ГИДРОМОНИТОРНАЯ БУРИЛЬНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2008 года по МПК E21B7/04 E21B7/18 

Изобретение относится к области строительства, в частности к особым способам или устройствам для горизонтально-направленного бурения с помощью струи жидкости или газа, применяемым при бестраншейном сооружении трубопроводов в грунте.

Известны гидромониторные бурильные головки, содержащие фронтальную поверхность с породоразрушающими элементами, калибрующую часть с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным скосом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла (например, RU 2081988, Е21В 7/18 1997-06-20, US 6209660, Е21В 7/06 2001-04-03, US 5148880, Е21В 7/06 1992-09-22).

Недостатком известных устройств является то, что при бурении по гравийно-валунно-галечниковым отложениям, когда эффект гидромониторного воздействия существенно снижается присутствием значительных по размеру монолитных включений, конфигурация гидромониторной бурильной головки не обеспечивает механическое вытеснение породы. В таких условиях процесс направленной проходки скважины становится неэффективным и в ряде случаев требует применения дополнительного ударного воздействия на породоразрушающие элементы.

Более предпочтительным в этом аспекте и наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является гидромониторная бурильная головка, содержащая двускатную фронтальную поверхность с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов, калибрующую часть с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным скосом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла (US 4993503, Е21В 7/06, 1991-02-19).

Применение упомянутого устройства обеспечивает эффективное как гидромониторное, так механическое вытесняющее воздействие на буримую породу. Однако при бурении таким устройством имеют место осложнения в управлении смещением бурового снаряда по заданной траектории горизонтально-направленной скважины, обусловленные уменьшением эффекта опережающего гидромониторного воздействия при наличии в породе значительных по размеру монолитных включений и возникновением реакции вытесняемой породы, ориентированной на скате фронтальной поверхности противоположно действию направляющей части с асимметричным скосом.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание средства для горизонтально-направленного бурения пилотной скважины в породах с гравийно-валунно-галечниковыми отложениями.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого устройства, заключается в обеспечении условий для контролируемого отклоняющего воздействия на буровой снаряд в породах с гравийно-валунно-галечниковыми отложениями и повышении надежности опережающего направленного гидромониторного воздействия.

Указанный технический результат достигается гидромониторной бурильной головкой, содержащей двускатную фронтальную поверхность с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов, калибрующую часть с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным скосом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла, за счет того, что скаты фронтальной поверхности с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов расположены на скосе направляющей части, при этом лобовой породоразрушающий выступ ориентирован по продольному направлению скоса направляющей части, по меньшей мере, два гидромониторных сопла расположены на прилегающих к скатам противоположных участках калибрующей части, а, по меньшей мере, одно гидромониторное сопло расположено на калибрующей части с ориентацией по продольному направлению скоса направляющей части в сторону расположения фронтальной поверхности, а также за счет того, что устройство снабжено породоразрушающим зубом, расположенным на сопряжении скатов и поверхности калибрующей части, и двумя дополнительными породоразрушающими выступами, при этом упомянутые выступы расположены на центрально-симметричных оси бурильных труб сегментах краевых участков скатов.

Сущность применения данного технического решения проявляется в том, что расположение скатов фронтальной поверхности на скосе направляющей части, при выполнении лобового породоразрушающего выступа ориентированным по продольному направлению скоса, обеспечивает при соприкосновении с породой одинаково направленное действие как скоса направляющей части, так и скатов фронтальной поверхности независимо от плотности породы и независимо от эффективности гидромониторного воздействия на породу. При такой конфигурации частей гидромониторной бурильной головки расположение, по меньшей мере, двух гидромониторных сопел на прилегающих к скатам противоположных участках калибрующей части и, по меньшей мере, одного гидромониторного сопла на калибрующей части с ориентацией по продольному направлению скоса направляющей части в сторону расположения фронтальной поверхности обеспечивает направленное симметричное воздействие на поверхность забоя скважины и, кроме того, защищает сопла от закупорки вытесняемой скатами фронтальной поверхности породой. Этому способствует также наличие двух дополнительных породоразрушающих выступов и породоразрушающего зуба, проявляющееся, в частности, как при поступательном внедрении, так и при калибровке ствола обратным ходом вращаемым буровым снарядом.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства со стороны фронтальной поверхности, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1, на фиг.4 показан общий вид устройства со стороны фронтальной поверхности в сечении ствола пилотной скважины в фазе первичного формирования, на фиг.5 показан общий вид устройства в сечении ствола пилотной скважины в завершающей фазе.

Гидромониторная бурильная головка содержит калибрующую часть 1, направляющую часть 2 и двускатную фронтальную поверхность, образованную скатами 3 и 4. Калибрующая часть 1 выполнена с продолговатым контуром "К" поперечного сечения, направляющая часть 2 выполнена с асимметричным скосом 5, а фронтальная поверхность на сопряжении скатов 3 и 4 выполнена с лобовым породоразрушающим выступом 6, при этом упомянутая фронтальная поверхность расположена на скосе 5 направляющей части 2 таким образом, что лобовой породоразрушающий выступ 6 ориентирован по продольному направлению скоса 5 направляющей части 2.

Гидромониторная бурильная головка содержит средство 7 соединения (например, резьба) с колонной бурильных труб 8 и нагнетательный канал 9 с вводами 10, 11 и 12 в гидромониторные сопла 13, 14 и 15, из которых, по меньшей мере, два 13 и 14 расположены на прилегающих к скатам 3 и 4 противоположных участках 16 калибрующей части 1, а, по меньшей мере, одно 15 расположено на калибрующей части 1 с ориентацией по продольному направлению скоса 5 направляющей части 2 в сторону расположения фронтальной поверхности.

Гидромониторная бурильная головка может быть снабжена породоразрушающим зубом 17 и двумя дополнительными породоразрушающими выступами 18 и 19, при этом зуб 17 расположен на сопряжении скатов 3 и 4 и поверхности калибрующей части 1, а упомянутые выступы 18 и 19 расположены на центрально-симметричных оси бурильных труб 8 сегментах краевых участков скатов 3 и 4. Для повышения износостойкости и твердости породоразрушающие зуб 17 и выступы 18 и 19 могут быть армированы твердым сплавом.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При бурении снарядом с заявляемым устройством в фазе первичного формирования ствола пилотной скважины на участке набора кривизны по проектной траектории проводят действия осевой нагрузки без вращения гидромониторной бурильной головки. При таком движении струи промывочной жидкости из сопел 13, 14 и 15 оказывают опережающее гидромониторное воздействие на дисперсную часть породы и формируют ослабленную зону в области расположения породоразрушающего зуба 17 со стороны требуемого отклонения бурового снаряда. Последующее за этим внедрение породоразрушающего зуба 17 и двускатной фронтальной поверхности с лобовым породоразрушающим выступом 6 выдавливает значительные по размеру монолитные включения в направлении, поперечном вектору изменения зенитного и/или азимутального угла, обусловленному положением асимметричного скоса 5 направляющей части 2 относительно поверхности забоя скважины. Таким образом, на данной фазе бурения образуется участок ствола, сечение которого соответствует форме продолговатого контура "К" поперечного сечения калибрующей части 1, а направление ствола соответствует заданному (средствами навигационной системы) положению скоса направляющей части. Для изменения формы сечения ствола скважины в завершающей фазе осуществляют возвратно-поступательное перемещение бурового снаряда с вращением гидромониторной бурильной головки и воздействием на породу стенок ствола скважины двумя дополнительными породоразрушающими выступами 18 и 19 и струями гидромониторных сопел 13, 14 и 15. Как следствие этого, сечение упомянутого участка приобретает круглую форму при сохранении азимутального и/или зенитного угла. При бурении в интервале, где требуется прямолинейная проводка ствола скважины, разрушение породы на забое производят с вращением гидромониторной бурильной головки без фазы первичного формирования ствола пилотной скважины.

Изобретение относится к области строительства, в частности к особым способам или устройствам для горизонтально-направленного бурения с помощью струи жидкости или газа, применяемым при бестраншейном сооружении трубопроводов в грунте. Гидромониторная бурильная головка содержит двускатную фронтальную поверхность с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов, калибрующую часть с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным скосом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла. Скаты фронтальной поверхности с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов расположены на скосе направляющей части. Лобовой породоразрушающий выступ ориентирован по продольному направлению скоса направляющей части. По меньшей мере, два гидромониторных сопла расположены на прилегающих к скатам противоположных участках калибрующей части. А, по меньшей мере, одно гидромониторное сопло расположено на калибрующей части с ориентацией по продольному направлению скоса направляющей части в сторону расположения фронтальной поверхности. Обеспечивает условия для контролируемого отклоняющего воздействия на буровой снаряд в породах с гравийно-валунно-галечниковыми отложениями и повышение надежности опережающего направленного гидромониторного воздействия. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Гидромониторная бурильная головка, содержащая двускатную фронтальную поверхность с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов, калибрующую часть с продолговатым контуром поперечного сечения, направляющую часть с асимметричным скосом, средство соединения с колонной бурильных труб и нагнетательный канал с вводами в гидромониторные сопла, отличающаяся тем, что скаты фронтальной поверхности с лобовым породоразрушающим выступом на сопряжении скатов расположены на скосе направляющей части, при этом лобовой породоразрушающий выступ ориентирован по продольному направлению скоса направляющей части, по меньшей мере, два гидромониторных сопла расположены на прилегающих к скатам противоположных участках калибрующей части, а, по меньшей мере, одно гидромониторное сопло расположено на калибрующей части с ориентацией по продольному направлению скоса направляющей части в сторону расположения фронтальной поверхности.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено породоразрушающим зубом, расположенным на сопряжении скатов и поверхности калибрующей части, и двумя дополнительными породоразрушающими выступами, при этом упомянутые выступы расположены на центрально-симметричных оси бурильных труб сегментах краевых участков скатов.