PDC-БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2015 года по МПК E21B10/43 E21B10/46 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режущего типа, применяемому в бурении скважин, а именно, к PDC-инструменту: бурголовкам и долотам.

Известен буровой инструмент, в частности, лопастное долото режущего типа, включающее корпус и лопасти с режущими кромками, армированными твердым сплавом, исполняющими функцию вооружения долота в разрушении горных пород [1] (аналог).

В известном лопастном долоте при его работе разрушение разбуриваемых горных пород осуществляется прямым резанием вооружением из недостаточно износостойкого материала.

Указанные недостатки устранены в долотах, где применено более износостойкое вооружение в виде резцов типа PDC (Polycrystalline Diamond Compact), причем рабочая поверхность инструмента, на которой размещено это вооружение, выполнена в форме тора [2].

В известном инструменте для бурения скважин [2], принятом за прототип, резцы, размещенные на поверхности инструмента в форме тора, начиная от области, близкой к плоскости, перпендикулярной оси долота, вплоть до периферии и калибрующих стенку скважины, вынуждены преодолевать напряженное состояние горных пород от бокового воздействия горного давления.

Целью изобретения является увеличение показателей эффективности работы инструмента путем снятия напряженного состояния от бокового воздействия горного давления в большей части забоя скважины за счет переноса его под периферийные резцы.

Указанная цель достигается тем, что в известном инструменте рабочая поверхность, на которой размещены резцы, выполнена в виде обратной конической поверхности, при этом у обратной конической поверхности соотношение радиуса основания конуса к его высоте равно 2/3. Резцы, на внутренней обратной конической поверхности, необязательно дублируются в полном объеме. Резцы, калибрующие стенку скважины, размещены ступенчато по ходу вращения инструмента.

На фиг. 1 изображен профиль скважины с конкретной формой забоя и размещенным в этом профиле долотом с вооружением в виде резцов PDC: 1 - корпус инструмента (долота); 2 - стенка скважины; 3 - резцы PDC; 4 - забой скважины.

На фиг. 2 представлен фронтальный вид заявленного PDC-инструмента: 1 - корпус инструмента (долота); 3 - резцы PDC; 5 - приливы на корпусе долота; 6 - твердосплавные вставки.

На фиг. 3 показан вид сверху заявленного PDC-инструмента: 1 - корпус инструмента (долота); 3 - резцы PDC; 5 - приливы на корпусе долота; 6 - твердосплавные вставки; 7 - гидромониторные насадки.

На фиг. 4 - вид сверху заявленного PDC-инструмента без дублирующих резцов PDC на внутренней обратной конической поверхности: 1 - корпус инструмента (долота); 3 - резцы PDC; 5 - приливы на корпусе долота; 6 - твердосплавные вставки; 7 - гидромониторные насадки.

На фиг. 5 - фотография натурной модели PDC-долота 152,4 МС, выполненного в соответствии заявленному изобретению (фронтальный вид).

На фиг. 6 - фотография того же PDC-долота 152,4 МС (вид сверху).

PDC резцы 3, размещенные на корпусе долота 1, при его работе отделяют забой 4 от стенки скважины 2 на фиг. 1, отсекая область напряженного состояния в основной части забоя скважины от воздействия горного давления и облегчая условия ее разрушения. Опережающие периферийные резцы 3 дублируются, поскольку находятся в наиболее тяжелых условиях.

Калибрующие вставки 6, вмонтированные в поверхность корпуса долота 1 на фиг. 2, предупреждают его износ в процессе бурения. Резцы 3, запрессованные в приливы 5 на корпусе долота 1 (фиг. 2), калибруют стенку скважины 2 на фиг. 1. Опережающие резцы 3, расположенные по кромке долота 1 на его периферии (фиг. 2), продвигают скважину (процесс бурения). Ступенчатое размещение резцов 3 на внешней стороне корпуса долота 1 на фиг. 2 способствует существенному облегчению калибровки стенки скважины 2 на фиг. 1.

Резцы 3, запрессованные в приливы 5, размещенные на обратной конической поверхности внутри корпуса долота 1 (фиг. 3), разрушают отделенный от стенки скважины 2 забой 4 на фиг. 1. Объемное пространственное ступенчатое размещение резцов 3 на внутренней поверхности корпуса долота 1 на фиг. 3, благодаря ее коническому исполнению в соотношении радиуса основания конуса к его высоте, равном 2/3, и последовательному положению их по ходу вращения долота или в противоход, способствует существенному облегчению условия разрушения горной породы на забое 4 - фиг. 1. Промывочная жидкость, подаваемая через гидромониторные насадки 7, охлаждает резцы 3 на фиг. 3 и фиг. 4 и очищает забой 2 на фиг. 1 от выбуренной породы.

Размещение резцов 3 на поверхности обратного конуса корпуса долота 1 без их дублирования на фиг. 4 достаточно для эффективного разрушения забоя.

Фотографии на фиг. 5 и фиг. 6 дают общее представление о натурном долоте 152,4 МС заявляемой пространственной конфигурации породоразрушающего инструмента.

Долота заявляемой пространственной конфигурации позволяют снизить требуемую для бурения нагрузку и увеличить скорость проходки.

Источники информации

1. Палий П.Л., Корнеев К.Е. Буровые долота, М., ″Недра″, 1971, 446 с.

2. Каталог нефтегазовых долот. ОАО «Волгабурмаш», 2012, 48 с.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режущего типа, применяемому в бурении скважин, а именно, к PDC-инструменту: бурголовкам или долотам. Технический результат заключается в увеличении показателей эффективности работы инструмента путем снятия напряженного состояния от бокового воздействия горного давления в большей части забоя скважины за счет переноса его под периферийные резцы. Инструмент включает корпус, вооруженный резцами PDC, при этом рабочая поверхность, на которой размещены резцы, выполнена в виде обратной конической поверхности с соотношением радиуса основания конуса к его высоте, равным 2/3. Резцы на внутренней обратной конической поверхности необязательно дублируются в полном объеме. Резцы, калибрующие стенку скважины, размещены ступенчато по ходу вращения инструмента. 6 ил.

PDC-буровой инструмент: бурголовка, долото, включающий корпус, вооруженный резцами PDC, отличающийся тем, что с целью увеличения показателей эффективности работы инструмента путем снятия напряженного состояния от бокового воздействия горного давления в большей части забоя скважины за счет переноса его под периферийные резцы рабочая поверхность, на которой размещены резцы, выполнена в виде обратной конической поверхности с соотношением радиуса основания конуса к его высоте, равным 2/3, причем резцы на внутренней обратной конической поверхности необязательно дублируются в полном объеме, а резцы, калибрующие стенку скважины, размещены ступенчато по ходу вращения инструмента.