ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ БУРЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, СОДЕРЖАЩИЕ ПАССИВНО РЕГУЛИРУЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ АГРЕССИВНОСТИ, И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ СПОСОБЫ Российский патент 2020 года по МПК E21B10/62 

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ

Данная заявка испрашивает приоритет даты подачи заявки на патент США № 14/973,282, поданной 17 декабря 2015 года, под названием “Earth-Boring Tools Including Passively Adjustable, Aggressiveness-Modifying Members and Related Methods”, раскрытие сущности которой полностью включено в данную заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение в целом относится к инструментам для бурения земной поверхности и системам, в которых их используют для бурения скважин в геологических пластах. Более конкретно, описанные варианты реализации изобретения относятся к инструментам для бурения земной поверхности, которые могут содержать один или большее количество пассивно регулируемых элементов для изменения агрессивности, выполненных с возможностью изменения агрессивности инструментов для бурения земной поверхности в ответ на усилия, действующие на пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Нефтяные скважины (также называемые «скважинами» или «буровыми скважинами») пробуривают с помощью бурильной колонны, которая содержит трубчатый элемент, содержащий буровую компоновку (также называемую «компоновкой низа бурильной колонны» или «КНБК»). Как правило, КНБК содержит устройства и датчики, которые предоставляют информацию, относящуюся к различным параметрам, относящимся к операциям бурения («параметры режима бурения»), характеристикам КНБК («параметры КНБК») и параметрам, относящимся к пласту, окружающему ствол скважины («характеристики пласта»). Инструмент для бурения земной поверхности, такой как буровое долото, прикрепленное к нижнему концу КНБК, вращается путем вращения бурильной колонны и/или бурового двигателя (называемого также «забойным двигателем») в КНБК с целью раздробления скального пласта для бурения ствола скважины. Большое количество стволов скважин пробуривают по сложным траекториям. Например, один ствол скважины может содержать один или большее количество вертикальных участков, отклоненных участков и горизонтальных участков, проходящих через различные виды скальных пластов. Когда бурение осуществляют из мягкого пласта, такого как песок, к твердому пласту, такому как сланец, или наоборот, механическая скорость проходки (МСП) долота изменяется и может вызвать (уменьшить или увеличить) чрезмерные колебания или вибрацию (боковую или скручивающую) в инструменте для бурения земной поверхности. МСП обычно управляют путем управления осевой нагрузкой на долото (ОНД) и угловой скоростью вращения (оборотов в минуту или «об/мин») бурового долота, чтобы управлять колебаниями бурового долота. ОНД управляют путем управления нагрузкой на крюке на поверхности, а угловой скоростью вращения управляют путем управления вращением бурильной колонны на поверхности и/или путем управления скоростью бурового двигателя в КНБК. Управление флуктуациями бурового долота и МСП данными способами требует, чтобы буровая система или оператор обеспечивали определенные действия на поверхности. Воздействие таких операций на поверхности на колебания бурового долота практически не является мгновенным. Агрессивность бурового долота способствует вибрации, радиальному биению бурового долота и неравномерному вращению для заданной ОНД и угловой скорости вращения бурового долота. «Глубина резания» (ГР) бурового долота, обычно определяемая как «расстояние, на которое продвигается буровое долото в пласт вдоль оси за один оборот», является параметром, связанным с агрессивностью бурового долота. Управление ГР, временем воздействия режущего элемента и другими параметрами, влияющими на агрессивность, может содействовать тому, что ствол скважины будет более сглаженным, и позволит избежать преждевременного повреждения резцов и продлить срок службы инструмента для бурения земной поверхности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данной заявке описаны буровое долото и буровые системы, в которых используется одинаковая конфигурация для управления скоростью изменения мгновенной агрессивности инструмента для бурения земной поверхности при бурении ствола скважины.

В некоторых вариантах реализации изобретения инструменты для бурения земной поверхности могут содержать корпус и пассивно регулируемый элемент с изменяемой агрессивностью, прикрепленный к корпусу. Пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности может быть выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет первую агрессивность, и вторым положением, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет вторую, отличную от первой агрессивность, зависящую от усилий, воздействующих на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности.

В других вариантах реализации изобретения способы пассивной регулировки агрессивности инструментов для бурения земной поверхности могут включать воздействие усилия на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, прикрепленный к корпусу. Пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности может перемещаться из первого положения, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет первую агрессивность во второе положение, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет вторую, отличную от первой агрессивность, зависящую от усилия, воздействующего на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Хотя в конце данного описания содержится формула изобретения, конкретно указывающая и недвусмысленно заявляющая конкретные варианты реализации изобретения, различные признаки и преимущества вариантов реализации изобретения в пределах объема данного изобретения могут быть более легко определены из последующего описания при их рассмотрении вместе с сопроводительными чертежами, на которых:

на Фиг. 1 проиллюстрирована упрощенная схема иллюстративной буровой системы, содержащей бурильную колонну, содержащую инструмент для бурения земной поверхности, изготовленный в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;

на Фиг. 2 проиллюстрирован частичный продольный разрез иллюстративного инструмента для бурения земной поверхности, выполненного как буровое долото с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами с пассивно регулируемыми элементами для изменения агрессивности и устройством для управления с поверхности земли скоростями выдвижения и втягивания пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности, в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;

на Фиг. 3 проиллюстрирован альтернативный вариант реализации устройства управления скоростью, которое посредством гидравлической линии управляет пассивно регулируемым элементом для изменения агрессивности;

на Фиг. 4 проиллюстрирован вариант реализации устройства управления скоростью, выполненного с возможностью работы с несколькими пассивно регулируемыми элементами для изменения агрессивности;

на Фиг. 5 проиллюстрировано размещение устройства управления скоростью, проиллюстрированного на Фиг. 4, в части буровой коронки инструмента для бурения земной поверхности;

на Фиг. 6 проиллюстрировано размещение устройства управления скоростью, расположенное в канале для флюида или протоке инструмента для бурения земной поверхности;

на Фиг. 7 проиллюстрировано буровое долото, в котором устройство управления скоростью и пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности расположены на внешней поверхности инструмента для бурения земной поверхности;

на Фиг. 8 проиллюстрирован поперечный разрез другого варианта реализации инструмента для бурения земной поверхности, выполненного в виде бурового долота с конической шарошкой, содержащего пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности; и

на Фиг. 9 проиллюстрирован поперечный разрез части другого варианта реализации инструмента для бурения земной поверхности, выполненного в виде раздвигающегося скважинного расширителя, содержащего пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности.

СПОСОБ(Ы) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстрации, представленные в данном описании, не предназначены для фактического изображения какой-либо конкретной бурильной колонны, инструмента для бурения земной поверхности или его компонента, но являются просто идеализированными представлениями, используемыми для описания иллюстративных вариантов реализации изобретения. Вследствие этого, графические материалы не обязательно приводятся с соблюдением масштаба.

В основном, описанные варианты реализации изобретения относятся к инструментам для бурения земной поверхности, которые могут содержать один или большее количество пассивно регулируемых элементов для изменения агрессивности, выполненных с возможностью изменения агрессивности инструментов для бурения земной поверхности в ответ на усилия, действующие на пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности. Более конкретно, описанные варианты реализации инструментов для бурения земной поверхности, выполнены с возможностью избирательного увеличения и уменьшения агрессивности инструментов для бурения земной поверхности, в которых используются усилия, действующие на пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности, закрепленные на инструментах для бурения земной поверхности, отвечающие на усилия соответствующим движением.

Хотя некоторые варианты реализации пассивно регулируемых элементов для изменения агрессивности в данном описании описываются как применяемые и используемые в буровых долотах для бурения земной поверхности, таких как буровые долота для роторного бурения земной поверхности с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами, иногда называемые долотами «режущего типа», и буровые долота с конической шарошкой, а также скважинные расширители для бурения земной поверхности, такие как раздвигающиеся скважинные расширители, пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности в соответствии с этим изобретением могут использоваться в любом инструменте для бурения земной поверхности, содержащем вооружение долота, выполненное с возможностью реагировать на пассивную регулировку его агрессивности. Соответственно, используемые в данном описании термины «инструмент для бурения земной поверхности» и «буровое долото для бурения земной поверхности» означают и включают любой тип долота или инструмента, используемого для бурения во время создания или расширения ствола скважины в подземном пласте, и включают, например, буровые долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами, долота с коническими шарошками, долота ударного бурения, колонковые долота, эксцентричные долота, бицентричные долота, скважинные расширители, фрезы, гибридные долота и другие буровые долота и инструменты, известные в данной области техники.

Как используется в данном описании, термин «пассивный» при использовании в контексте регулировки элемента для изменения агрессивности означает и включает в себя варианты реализации изобретения, в которых регулировка достигается без каких-либо специализированных электрических или электромеханических исполнительных компонентов для осуществления регулировки специального назначения. Например, пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности могут не содержать электронные и электромеханические приводные механизмы и для них могут не понадобиться специальные запускающие сигналы оператора (например, изменения скорости потока циркулирующего флюида, изменения скорости вращения бурильной колонны, внесение таких изменений в заданный шаблон) для выполнения или инициирования регулировки. В качестве дополнительного примера, пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности могут быть выполнены с возможностью приведения в действие с использованием механических или гидравлических приводных механизмов и могут автоматически приводить в действие, деактивировать и иным образом изменять агрессивность в ответ на усилия, по сути, воздействуя на пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности, во время использования.

Как используется в данном описании, термин «агрессивность» (μ) инструмента для бурения земной поверхности рассчитывается по следующей формуле:

где T - момент, приложенный к инструменту для бурения земной поверхности, D - диаметр инструмента для бурения земной поверхности, а W - вес, приложенный к инструменту для бурения земной поверхности (например, осевая нагрузка на долото (ОНД)). Агрессивность является безразмерным числом. На агрессивность могут влиять такие факторы, как вибрация, количество лопастей или конических шарошек, размер режущего элемента, тип и конфигурация, твердость подземного пласта и т. д. Эти факторы могут влиять на агрессивность, изменяя крутящий момент, достигаемый при определенном приложенном весе. Различные типы инструментов для бурения земной поверхности могут иметь разную агрессивность. В качестве иллюстративных примеров обычные долота шарошечного типа могут иметь агрессивность долота от примерно 0,10 до примерно 0,25, импрегнированные алмазные долота могут иметь агрессивность долота от примерно 0,12 до примерно 0,40, а долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами могут иметь агрессивность долота от примерно 0,40 до примерно 1,50 (при условии, что в каждом случае используется одинаковый тип режущего элемента на каждой лопасти или конической шарошке долота, и приложенная масса между каждой лопастью или конической шарошкой является в некоторой степени равномерно распределенной). Гибридные долота (долота, содержащие комбинацию конических шарошек и лопасти с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами) могут иметь агрессивность долота, значение которой находится между агрессивностью долота шарошечного типа и бурового долота с запрессованными поликристаллическими алмазными резцами.

На Фиг. 1 проиллюстрирована упрощенная схема иллюстративной буровой системы 100, в которой могут использоваться инструменты для бурения земной поверхности, изготовленные в соответствии с описанием в данной заявке. На Фиг. 1 проиллюстрирован ствол скважины 110, имеющий верхнюю часть 111 с обсадной колонной 112, установленной в нем, и нижнюю часть 114, которую пробуривают с помощью бурильной колонны 118. Показанная бурильная колонна 118 содержит трубчатый элемент 116 с компоновкой 130 низа бурильной колонны, прикрепленной к ее нижнему концу. Трубчатый элемент 116 может быть изготовлен посредством соединения секций бурильной трубы или может быть гибкими насосно-компрессорными трубами малого диаметра. Инструмент 150 для бурения земной поверхности проиллюстрирован прикрепленным к нижнему концу КНБК 130 с целью раздробления скального пласта 119 для бурения ствола 110 скважины выбранного диаметра.

Показанная бурильная колонна 118 подается в ствол 110 скважины с помощью буровой установки 180 на поверхности 167. Для удобства пояснения иллюстративная буровая установка 180 является наземной буровой установкой. Устройство и способы, описанные в данной заявке, также могут быть применимы в отношении морской буровой установки, используемой для бурения скважин под водой. Роторный стол 169 или верхний привод (не показан), соединенный с бурильной колонной 118, может использоваться для вращения бурильной колонны 118 для вращения КНБК 130 и, следовательно, инструмента 150 для бурения земной поверхности для бурения ствола 110 скважины. Буровой двигатель 155 (называемый также «забойным двигателем») может быть установлен в КНБК 130 для вращения инструмента 150 для бурения земной поверхности. Буровой двигатель 155 может использоваться отдельно для вращения инструмента 150 для бурения земной поверхности или дополнять вращение инструмента 150 для бурения земной поверхности с помощью бурильной колонны 118. Блок управления (или контроллер) 190, который может быть блоком на основе компьютера, может быть установлен на поверхности 167 для получения и обработки данных, передаваемых датчиками в инструменте 150 для бурения земной поверхности, и датчиками в КНБК 130 и для управления выбранными операциями различных устройств и датчиков в КНБК 130. Контроллер 190 на поверхности, в одном варианте реализации изобретения, может содержать процессор 192, устройство 194 хранения данных (или машиночитаемый носитель) для хранения данных, алгоритмов и компьютерных программ 196. Устройство 194 хранения данных может быть любым подходящим устройством, включая, но, не ограничиваясь ими, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), флеш-память, магнитную ленту, жесткий диск и оптический диск. Во время бурения буровой раствор 179 из его источника перекачивается под давлением в трубчатый элемент 116. Буровой раствор выпускается в нижней части инструмента 150 для бурения земной поверхности и возвращается на поверхность через кольцевое пространство (также называемое «затрубным пространством») между бурильной колонной 118 и внутренней стенкой 142 ствола 110 скважины.

КНБК 130 может дополнительно содержать один или большее количество внутрискважинных датчиков (все вместе обозначенные цифрой 175). Датчики 175 могут содержать любое количество и тип датчиков, включая, но, не ограничиваясь этим, датчики, широко известные как датчики для измерения во время бурения (ИВБ) или датчики для каротажа во время бурения (КВБ), которые предоставляют информацию, относящуюся к характеристикам КНБК 130, таким как вращение бурового долота (обороты в минуту или «об/мин»), положение торца долота, давление, вибрация, биение, изгиб и неравномерное вращение. КНБК 130 может дополнительно содержать блок (или контроллер) 170 управления, который управляет работой одного или большего количества устройств и датчиков в КНБК 130. Контроллер 170 может содержать, среди прочего, схемы для обработки сигналов от датчика 175, процессор 172 (например, микропроцессор) для обработки цифровых сигналов, устройство 174 для хранения данных (например, твердотельную память) и компьютерную программу 176. Процессор 172 может обрабатывать оцифрованные сигналы и управлять скважинными устройствами и датчиками и передавать информацию в виде данных с помощью контроллера 190 посредством блока 188 телеметрии с использованием двусторонней линии.

Снова ссылаясь на Фиг. 1, инструмент 150 для бурения земной поверхности содержит торцевую часть (или нижнюю часть) 152. Во время бурения торцевая часть 152 или ее часть обращена к пласту перед инструментом 150 для бурения земной поверхности или нижней части ствола скважины. В одном аспекте изобретения инструмент 150 для бурения земной поверхности содержит один или большее количество пассивно регулируемых элементов 160 для изменения агрессивности, которые могут быть выдвинуты и втянуты из выбранной поверхности инструмента 150 для бурения земной поверхности для пассивной регулировки агрессивности инструмента 150 для бурения земной поверхности. Пассивно регулируемые элементы 160 для изменения агрессивности также могут упоминаться как «накладки», «расширяемые накладки», «выдвижные накладки», «регулируемые накладки», «регулируемые калибрующие накладки», «регулируемые режущие элементы», «регулируемые резцы», «регулируемые вставки», «регулируемые овалоиды», «регулируемые лапы» и «регулируемые устройства управления глубиной резания», в зависимости от того, где они расположены, типа инструмента для бурения земной поверхности, к которому они прикреплены, и их конкретной используемой конфигурации. Подходящее исполнительное устройство (или исполнительный механизм) 165 в инструменте 150 для бурения земной поверхности может использоваться для выдвижения и втягивания одного или большего количества пассивно регулируемых элементов 160 для изменения агрессивности из поверхности инструмента 150 для бурения земной поверхности во время бурения (например, создание или расширение) ствола 110 скважины. В одном аспекте изобретения исполнительное устройство 165 может управлять скоростью выдвижения и втягивания пассивно регулируемых элементов 160 для изменения агрессивности. Исполнительное устройство также упоминается как «устройство управления скоростью» или «регулятор скорости». В другом аспекте изобретения исполнительное устройство является пассивным устройством, которое автоматически регулирует или само регулирует выдвижение и втягивание пассивно регулируемых элементов 160 для изменения агрессивности на основании или в ответ на усилие или давление, действующее на пассивно регулируемые элементы 160 для изменения агрессивности во время бурения. Скорость выдвижения и втягивания пассивно регулируемых элементов 160 для изменения агрессивности может быть предварительно заданной, как более подробно описано со ссылкой на Фиг. 2-4.

На Фиг. 2A проиллюстрирован иллюстративный инструмент 200 для бурения земной поверхности, изготовленный в соответствии с одним вариантом реализации изобретения. Инструмент 200 для бурения земной поверхности является буровым долотом с запрессованными резцами из поликристаллического алмазного композита (PDC), которое содержит корпус 201, который содержит ниппель или часть 210 ниппеля, хвостовик 220 и буровую коронку или часть 230 буровой коронки. Ниппель 210 содержит конический верхний конец 212, имеющий нарезанную на нем резьбу 212, для присоединения инструмента 200 для бурения земной поверхности к концу трубы с внутренней резьбой буровой компоновки 130 (Фиг. 1). Хвостовик 220 имеет нижнюю вертикальную или прямую часть 222, которая жестко соединена с буровой коронкой 230 в соединении 224. Буровая коронка 230 содержит торцевую поверхность или часть 232 торцевой поверхности, во время бурения обращенную к пласту. Буровая коронка 230 содержит множество лопастей, таких как лопасти 234а, 234b и т. д. Типовое долото с поликристаллическими алмазными вставками может содержать, например, от трех до семи лопастей. Каждая лопасть имеет торцевую поверхность (также называемую «торцевой частью») и боковую поверхность (также называемую «боковой частью»). Например, лопасть 234a имеет торцевую поверхность 232a и боковую поверхность 236a, в то время как лопасть 234b имеет торцевую поверхность 232b и боковую поверхность 236b. Боковые поверхности 236а и 236b проходят вдоль продольной или вертикальной оси 202 (например, оси вращения) инструмента 200 для бурения земной поверхности. Каждая лопасть дополнительно может содержать ряд прикрепленных к ним резцов. В конкретном варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 2, лопасть 234a содержит резцы 238a на части боковой поверхности 236a и резцы 238b вдоль поверхности 232a, в то время как лопасть 234b, как проиллюстрировано, содержит резцы 239a на боковой поверхности 239a и резцы 239b на торцевой поверхности 232b.

Снова ссылаясь на Фиг. 2, инструмент 200 для бурения земной поверхности содержит один или большее количество пассивно регулируемых элементов 250 для изменения агрессивности, которые выдвигаются и втягиваются из поверхности 252 инструмента 200 для бурения земной поверхности. На Фиг. 2 проиллюстрирован пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности, расположенный с возможностью перемещения в полости или углублении 254 в части 230 буровой коронки. Как проиллюстрировано на Фиг. 2, пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности может быть выполнен в виде, например, накладки или устройства для управления глубиной резания, выполненного с возможностью изменения глубины резания резцов 238. Исполнительное устройство 260 может быть связано с пассивно регулируемым элементом 250 для изменения агрессивности для выдвижения и втягивания пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности от местоположения на поверхности 252 на инструменте 200 для бурения земной поверхности.

В одном аспекте изобретения исполнительное устройство 260 управляет скоростью выдвижения и втягивания пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности. В другом аспекте изобретения устройство 260 выдвигает пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности с первой скоростью и втягивает пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности со второй скоростью. В вариантах реализации изобретения первая скорость и вторая скорость могут быть одинаковыми или различными. В другом аспекте изобретения скорость выдвижения пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности может быть выше скорости втягивания. Как отмечено выше, устройство 260 также упоминается в данной заявке как «устройство управления скоростью» или «регулятор скорости». В конкретном варианте реализации устройства 260 пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности непосредственно соединен с устройством 260 посредством механического соединения или соединительного элемента 256.

В одном аспекте устройство 260 содержит камеру 270, в которой расположен элемент, совершающий возвратно-поступательные движения, такой как поршень 280, который герметично разделяет камеру 270 на первую камеру 272 и вторую камеру 274. Обе камеры 272 и 274 заполнены гидравлической жидкостью 278, пригодной для использования в скважине, такой как нефть. Поджимающий элемент, такой как пружина 284, в первой камере 272, переносит выбранное усилие на поршень 280, чтобы вызвать его перемещение наружу. Поскольку поршень 280 может быть соединен с пассивно регулируемым элементом 250 для изменения агрессивности, перемещение поршня наружу вызывает выдвижение пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности из поверхности 252 инструмента 200 для бурения земной поверхности. В одном аспекте изобретения камеры 272 и 274 гидравлически соединяются друг с другом через первый проток для флюида или линию 282 подачи флюида и второй проток для флюида или линию 286 подачи флюида. Для управления скоростью потока флюида из камеры 274 в камеру 272 можно использовать устройство управления потоком, такое как ограничитель потока 285 (например, диафрагма), обратный клапан или ограничитель потока 285 и обратный клапан, расположенный в линии 282 подачи флюида. Аналогичным образом, другое устройство управления потоком, такое как обратный клапан 287, ограничитель потока или обратный клапан 287 и ограничитель потока, расположенный в линии 286 подачи флюида, может использоваться для управления скоростью потока флюида 278 из камеры 272 в камеру 274. Устройства 285 и 287 управления потоком могут быть сконфигурированы на поверхности для установки скоростей потока через линии 282 и 286 подачи флюида, соответственно.

В одном аспекте изобретения одно или оба устройства 285 и 287 управления потоком могут содержать регулируемое поджимающее устройство, такое как пружина, для обеспечения постоянной скорости потока из одной камеры в другую. Постоянная скорость обмена флюидом между камерами 272 и 274 обеспечивает первую постоянную скорость для выдвижения поршня 280 и вторую постоянную скорость для втягивания поршня 280 и, таким образом, соответствующие постоянные скорости для выдвижения и втягивания пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности. Размер линий 282 и 286 управления потоком наряду с установкой их соответствующих поджимающих устройств 285 и 287 определяют скорости потока через линии 282 и 286 соответственно, и, следовательно, соответствующую скорость выдвижения и втягивания пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности. В одном аспекте изобретения линия 282 подачи флюида и соответствующее устройство 285 управления потоком могут быть установлены таким образом, что когда инструмент 200 для бурения земной поверхности не используется, т. е. отсутствует внешнее усилие, воздействующее на пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности, поджимающий элемент 280 будет выдвигать пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности до максимального выдвинутого положения. В одном аспекте изобретения линия 282 управления потоком может быть сконфигурирована так, чтобы поджимающий элемент 280 выдвигал пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности относительно быстро или внезапно. Когда инструмент 200 для бурения земной поверхности находится в процессе работы, например, во время бурения ствола скважины, вес, воздействующий на инструмент 200 для бурения земной поверхности, может оказывать внешнее усилие на пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности. Это внешнее усилие может вызвать приложение усилия или давления на поршень 280 и, следовательно, к сжимающему элементу 284, пассивно регулируемым элементом 250 для изменения агрессивности.

В одном аспекте изобретения линия 286 подачи флюида может быть выполнена с возможностью обеспечения относительно низкой скорости потока флюида из камеры 272 в камеру 274, тем самым вызывая относительно медленное втягивание пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности. В качестве примера, скорость выдвижения пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности может быть установлена так, чтобы пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности выдвигался из полностью втянутого положения до полностью выдвинутого положения в течение нескольких секунд, в то время как он втягивается из полностью выдвинутого положения в полностью втянутое положение в течение одной или нескольких минут или более (например, от двух до пяти минут). Следует отметить, что для выдвижения и втягивания пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности может быть установлена любая подходящая скорость. В одном аспекте изобретения устройство 260 является пассивным устройством, которое регулирует выдвижение и втягивание пассивно регулируемого элемента 250 для изменения агрессивности на основании или в ответ на усилие или давление, действующее на пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности.

Когда пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности находится в первом состоянии, инструмент 200 для бурения земной поверхности может иметь первую агрессивность, причем инструмент 200 для бурения земной поверхности может иметь вторую, отличную от первой агрессивность, когда пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности находится во втором состоянии. Например, когда пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности находится в полностью выдвинутом положении, инструмент 200 для бурения земной поверхности может иметь наименьшую агрессивность, причем инструмент для бурения земной поверхности может иметь наибольшую агрессивность, когда пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности находится в полностью втянутом положении. Более того, пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности может автоматически адаптировать агрессивность инструмента 200 для бурения земной поверхности, зависящую от усилий, по сути, воздействуя на пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности (например, приложенный вес, колебательные усилия, усилия противодействия от пласта, приложенный крутящий момент) до и между наибольшей и наименьшей агрессивностью, обеспечивая адаптивное реагирование инструмента 200 для бурения земной поверхности на условия бурения без необходимости активного вмешательства оператора или сложных управляющих механизмов активной регулировки.

Пассивно регулируемый элемент 250 для изменения агрессивности может обеспечить эффективное бурение геологического пласта посредством инструмента 200 для бурения земной поверхности, при более низком приложенном крутящем моменте для заданного приложенного веса (например, осевой нагрузки на долото (ОНД)). Например, пассивно регулируемое изменение агрессивности может обеспечить снижение приложенного крутящего момента для заданного приложенного веса на 5% или более. Более конкретно, пассивно регулируемое изменение агрессивности может обеспечить, например, снижение приложенного крутящего момента для данного приложенного веса на 10% или более. В качестве конкретных, не ограничивающих примеров, пассивно регулируемое изменение агрессивности может обеспечить снижение приложенного крутящего момента для данного приложенного веса на 15%, 25%, 30%, 50% или 60% или более.

На Фиг. 3 проиллюстрирован другой вариант реализации устройства 300 управления скоростью. Устройство 300 содержит камеру 370 для флюида, разделенную поршнем 380 двойного действия на первую камеру 372 и вторую камеру 374. Камеры 372 и 374 заполнены гидравлической жидкостью 378. Первая линия 382 подачи флюида и связанное с ней устройство 385 управления потоком обеспечивает протекание флюида 378 из камеры 374 в камеру 372 с первой скоростью потока, причем линия 386 подачи флюида и связанное с ним устройство 387 управления потоком обеспечивает протекание флюида 378 из камеры 372 в камеру 374 со второй скоростью. Поршень 380 соединен с устройством 390 переноса усилия, которое содержит поршень 392 в камере 394. Камера 394 содержит гидравлическую жидкость 395, которая гидравлически соединяется с пассивно регулируемым элементом 350 для изменения агрессивности. В одном аспекте пассивно регулируемый элемент 350 для изменения агрессивности может быть расположен в камере 352, причем эта камера гидравлически соединяется с флюидом 395 в камере 394. Когда поджимающее устройство 384 перемещает поршень 380 наружу, оно перемещает поршень 392 наружу и в камеру 394. Поршень 392 выталкивает флюид 395 из камеры 394 в камеру 352, которая выдвигает пассивно регулируемый элемент 350 для изменения агрессивности. Когда на пассивно регулируемый элемент 350 для изменения агрессивности воздействует усилие, он выталкивает флюид из камеры 352 в камеру 394, который прикладывает усилие к поршню 380. Скорость перемещения поршня 380 регулируется потоком флюида через линию 386 подачи флюида и устройство 387 управления потоком.

В конкретной конфигурации, проиллюстрированной на Фиг. 3, устройство 300 управления скоростью не связано непосредственно с пассивно регулируемым элементом 350 для изменения агрессивности, что обеспечивает изолирование устройства 300 от пассивно регулируемого элемента 350 для изменения агрессивности и позволяет располагать его, по желанию, в любом месте на инструменте для бурения земной поверхности, как описано в связи с Фиг. 5 и 6. В другом аспекте изобретения пассивно регулируемый элемент 350 для изменения агрессивности может быть непосредственно соединен с резцом 399 или конец пассивно регулируемого элемента 350 для изменения агрессивности может быть выполнен в виде резца. В данной конфигурации резец 399 действует как резец, а также как выдвигаемый и втягиваемый пассивно регулируемый элемент 350 для изменения агрессивности.

На Фиг. 4 проиллюстрировано совместно используемое устройство 400 управления скоростью, выполненное с возможностью работы более чем с одним пассивно регулируемым элементом для изменения агрессивности, такими как пассивно регулируемые элементы 350a, 350b, ... 350n для изменения агрессивности. Устройство 400 управления скоростью является таким же, как проиллюстрировано и описано на Фиг. 2, за исключением того, что проиллюстрировано приложение усилия к пассивно регулируемым элементам 350a, 350b, ... 350n для изменения агрессивности посредством промежуточного устройства 390, как проиллюстрировано и описано со ссылкой на Фиг. 3. Например, в варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 4, каждый из пассивно регулируемых элементов 350а, 350b ... 350n для изменения агрессивности расположен в отдельных камерах 352а, 352b ... 352n, соответственно. Флюид 395 из камеры 394 подается во все камеры 352а, 352b ... 352n, тем самым автоматически и одновременно выдвигая и втягивая каждый из пассивно регулируемых элементов 350a, 350b ... 350n для изменения агрессивности в зависимости от внешних усилий, прикладываемых к каждому такому пассивно регулируемому элементу 350a, 350b ... 350n для изменения агрессивности в процессе бурения. В аспектах изобретения устройство 400 управления скоростью может содержать подходящий компенсатор 499 давления для скважинного использования. Аналогично, в любом из регуляторов скорости, выполненных в соответствии с любым из вариантов реализации изобретения, может использоваться подходящий компенсатор давления.

На Фиг. 5 проиллюстрирован вид в изометрии инструмента 500 для бурения земной поверхности, в котором устройство 560 контроля скорости расположено в части 530 буровой коронки инструмента 500 для бурения земной поверхности. Устройство 560 управления скоростью является таким же, как проиллюстрировано на Фиг. 2, но соединено с пассивно регулируемым элементом 550 для изменения агрессивности посредством гидравлического соединения 540 и линии 542 подачи флюида. Устройство 560 контроля скорости проиллюстрировано как расположенное в углублении 580, доступ к которому осуществляется с наружной поверхности 582 части 530 буровой коронки. Пассивно регулируемый элемент 550 для изменения агрессивности проиллюстрирован расположенным в части 552 местоположения торцевой поверхности на торцевой поверхности 532, при этом гидравлическое соединение 540 проиллюстрировано в буровой коронке 530 между пассивно регулируемым элементом 550 для изменения агрессивности и устройством 560 управления скоростью. Следует отметить, что устройство 560 управления скоростью может быть расположено, по желанию, в любом месте на инструменте 500 для бурения земной поверхности, в том числе в хвостовике 520 и части 510 ниппеля, а гидравлическая линия 542 может быть направлена любым приемлемым способом от устройства 560 управления скоростью к пассивно регулируемому элементу 550 для изменения агрессивности. Такая конфигурация обеспечивает гибкость размещения устройства контроля скорости практически в любом месте инструмента 500 для бурения земной поверхности.

На Фиг. 6 проиллюстрирован вид в изометрии инструмента 600 для бурения земной поверхности, в котором устройство 660 контроля скорости расположено в канале 625 для флюида инструмента 600 для бурения земной поверхности. В конкретной конфигурации инструмента, проиллюстрированной на Фиг. 6, гидравлическое соединение 640 расположено вблизи устройства 660 управления скоростью. От гидравлического соединения 640 к пассивно регулируемому элементу 650 для изменения агрессивности проходит гидравлическая линия 670 через хвостовик 620 и буровую коронку 630 инструмента 600 для бурения земной поверхности. Во время бурения буровой раствор проходит через канал 625. Чтобы обеспечить свободное протекание бурового раствора через канал 625, в устройстве 660 контроля скорости может быть предусмотрено сквозное отверстие или канал 655, при этом в гидравлическом соединительном устройстве 640 может быть предусмотрен проточный канал 645.

На Фиг. 7 проиллюстрирован инструмент 700 для бурения земной поверхности, в котором интегрированный пассивно регулируемый элемент 755 для изменения агрессивности и устройство 750 управления скоростью расположены на внешней поверхности инструмента 700 для бурения земной поверхности. В одном аспекте изобретения устройство 750 содержит устройство 760 управления скоростью, соединенное с пассивно регулируемым элементом 755 для изменения агрессивности. В одном аспекте изобретения устройство 750 является герметичным блоком, который может быть прикреплен к любой наружной поверхности инструмента 700 для бурения земной поверхности. Устройство 760 управления скоростью может быть таким же или отличаться от устройств регулирования скорости, описанных в данной заявке в связи с Фиг. 2-6. В конкретном варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 7, пассивно регулируемый элемент 755 для изменения агрессивности проиллюстрирован соединенным с боковой поверхностью 720а лопасти 720 инструмента 700 для бурения земной поверхности. Устройство 750 может быть прикреплено или расположено в любом другом подходящем месте на инструменте 700 для бурения земной поверхности. В качестве альтернативы или в дополнение к этому устройство 750 может быть выполнено как единое целое с лопастью так, что пассивно регулируемый элемент 755 для изменения агрессивности будет выходить из инструмента 700 для бурения земной поверхности в нужном направлении.

На Фиг. 8 проиллюстрирован поперечный разрез другого варианта реализации инструмента 800 для бурения земной поверхности, содержащего пассивно регулируемый элемент 850 для изменения агрессивности. Инструмент 800 для бурения земной поверхности, проиллюстрированный как долото шарошечного типа, содержит корпус 802, имеющий три лапы 804, выходящие из корпуса 802. Коническая шарошка 806 установлена с возможностью вращения на опоре 816 шарошки на каждой из лап 804. Каждая коническая шарошка 806 может содержать множество установленных на ней резцов 808 (например, зубьев или вставок). Инструмент 800 для бурения земной поверхности на своем верхнем конце содержит резьбовую часть 810 для соединения с бурильной колонной 118 (см. Фиг. 1). Инструмент 800 для бурения земной поверхности может содержать внутреннюю камеру 812 повышенного давления, проходящую через корпус 802 к каналам 814 для флюида, которые выходят из камеры 812 повышенного давления к подшипниковому узлу 828, обеспечивающему вращение конических шарошек 106 вокруг опоры 816 шарошки, по мере вхождения в сцепление с нижележащим геологическим пластом.

Пассивно регулируемый элемент 850 для изменения агрессивности может быть выполнен как единое целое с одной или большим количеством лап 804 инструмента 800 для бурения земной поверхности, так что каждая лапа 804, содержащая пассивно регулируемый элемент 850 для изменения агрессивности изменения агрессивности, может перемещаться относительно корпуса 802. Например, пассивно регулируемый элемент 850 для изменения агрессивности может содержать нижнюю часть 820 лапы 804, расположенную вблизи опоры 816 шарошки и отделенную от корпуса 802 верхней частью 822 лапы 804. Нижняя часть 820 лапы 804 может перемещаться в направлении D по меньшей мере практически параллельно продольной оси 824 (например, оси вращения) инструмента 800 для бурения земной поверхности. Верхняя часть 822 лапы 804 может содержать углубление 826, проходящее в лапу 804 по направлению к корпусу 802, причем углубление 826 имеет размер и форму, соответствующий размеру и форме устройства 860 управления скоростью. Устройство 860 управления скоростью может быть таким же или отличаться от устройств регулирования скорости, описанных в данной заявке в связи с Фиг. 2-7.

Когда инструмент 800 для бурения земной поверхности разворачивается в скважине, пассивно регулируемый элемент 850 для изменения агрессивности может перемещаться между первым полностью выдвинутым состоянием и вторым полностью втянутым состоянием в ответ на усилия, воздействующие на пассивно регулируемый элемент 850 для изменения агрессивности. Например, пассивно регулируемый элемент 850 изменения агрессивности может осуществлять демпфирование вибрации, воспринимаемой инструментом 850 для бурения земной поверхности, путем перемещения между первым, самым низким продольным положением вдоль продольной оси 824 и вторым, самым высоким продольным положением вдоль продольной оси 824, осуществляя демпфирование вибрации, воспринимаемой инструментом 800 для бурения земной поверхности.

На Фиг. 9 проиллюстрирован поперечный разрез части другого варианта реализации инструмента 900 для бурения земной поверхности, содержащего пассивно регулируемый элемент 950 для изменения агрессивности. Инструмент 900 для бурения земной поверхности, проиллюстрированный на Фиг. 9 как раздвигающийся скважинный расширитель, может содержать скользящие лопасти 904, позиционно удерживаемые по окружности на расстоянии друг от друга в общем цилиндрическом трубчатом корпусе 902 инструмента для бурения земной поверхности. Каждая лопасть 904 может содержать резцы 908, прикрепленные к ней, причем резцы 908 выполнены с возможностью сцепления с боковой поверхностью ствола скважины и удаления из него горной породы. При использовании инструмента 200 для бурения земной поверхности лопасти 904 перемещаются относительно трубчатого корпуса 902 между втянутым положением и выдвинутым положением, в зависимости от приложенного гидравлического давления.

Пассивно регулируемый элемент 950 для изменения агрессивности может быть выполнен в виде одного или большего количества резцов 908 (например, режущих элементов из поликристаллического алмазного композита, импрегнированных вставок, или вставок износостойкого материала (например, металлическая матрица, цементированная карбидом вольфрама)) инструмента 900 для бурения земной поверхности. В некоторых вариантах реализации изобретения каждая лопасть 904 может содержать пассивно регулируемый элемент 950 для изменения агрессивности. В других вариантах реализации изобретения пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности может быть закреплен на меньшем количестве из всех лопастей 904 инструмента 900 для бурения земной поверхности. Пассивно регулируемый элемент 950 для изменения агрессивности может перемещаться в направлении D, ориентированном перпендикулярно или под острым углом по отношению к продольной оси 924 (например, оси вращения) инструмента 900 для бурения земной поверхности. Лопасть 904 может содержать углубление 926, проходящее в лопасть 904 по направлению к корпусу 902, причем углубление 926 имеет размер и форму, соответствующие размеру и форме для принятия в нем устройства 960 управления скоростью. Устройство 960 управления скоростью может быть таким же или отличаться от устройств регулирования скорости, описанных в данной заявке в связи с Фиг. 2-8.

Когда инструмент 900 для бурения земной поверхности разворачивается в скважине, пассивно регулируемый элемент 950 для изменения агрессивности может перемещаться между первым полностью выдвинутым состоянием и вторым полностью втянутым состоянием в ответ на усилия, воздействующие на пассивно регулируемый элемент 950 для изменения агрессивности. Например, пассивно регулируемый элемент 950 для изменения агрессивности может переходить между наиболее раскрытым состоянием и наименее раскрытым состоянием, по отношению к другим резцам 908, перемещаясь между первым, наиболее удаленным радиальным положением от продольной оси 924 и вторым, самым внутренним радиальным положением от продольной оси 924 в ответ на боковые усилия от боковой стенки ствола скважины.

Таким образом, в различных вариантах реализации изобретения регулятор скорости может быть гидравлическим приводом и может быть расположен, по желанию, в любом месте на инструменте для бурения земной поверхности или снаружи инструмента для бурения земной поверхности для самонастраивающегося выдвижения и втягивания одного или большего количества пассивно регулируемых элементов для изменения агрессивности в зависимости или в ответ на внешние усилия, воздействующие на пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности во время бурения ствола скважины. Пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности могут быть расположены и ориентированы независимо от местоположения и/или ориентации регулятора скорости в инструменте для бурения земной поверхности. Составные пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности могут быть соединены между собой и активироваться одновременно. Составные пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности также могут быть соединены с совместно используемым регулятором скорости.

В различных вариантах реализации изобретения при неравномерном вращении пассивно регулируемые элементы для изменения агрессивности могут сравнительно быстро выдвигаться при высокой скорости вращения (об/мин) инструмента для бурения земной поверхности в случае, когда глубина резания (ГР) резцов является малой. Однако при низких оборотах, когда ГР начинает внезапно увеличиваться, накладки оказывают сопротивление внезапному движению внутрь и создают значительное контактное усилие (трение), предотвращающее возникновение большой ГР. Ограничение большой ГР при неравномерном вращении снижает быстрый рост крутящего момента и сводит к минимуму неравномерное вращение. В различных вариантах реализации изобретения регулятор скорости может обеспечивать внезапное или практически внезапное выдвижение (движение наружу) пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности и ограниченное внезапное втягивание (движение вовнутрь) пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности. Такой механизм может предотвратить резкое увеличение глубины резания резцов во время бурения. Для выравнивания давления внутри и снаружи цилиндра регулятора скорости может быть предусмотрен компенсатор давления.

Ниже приводятся дополнительные не ограничивающие варианты реализации изобретения в пределах объема данного изобретения:

Вариант реализации изобретения 1: Инструмент для бурения земной поверхности, содержащий: корпус; и пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, прикрепленный к корпусу, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет первую агрессивность, и вторым положением, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет вторую, отличную от первой агрессивность, зависящую от усилий, воздействующих на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности.

Вариант реализации изобретения 2: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 1, отличающийся тем, что пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности содержит одно из: устройство для ограничения глубины резания, режущий элемент, накладку, овалоид и лапу, содержащую коническую шарошку, прикрепленную к концу лапы, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью перемещения из первого положения в первом продольном и радиальном положении относительно внешней поверхности корпуса во второе положение во втором, отличном от первого продольном положении, радиальном положении или одновременно в продольном и радиальном положении относительно внешней поверхности корпуса.

Вариант реализации изобретения 3: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 1 или Варианта реализации изобретения 2, отличающийся тем, что первое положение соответствует выдвинутому состоянию, второе положение соответствует втянутому состоянию, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью перемещения в направлении первого положения с первой скоростью, при этом пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности перемещается во второе положение со второй, более низкой скоростью.

Вариант реализации изобретения 4: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 3, отличающийся тем, что пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности смещен в первое положение.

Вариант реализации изобретения 5: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 3 или Варианта реализации изобретения 4, отличающийся тем, что пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности содержит: устройство для сцепления с пластом; поршень, функционально соединенный с устройством для сцепления с пластом, причем поршень установлен в заданное положение, чтобы переносить усилие на накладку; поджимающий элемент, переносящий усилие на поршень в направлении первого положения; камеру для флюида, разделенную поршнем на первую камеру для флюида и вторую камеру для флюида; и первый проток для флюида из первой камеры для флюида во вторую камеру для флюида, который управляет перемещением поршня в направлении первого положения с первой скоростью, и второй проток для флюида из второй камеры в первую камеру, который управляет перемещением поршня в направлении второго положения со второй скоростью.

Вариант реализации изобретения 6: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 5, отличающийся тем, что первый обратный клапан, первый ограничитель потока или первый обратный клапан и первый ограничитель потока в первом протоке для флюида определяют первую скорость, при этом второй обратный клапан, второй ограничитель потока или второй обратный клапан и второй ограничитель потока во втором протоке для флюида определяют вторую скорость.

Вариант реализации изобретения 7: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 5 или Варианта реализации изобретения 6, отличающийся тем, что поршень является поршнем двустороннего действия, причем флюид, действующий на первую сторону поршня двустороннего действия управляет по меньшей мере частично первой скоростью, при этом флюид, действующий на вторую противоположную сторону поршня двустороннего действия, управляет по меньшей мере частично второй скоростью.

Вариант реализации изобретения 8: Инструмент для бурения земной поверхности из любого из Вариантов реализации изобретения 5-7, отличающийся тем, что поршень функционально соединен с устройством для сцепления с пластом с помощью одного из: непосредственного механического соединения и посредством флюида.

Вариант реализации изобретения 9: Инструмент для бурения земной поверхности из любого из Вариантов реализации изобретения 1-8, отличающийся тем, что инструмент для бурения земной поверхности является буровым долотом с конической шарошкой или гибридным долотом, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности расположен на лапе, выходящей из корпуса бурового долота с конической шарошкой или гибридного долота в направлении конической шарошки, прикрепленной к концу лапы, при этом пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью демпфирования вибрации посредством лапы по мере того как коническая шарошка входит в сцепление с нижележащим геологическим пластом.

Вариант реализации изобретения 10: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 9, дополнительно содержащий дополнительный пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности на каждой другой лапе, выходящей из корпуса бурового долота с конической шарошкой или гибридного долота.

Вариант реализации изобретения 11: Инструмент для бурения земной поверхности из любого из Вариантов реализации изобретения 1-8, отличающийся тем, что инструмент для бурения земной поверхности является скважинным расширителем, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности расположен на лопасти скважинного расширителя, при этом пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью изменения глубины резания режущих элементов, прикрепленных к лопасти скважинного расширителя, в ответ на усилия, приложенные к пассивно регулируемому элементу для изменения агрессивности по мере того как режущие элементы входят в сцепление с геологическим пластом.

Вариант реализации изобретения 12: Инструмент для бурения земной поверхности из Варианта реализации изобретения 11, дополнительно содержащий на каждой другой лопасти скважинного расширителя дополнительный пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности.

Вариант реализации изобретения 13: Способ пассивной регулировки агрессивности инструмента для бурения земной поверхности, включающий: инициирование усилия для оказания воздействия на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, прикрепленный к корпусу; и перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет первую агрессивность, во второе положение, в котором инструмент для бурения земной поверхности имеет вторую, отличающуюся от первой, агрессивность, зависящую от инициирования усилия для воздействия на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности.

Вариант реализации изобретения 14: Способ из Варианта реализации изобретения 13, отличающийся тем, что перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения во второе положение включает увеличение агрессивности инструмента для бурения земной поверхности посредством втягивания пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из выдвинутого положения во втянутое положение по направлению к корпусу.

Вариант реализации изобретения 15: Способ из Варианта реализации изобретения 14, дополнительно включающий последующее уменьшение агрессивности инструмента для бурения земной поверхности посредством выдвижения пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение в сторону от корпуса.

Вариант реализации изобретения 16: Способ из Варианта реализации изобретения 15, отличающийся тем, что втягивание пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из выдвинутого положения во втянутое положение включает втягивание пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из выдвинутого положения во втянутое положение с первой скоростью, причем выдвижение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение включает выдвижение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение со второй, более высокой скоростью.

Вариант реализации изобретения 17: Способ из Варианта реализации изобретения 15 или Варианта реализации изобретения 16, отличающийся тем, что выдвижение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение включает в себя возможность для поджимающего элемента для смещения пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности в выдвинутое положение, чтобы выдвинуть пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение.

Вариант реализации изобретения 18: Способ из любого из Вариантов реализации изобретения 13-17, отличающийся тем, что пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности содержит одно из: устройство для ограничения глубины резания, режущий элемент, накладку, овалоид и лапу, содержащую коническую шарошку, прикрепленную к концу лапы, причем перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения во второе положение включает перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого продольного и радиального положения относительно внешней поверхности корпуса во второе, отличное от первого продольное положение, радиальное положение или одновременно продольное и радиальное положение относительно внешней поверхности корпуса.

Вариант реализации изобретения 19: Способ из любого из Вариантов реализации изобретения 13-18, отличающийся тем, что инструмент для бурения земной поверхности является буровым долотом с конической шарошкой или гибридным долотом, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности расположен на лапе, выходящей из корпуса бурового долота с конической шарошкой или гибридного долота в направлении конической шарошки, прикрепленной к концу лапы, причем перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения во второе положение включает демпфирование вибрации, воспринимаемой лапой, по мере того как коническая шарошка входит в сцепление с нижележащим геологическим пластом.

Вариант реализации изобретения 20: Способ из любого из Вариантов реализации изобретения 13-18, отличающийся тем, что инструмент для бурения земной поверхности является скважинным расширителем, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности расположен на лопасти скважинного расширителя, при этом перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения во второе положение включает изменение глубины резания режущих элементов, прикрепленных к лопасти скважинного расширителя, в ответ на усилия, приложенные к пассивно регулируемому элементу для изменения агрессивности по мере того как режущие элементы входят в сцепление с геологическим пластом.

Хотя некоторые иллюстративные варианты реализации изобретения были описаны вместе с чертежами, для специалистов в данной области техники будет очевидным, что объем данного изобретения не ограничивается теми вариантами реализации изобретения, которые явно проиллюстрированы и описаны в данном описании. Скорее, для получения вариантов реализации изобретения в пределах объема данного изобретения могут быть сделаны многие дополнения, исключения и модификации вариантов реализации изобретения, описанных в данном описании, такие как те, которые конкретно заявлены, включая юридические эквиваленты. Кроме того, признаки из одного описанного варианта реализации изобретения могут быть объединены с признаками другого описанного варианта реализации изобретения, оставаясь в пределах объема данного изобретения, как это предполагается изобретателями.

Группа изобретений относится к буровому долоту, представляющему собой буровое долото с конической шарошкой или гибридное буровое долото, а также к способу пассивной регулировки агрессивности указанного бурового долота. Технический результат заключается в увеличении срока службы инструмента для бурения. Буровое долото содержит лапу, отходящую от корпуса в направлении конической шарошки, прикрепленной к концу лапы, и пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, расположенный на лапе. Пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором буровое долото имеет первую агрессивность, и вторым положением, в котором буровое долото имеет вторую, отличную от первой агрессивность, зависящую от усилий, воздействующих на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности. Пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью демпфирования вибрации по мере того, как коническая шарошка входит в сцепление с нижележащим геологическим пластом. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Буровое долото, представляющее собой буровое долото с конической шарошкой или гибридное буровое долото и содержащее:

лапу, отходящую от корпуса в направлении конической шарошки, прикрепленной к концу лапы; и

пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, расположенный на лапе, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью перемещения между первым положением, в котором буровое долото имеет первую агрессивность, и вторым положением, в котором буровое долото имеет вторую, отличную от первой агрессивность, зависящую от усилий, воздействующих на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, и пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью демпфирования вибрации по мере того, как коническая шарошка входит в сцепление с нижележащим геологическим пластом.

2. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью перемещения из первого положения в первом продольном и радиальном положении относительно внешней поверхности лапы, во второе положение во втором, отличном от первого продольном положении, радиальном положении или одновременно в продольном и радиальном положении относительно внешней поверхности лапы.

3. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что первое положение соответствует выдвинутому состоянию, второе положение соответствует втянутому состоянию, причем пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью перемещения в направлении первого положения с первой скоростью, при этом пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности перемещается во второе положение со второй, более низкой скоростью.

4. Буровое долото по п. 3, отличающееся тем, что пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности смещен в первое положение.

5. Буровое долото по п. 3 или 4, отличающееся тем, что пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности содержит:

устройство для сцепления с пластом;

поршень, функционально соединенный с устройством для сцепления с пластом, причем поршень устанавливается в заданное положение, чтобы переносить усилие на накладку;

поджимающий элемент, переносящий усилие на поршень в направлении первого положения;

камеру для флюида, разделенную поршнем на первую камеру для флюида и вторую камеру для флюида; и

первый проток для флюида из первой камеры для флюида во вторую камеру для флюида, который управляет перемещением поршня в направлении первого положения с первой скоростью, и второй проток для флюида из второй камеры в первую камеру, который управляет перемещением поршня в направлении второго положения со второй скоростью.

6. Буровое долото по п. 5, отличающееся тем, что первый обратный клапан, первый ограничитель потока или первый обратный клапан и первый ограничитель потока в первом протоке для флюида определяют первую скорость, при этом второй обратный клапан, второй ограничитель потока или второй обратный клапан и второй ограничитель потока во втором протоке для флюида определяют вторую скорость.

7. Буровое долото по п. 5 или 6, отличающееся тем, что поршень является поршнем двустороннего действия, причем флюид, действующий на первую сторону поршня двустороннего действия, управляет по меньшей мере частично первой скоростью, а флюид, действующий на вторую противоположную сторону поршня двустороннего действия, управляет по меньшей мере частично второй скоростью.

8. Буровое долото по любому из пп. 5-7, отличающееся тем, что поршень функционально соединен с устройством для сцепления с пластом с помощью непосредственного механического соединения или посредством флюида.

9. Буровое долото по п. 1, дополнительно содержащее дополнительный пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности на каждой другой лапе, выходящей из корпуса бурового долота с конической шарошкой или гибридного долота.

10. Буровое долото по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащее скважинный расширитель, прикрепленный к буровому долоту, используя буровую колонну, и содержащий другой пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, расположенный на лопасти скважинного расширителя, при этом указанный другой пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности выполнен с возможностью изменения глубины резания режущих элементов, прикрепленных к лопасти скважинного расширителя, в ответ на усилия, приложенные к другому пассивно регулируемому элементу для изменения агрессивности по мере того, как режущие элементы входят в сцепление с геологическим пластом.

11. Буровое долото по п. 10, отличающееся тем, что скважинный расширитель дополнительно содержит одну или несколько других лопастей и дополнительный пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности на каждой другой лопасти скважинного расширителя.

12. Способ пассивной регулировки агрессивности бурового долота с конической шарошкой или гибридного бурового долота, включающий:

инициирование усилия для оказания воздействия на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности, прикрепленный к лапе, отходящей от корпуса бурового долота в направлении конической шарошки, прикрепленной к концу лапы; и

перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения, в котором буровое долото имеет первую агрессивность, во второе положение, в котором буровое долото имеет вторую, отличающуюся от первой, агрессивность, в ответ на вызывающее усилие для воздействия на пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности для демпфирования вибрации, воспринимаемой лапой, по мере того, как коническая шарошка входит в сцепление с нижележащим геологическим пластом.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения во второе положение включает увеличение агрессивности бурового долота посредством втягивания пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из выдвинутого положения во втянутое положение по направлению к корпусу.

14. Способ по п. 13, дополнительно включающий последующее уменьшение агрессивности бурового долота посредством выдвижения пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение в сторону от бурового долота.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что втягивание пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из выдвинутого положения во втянутое положение включает втягивание пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из выдвинутого положения во втянутое положение с первой скоростью, причем выдвижение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение включает выдвижение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение со второй, более высокой скоростью.

16. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что выдвижение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение включает в себя использование поджимающего элемента, смещающего пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности в выдвинутое положение, чтобы выдвинуть пассивно регулируемый элемент для изменения агрессивности из втянутого положения в выдвинутое положение.

17. Способ по любому из пп. 12-16, отличающийся тем, что перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого положения во второе положение включает перемещение пассивно регулируемого элемента для изменения агрессивности из первого продольного и радиального положения относительно внешней поверхности лапы во второе, отличное от первого продольное положение, радиальное положение или одновременно продольное и радиальное положение относительно внешней поверхности лапы.