СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ КОЛЬЦЕВАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 2016 года по МПК E21B10/48 E21B10/60 

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента для бурения скважин различного назначения с отбором керна, и может быть использовано при отборе керна в продуктивных пластах нефтяных и газовых скважин.

Известна конструкция твердосплавных коронок, содержащая корпус с резьбой для соединения с кернорвателем и колонковой трубой (Сулакшин С.С. Бурение геологоразведочных скважин. - М.: Недра, 1994, с. 23).

Недостатком коронки является невозможность добиться плавной траектории бурения скважины, особенно если разрез скважины представлен переслаивающимися горными породами с определенным углом залегания, высокий уровень вибрации, низкая механическая скорость бурения, особенно при разбуривании горных пород 7-9 категории по буримости.

Наиболее близким техническим решением к изобретению, принятым за прототип, является кольцевая буровая коронка (Патент РФ №2435927, МПК E21B 10/48, E21B 10/60, опубл. 10.12.2011).

Кольцевая буровая коронка, содержащая корпус с присоединительной резьбой, разделенная промывочными каналами на секторы, которые с торцевой поверхности снабжены алмазно-твердосплавными пластинами (АТП), имеющими отрицательные передние углы в плане к боковым внутренней и внешней поверхностям резания и отрицательные передние углы к торцевой поверхности забоя скважины, промывочные каналы выполнены встречно под углом.

Высота корпуса коронки составляет порядка 70 мм. Коронка содержит основные режущие, кернообразующие и скважинообразующие резцы, но не содержит калибрующих резцов. Расположить их при такой высоте коронки не представляется возможным, учитывая то, что высота резьбовой части должна быть минимум 40 мм.

Недостатком конструкции является отсутствие калибрующих резцов, что не позволяет добиться плавной траектории бурения скважины, способствующей искривлению ствола скважины, высокий уровень вибрации, низкая механическая скорость бурения, особенно при разбуривании горных пород 7-9 категории по буримости, малая проходка на коронку.

Задача изобретения - уменьшение искривления ствола скважины, увеличение механической скорости бурения и ресурса или проходки на коронку.

Поставленная задача решается за счет того, что стабилизирующая кольцевая буровая коронка, содержащая корпус с присоединительной резьбой, разделенный основными промывочными каналами на секторы, которые с торцевой поверхности снабжены алмазно-твердосплавными пластинами, имеющие отрицательные передние углы в плане к боковым внутренней и внешней поверхностям резания и отрицательные передние углы к торцевой поверхности забоя скважины, основные промывочные каналы выполнены встречно под углом, в корпусе коронки в секторах встречно под углом расположены дополнительные промывочные каналы, основные и дополнительные промывочные каналы выполнены по всей высоте корпуса коронки по винтовой линии вправо по ходу вращения коронки, высота корпуса коронки зависит от шага винтовой линии основных и дополнительных промывочных каналов, внутри дополнительных промывочных каналов размещены две и более алмазно-твердосплавные калибрующие пластины, каждая из которых представляет собой элемент отдельной винтовой линии и закреплена на корпусе с помощью пайки или любым другим механическим способом (например, запрессовки) под отрицательным углом от минус 5° до минус 15° относительно поверхности резания.

Такое исполнение коронки способствует качественной калибровке ствола скважины, улучшает качество промывки за счет усиления режима турбулентности потока, улучшается вынос шлама, уменьшается вибрация, придается плавность траектории бурения и, как результат, уменьшается искривление скважины, увеличивается механическая скорость бурения, ресурс или проходка на коронку.

Механическая скорость бурения горных пород буровой коронкой зависит в значительной мере от своевременного выноса с забоя скважинного бурового шлама (продуктов разрушения забоя) и будет максимальной при наивысшей степени турбулентности промывочной жидкости. Максимальная турбулентность потока будет в случае применения коронки предлагаемой конструкции.

Мощный турбулентный поток промывочной жидкости позволит транспортировать на поверхность более крупные частицы шлама. Следовательно, шлам не попадет под алмазно-твердосплавные пластины коронки для повторного измельчения и, как результат, будет увеличение механической скорости бурения горных пород и ресурса или проходки на коронку.

На фиг. 1 представлен общий вид коронки.

На фиг. 2 показано положение в плане режущих элементов.

На фиг. 3 показан фрагмент коронки с режущими калибрующими элементами.

Стабилизирующая кольцевая буровая коронка, содержащая корпус 1 с присоединительной резьбой 2, разделенный основными промывочными каналами 3 на секторы 4, которые с торцевой поверхности снабжены алмазно-твердосплавными пластинами 5, имеющие отрицательные передние углы в плане к боковым внутренней γ_к и внешней γ_с поверхностям резания и отрицательные передние углы β торцевой поверхности забоя скважины.

Основные промывочные каналы 3 и дополнительные промывочные каналы 6 выполнены встречно под углом. Основные 3 и дополнительные промывочные каналы 6 выполнены по всей высоте корпуса 1 коронки по винтовой линии вправо по ходу вращения коронки. Высота корпуса 1 коронки зависит от шага винтовой линии основных 3 и дополнительных 6 промывочных каналов, внутри дополнительных промывочных каналов 6 размещены две и более алмазно-твердосплавные калибрующие пластины 7, каждая из которых представляет собой элемент отдельной винтовой линии и закреплена на корпусе с помощью пайки 8 или механическим способом под отрицательным углом γ_с от минус 5° до минус 15° относительно поверхности резания.

γ_с - угол установки режущего элемента, обрабатывающего боковую стенку скважины.

γ_к - угол установки режущего элемента, обрабатывающего боковую стенку керна.

Предлагаемая коронка работает следующим образом. Промывочная жидкость, предназначенная для охлаждения коронки и транспортировки продуктов разрушения на поверхность скважины, от промывочного насоса, двигаясь через вращающуюся вправо колонну бурильных труб, корпус коронки, попадает на забой скважины.

Выходя из под торца коронки 1 промывочная жидкость забирает буровой шлам и транспортирует его по основным 3 и дополнительным 6 промывочным каналам на поверхность в режиме наивысшей степени турбулентности за счет того, что основные и дополнительные каналы расположены встречно под углом по винтовой линии вправо. При этом калибрующие АТП 7 закреплены в дополнительном промывочном канале 6 и калибруют стенки скважины, добиваясь уменьшения искривления скважины. Все это в целом создает возможность улучшить вынос шлама с забоя скважины, уменьшить вибрацию, придать плавность траектории бурения и, как результат, добиться увеличения механической скорости бурения и ресурса или проходки на коронку.

АТП имеют цилиндрическую форму, поэтому при значении γ_c=-5° обеспечивается минимально допустимое значение заднего угла, а при значении γ_с=-15° усилие резания на цилиндрической стенке скважины приближается к максимально допустимым значениям.

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента для бурения скважин различного назначения с отбором керна и может быть использовано при отборе керна в продуктивных пластах нефтяных и газовых скважин. Технический результат заключается в уменьшении искривления ствола скважины, увеличении механической скорости бурения, ресурса или проходки на коронку. Стабилизирующая кольцевая буровая коронка содержит корпус с присоединительной резьбой, разделенный основными промывочными каналами на секторы, которые с торцевой поверхности снабжены алмазно-твердосплавными пластинами, имеющими отрицательные передние углы в плане к боковым внутренней и внешней поверхностям резания и отрицательные передние углы к торцевой поверхности забоя скважины, при этом основные промывочные каналы выполнены встречно под углом. В корпусе коронки в секторах встречно под углом расположены дополнительные промывочные каналы, основные и дополнительные промывочные каналы выполнены по всей высоте корпуса коронки по винтовой линии вправо по ходу вращения коронки, высота корпуса коронки зависит от шага винтовой линии основных и дополнительных промывочных каналов, внутри дополнительных промывочных каналов размещены две и более алмазно-твердосплавные калибрующие пластины, каждая из которых представляет собой элемент отдельной винтовой линии и закреплена на корпусе с помощью пайки или механическим способом под отрицательным углом от минус 5˚ до минус 15˚ относительно поверхности резания. 3 ил.

Стабилизирующая кольцевая буровая коронка, содержащая корпус с присоединительной резьбой, разделенный основными промывочными каналами на секторы, которые с торцевой поверхности снабжены алмазно-твердосплавными пластинами, имеющими отрицательные передние углы в плане к боковым внутренней и внешней поверхностям резания и отрицательные передние углы к торцевой поверхности забоя скважины, основные промывочные каналы выполнены встречно под углом, отличающаяся тем, что в корпусе коронки в секторах встречно под углом расположены дополнительные промывочные каналы, основные и дополнительные промывочные каналы выполнены по всей высоте корпуса коронки по винтовой линии вправо по ходу вращения коронки, высота корпуса коронки зависит от шага винтовой линии основных и дополнительных промывочных каналов, внутри дополнительных промывочных каналов размещены две и более алмазно-твердосплавные калибрующие пластины, каждая из которых представляет собой элемент отдельной винтовой линии и закреплена на корпусе с помощью пайки или механическим способом под отрицательным углом от минус 5˚ до минус 15˚ относительно поверхности резания.