройства строительство скважины осуществляют на одном этапе, без применения гидравлического расширителя, что снизит объем работ, затраты и приведет к экономии материально-технических средств и снижению стоимости бурения в два раза в сравнении с существующей.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, может применяться при строительстве нефтяных и газовых скважин, а также при бурении геологоразведочных скважин. Одношарошечное долото для бурения скважины ниже обсадной колонны состоит из корпуса с присоединительной резьбой и гидравлическим каналом, эллипсоидной шарошки с породоразрушающими элементами на ней. Фиксирующее устройство выполнено в виде подпружиненного пальца, манжеты и гидравлического канала, при этом гидравлический канал корпуса сообщен с гидравлическим каналом фиксирующего устройства для создания повышенного давления на манжету в сравнении с давлением за шарошкой, подъема пальца и расфиксации шарошки при подаче буровой жидкости в гидравлические каналы. При использовании данного долота строительство скважины осуществляют на одном этапе, без применения гидравлического расширителя, что снизит объем работ, затраты и приведет к экономии материально-технических средств и снижению стоимости бурения в два раза в сравнении с существующей. 1 ил.

Одношарошечное долото для бурения скважины ниже обсадной колонны, состоящее из корпуса с присоединительной резьбой и гидравлическим каналом, эллипсоидной шарошки с породоразрушающими элементами на ней, отличающееся тем, что фиксирующее устройство выполнено в виде подпружиненного пальца, манжеты и гидравлического канала, при этом гидравлический канал корпуса сообщен с гидравлическим каналом фиксирующего устройства для создания повышенного давления на манжету в сравнении с давлением за шарошкой, подъема пальца и расфиксации шарошки при подаче буровой жидкости в гидравлические каналы.