БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 2005 года по МПК E21B10/18 

Описание патента на изобретение RU2244797C1

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к схеме установки эжекционно-гидромониторных насадок, обеспечивающих эрозионное разрушение пород шламовой пульпой.

Известны буровые долота с различными схемами размещения гидромониторных насадок (Кириллин В.И. Выбор и оптимизация схемы промывочных устройств шарошечных долот. - ВНИИОЭНГ, 1991. - 126 с.; Макаров Н.Г. Анализ совершенствования промывочных систем буровых шарошечных долот / Н.Г.Макаров, В.Я.Ясашин, Д.Ю.Сериков // НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - ВНИИОЭНГ. - 2001. - Вып.12, - С.6-10).

Известны схемы размещения гидромониторных насадок:

- асимметричной промывки;

- использование эффекта эжекции;

- оснащение долот вихревыми камерами;

- применение пульсирующей промывки;

- использование насадок уменьшенного диаметра с приближением их к забою.

Известно долото, в котором используется одна насадка с большим поперечным сечением выходного канала, для размещения которой оси двух цапф смещают к третьей цапфе, а насадку размещают между смещенными цапфами, образующими расширенный проем. В этом случае буровой раствор подводится к забою и движется по нему к проемам, свободным от насадок (А.С. 625015 СССР, МКИ Е 21 В 10/18).

Недостатком такой схемы размещения промывочных насадок является одноточечное, только в центре, поражение забоя.

Известно долото, в котором для лучшего удаления шлама из затрубного пространства лапы долота выполнены с каналами, сообщающими надшарошечную полость с затрубным пространством. Эжектирующий канал соединен с полостью корпуса посредством патрубка или эжекционной насадки, образованной двумя концентрично установленными втулками, закрепленными в лапе долота. Кольцевая полость между втулками образует эжектирующий канал, сообщаемый с полостью долота через отверстие. Буровой раствор, подаваемый к насадке из ниппельной части долота, создает в канале лапы долота эффект эжекции, улучшающий вынос шлама из надшарошечной зоны (А.С. 599031 СССР, МКИ Е 21 В 10/18).

Эффективность удаления шлама у этих долот недостаточна, что обусловлено низким КПД эжекционной насадки несовершенной конструкции. Кроме того, эта насадка удалена от поверхности забоя и направлена вверх по потоку раствора и не может реализовать эрозионный эффект.

Известны эжекционно-гидромониторные насадки, выполненные в едином корпусе с камерой смешения и диффузно-разгонной трубой, обеспечивающие эрозионное разрушение породы за счет подсасывания шламовой пульпы, разгона ее до скорости истечения струи и создания на забое гидравлических ударов (патент RU 2117746).

Размещение эжекционно-гидромониторных насадок на долоте по известным схемам, например, симметричной, с расположением насадок по периферии над зубьями шарошек не обеспечивает эрозионного разрушения породы струей шламовой пульпы по всей поверхности забоя из-за периферийного их расположения, отсутствия проемов между зубьями шарошек, значительного удаления (120-150 мм) торцов насадок от поверхности забоя, в результате чего струя эффективно очищает периферийный ряд зубьев шарошки, но не достигает и не разрушает породы, затрудняя очистку остальных зубьев, выход потока раствора и вынос выбуренной породы из-под долота.

Известные технические решения не обеспечивают разрушение породы шламовой пульпой при бурении шарошечными и другими типами долот из-за конструктивных особенностей гидромониторных насадок и схем их размещения в долоте.

Во всех случаях при размещении гидромониторных насадок в долоте предусматривается интенсивная очистка забоя и околодолотного пространства от выбуренного шлама, в том числе за счет эжекции потока с помощью эжекционных насадок, направленных вверх от забоя. Эрозионный эффект частично имеет место при установке удлиненных насадок при большой скорости истечения, при этом абразивные свойства выбуренной породы не используются.

Наиболее близким к предлагаемому решению является буровое трехшарошечное долото, содержащее цилиндрический корпус с присоединительной резьбой на одном конце и цапфами на другом, наклонно расположенными к продольной оси долота, на которых посредством подшипников установлены шарошки с твердосплавными зубками, оснащенные тремя гидромониторными твердосплавными или минералокерамическими насадками, закрепленными в промывочных каналах корпуса посредством стопорного элемента. Насадки размещены в проемах между шарошками и расположены относительно шарошек симметрично.

Особенностью долота является установка насадок под острым углом к продольной оси долота в направлении вращения и одновременно по касательной к стенкам скважины и калибрующим твердосплавным зубкам впереди расположенной шарошки. После отражения от стенки скважины скоростной поток промывочной жидкости также по касательной направляется в поперечном направлении по поверхности забоя (Пат. SU 5029656 США, МПК Е 21 В 10/18).

К недостаткам следует отнести симметричное расположение насадок, струя которых поражает забой только по периферии долота, а угол их наклона обеспечивает только очистку зубцов шарошек и периферийную часть забоя, что не позволяет использовать эрозионно-гидромониторный эффект для разрушения породы на поверхности забоя.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении механической скорости бурения и эффективности работы долота за счет эффективного эрозионно-гидромониторного разрушения породы шламовой пульпой, очистки забоя и зубьев шарошки от шламовой пульпы, отраженной от забоя струей жидкости, уменьшении площади контакта долота с породой, устранении угнетающего дифференциального давления, ускорении адсорбционного разупрочнения породы.

Поставленная цель достигается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус с присоединительной резьбой, шарошки, установленные на цапфах лап наклонно к продольной оси долота посредством подшипников, твердосплавные гидромониторные насадки выполнены эжекционными и приближены к забою на расстояние δ, равное трем-четырем калиброванным диаметрам насадки, но не ниже высоты рядом расположенного зуба шарошки, и размещены в промывочных каналах долота по схеме: первая - по радиусу на периферии долота с углом наклона 5-7° к продольной оси долота, вторая - на середине радиуса долота, третья - в центре, со смещением оси эжекционной гидромониторной насадки относительно продольной оси долота на величину a калиброванного диаметра насадки.

Повышение механической скорости бурения и эффективности работы долота достигается за счет изменения поверхности забоя в результате эрозионного разрушения породы гидромониторной струей жидкости, содержащей шламовую пульпу, и образования кольцевых выемок.

На фиг.1 изображено буровое долото по разрезу А-А, на фиг.2 вид снизу. На фиг.3-4 схема работы гидромониторных насадок в скважине, расположенных по предлагаемой схеме. На фиг.5 выноска из фиг.3.

Буровое трехшарошечное долото содержит корпус 1, шарошки 2, эжекционно-гидромониторные насадки: 3 - периферийная, 4 - промежуточная, 5 - центральная, которые размещены в промывочных каналах долота по схеме: по радиусу на периферии долота с углом наклона 5-7° к продольной оси долота (3), на середине радиуса долота (4), в центре, со смещением оси эжекционно-гидромониторной насадки относительно оси долота на величину калиброванного диаметра насадки a=dн (5), так чтобы их торцы отстояли от поверхности забоя (10) (фиг.4) на расстоянии δ, равном трем-четырем калиброванным диаметрам насадки (фиг.1). В процессе промывки при истечении жидкости из калиброванного отверстия насадки возникает вакуумное пространство, в которое через боковые отверстия в корпусе насадки засасывается раствор, насыщенный шламовой пульпой 7. Шламовая пульпа (7) разгоняется до скорости истечения струи, приобретая огромную динамическую силу, до 14 раз превышающую силу без шлама. Микроудары шлама интенсивно разрушают породу, создавая углубления, кольцевую выемку (9) и целики породы (8) при вращении долота (фиг.3).

В результате площадь контакта долота с поверхностью забоя (10) (фиг.4) уменьшается на 30-40%, а на боковой поверхности целика (8) забойное давление Рз переориентируется из вертикального угнетающего в горизонтальное по напластованию пород в плоскости действия пластового давления Рпл.

Так как Рз больше Рпл, то под разницей ΔР=Рзпл давление в целике (8) будет выравниваться до Рз. Таким образом, угнетающее давление ΔР будет нейтрализовано. Под перепадом давления ΔР фильтрат раствора будет быстрее проникать в целик (8) по напластованию пород, расклинивая слои (11) и создавая благоприятные условия для абсорбционного разупрочнения (фиг.3).

Зубья шарошек очищаются в трех точках по радиусу на периферии (3), в середине (4) и в вершине шарошек (5) струей раствора, отраженной от забоя под углом 120° (фиг.3). При этом часть потока раствора и шламовая пульпа (7) выносится из-под долота, направляясь, в свободные от насадок проемы между шарошками (2), а другая вместе со шламовой пульпой (7) эжектируется в насадки (3, 4, 5) и с большой скоростью струей направляется на поверхность забоя (10).

В совокупности это создает условия для интенсивного разрушения породы по всему забою и росту в 2-3 раза механической скорости бурения.

Похожие патенты RU2244797C1

название год авторы номер документа
БУРОВОЕ ГИДРОМОНИТОРНОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 2014
  • Сериков Дмитрий Юрьевич
RU2567561C1
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 2014
  • Сериков Дмитрий Юрьевич
  • Ясашин Виталий Анатольевич
  • Панин Николай Митрофанович
RU2543823C1
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 2015
  • Сериков Дмитрий Юрьевич
RU2598250C1
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 1991
  • Скрябин Г.Ф.
  • Браженцев В.П.
  • Торгашов А.В.
  • Логинов А.А.
  • Баталов С.П.
RU2029050C1
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 2001
  • Осипов П.Ф.
RU2191244C1
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 2014
  • Сериков Дмитрий Юрьевич
  • Ясашин Виталий Анатольевич
  • Панин Николай Митрофанович
RU2543824C1
Гидромониторное долото 1981
  • Галиакбаров Виль Файзуллович
  • Мавлютов Мидхат Рахматуллич
  • Седаков Ринат Гереевич
  • Муфазалов Роберт Шакурович
SU1004601A1
БУРОВОЕ ДОЛОТО 2000
  • Марков О.А.
  • Богомолов Р.М.
  • Мокроусов В.П.
  • Сусликов А.В.
  • Марков В.О.
RU2179619C2
ШАРОШЕЧНЫЙ РАСШИРИТЕЛЬ 2014
  • Сериков Дмитрий Юрьевич
  • Ясашин Виталий Анатольевич
  • Панин Николай Митрофанович
RU2600225C1
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 2014
  • Сериков Дмитрий Юрьевич
  • Ясашин Виталий Анатольевич
  • Панин Николай Митрофанович
  • Пиканов Константин Александрович
RU2543760C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 244 797 C1

Реферат патента 2005 года БУРОВОЕ ДОЛОТО

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к схеме установки эжекционно-гидромониторных насадок, обеспечивающих эрозионное разрушение пород шламовой пульпой. Буровое долото содержит корпус с присоединительной резьбой, шарошки, установленные на цапфах лап наклонно к продольной оси долота посредством подшипников, твердосплавные гидромониторные насадки, которые выполнены эжекционными и приближены к забою на расстояние δ, равное трем-четырем калиброванным диаметрам насадки, но не ниже высоты рядом расположенного зуба шарошки, и размещены в промывочных каналах долота по схеме: первая - по радиусу на периферии долота с углом наклона 5-7° к продольной оси долота, вторая - на середине радиуса долота, третья - в центре, со смещением оси эжекционной гидромониторной насадки относительно продольной оси долота на величину калиброванного диаметра насадки. Повышается механическая скорость бурения и эффективность работы долота. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 244 797 C1

Буровое долото, содержащее корпус с присоединительной резьбой, шарошки, установленные на цапфах лап наклонно к продольной оси долота посредством подшипников, твердосплавные гидромониторные насадки, отличающееся тем, что гидромониторные насадки выполнены эжекционными и приближены к забою на расстояние δ, равное трем-четырем калиброванным диаметрам насадки, но не ниже высоты рядом расположенного зуба шарошки, и размещены в промывочных каналах долота по схеме: первая - по радиусу на периферии долота с углом наклона 5-7° к продольной оси долота, вторая - на середине радиуса долота, третья - в центре, со смещением оси эжекционной гидромониторной насадки относительно продольной оси долота на величину α калиброванного диаметра насадки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2244797C1

US 5029656 A, 09.07.1991
ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО 1992
  • Аникин Анатолий Афанасьевич[Ru]
  • Аникин Андрей Анатольевич[Ru]
  • Глинский Адольф Евгеньевич[Ru]
  • Разуваев Владимир Дмитриевич[Ru]
  • Матвеенко Ларион Михайлович[Ru]
  • Жидовцев Николай Александрович[Ru]
  • Кириллин Виктор Иванович[Ru]
  • Илык Теофил Акимович[Ua]
  • Якимчук Ульян Никифорович[Ua]
RU2044860C1
БУРОВОЕ ДОЛОТО 1994
  • Калишин И.С.
  • Романихин Н.В.
  • Ананьев С.А.
RU2078897C1
УДЛИНЕННАЯ ГИДРОМОНИТОРНАЯ НАСАДКА БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА 1994
  • Агошашвили Тариэл Георгиевич
  • Уралев Валерий Борисович
  • Кораблев Геннадий Александрович
  • Буяновский Илья Наумович
  • Крючков Владимир Петрович
RU2085696C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭРОЗИОННОГО ГИДРОМОНИТОРНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ 1995
  • Новиков В.С.
  • Загоруля В.Л.
RU2117746C1
Буровое долото 1975
  • Жидовцев Николай Александрович
  • Матвеев Григорий Иванович
  • Бикбулатов Ирек Камилевич
  • Гинзбург Эдуард Самуилович
  • Рубарх Владимир Миронович
  • Илык Теофиль Акимович
SU599031A1
Трехшарошечное долото 1972
  • Иоаннесян Ролен Арсентьевич
  • Палий Поликарп Автономович
  • Иоаннесян Юрий Роленович
  • Константинов Леонид Павлович
  • Владиславлев Юрий Евгеньевич
  • Федотов Георгий Иванович
SU625015A1

RU 2 244 797 C1

Авторы

Новиков В.С.

Даты

2005-01-20Публикация

2003-06-30Подача