Снаряд для бурения с гидротранспортом керна Советский патент 1986 года по МПК E21B10/48 E21B25/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении скважин с гидротранспортом керна на поверхность.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения перемежающихся по твердости горных пород путем автоматического регулирования формы забоя.

На фиг. 1 изображена нижняя часть снаряда для бурения с гидротранспортом керна, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4-коронка с вырезом 1/4 и вставленным для наглядности резцом с осью и стопорным элементом, аксонометрическая проекция; на фиг. 5 - фрагмент разреза В-В на фиг. 2; на фиг. 6, 7 и 8 - профили забоев, получаемых при бурении в породах мягких, средней крепости и твердых соответственно.

Снаряд для бурения с гидротранспортом керна состоит из корпуса 1 с керно- приемной трубой 2, между которыми имеется пространство 3 для нисходящего потока промывочной жидкости. В полости 4 корпуса 1 размещена цилиндрическая пружина сжатия 5, взаимодействующая через кольцо 6 с размещенными в пазах 7 коронки 8 ребер 9 резцами 10. Ребра 9 выполнены в виде пластин в форме неравнобокой трапеции в плане с непараллельными основаниями под углом ф друг к другу снабжены осями 11, размещенными в вырезах 12 на меньщей стороне трапеции. Противоположная сторона трапеции выполнена дуговой от линии, расположенной в плоскости оси 1 и параллельной верхнему основанию, до нижнего основания, оснащенного резцами 10, с радиусом, равным расстоянию от центра оси 11 до противоположной стороны (фиг. 5). Для удержания осей 11 арименяются стопорные элементы 13. Коронка 8 имеет также пазы 14 для направления щлама в полость труб, резцы 15, размещенные вдоль пазов 14, кольцевой выступ 16 для изменения направления потока промывочной жидкости. Торец коронки выполнен коническим под углом р к плоскости, перпендикулярной оси вращения (фиг. 5).

Устройство работает следующим образом.

При бурении мягких пород жесткость пружины 5, размещенной в полости 4 корпуса 1, превыщает прочность породы, и снаряд работает с максимально выдвинутыми под торец коронки 8 ребрами 9, формируя забой углом к центру скважины (фиг. 6).

Полученная при этом масса щлама по пазам 14 и воздействием ребер 9 при вращении снаряда заносится в полость керно- приемной трубы 2, где ее подхватывает восходящий поток промывочной жидкости, подаваемой к забою по межтрубному пространству 3 и отражаемой кольцевым выступом 16 коронки 8. Получаемая таким образом форма забоя способствует лучщей центрации снаряда, а максимально выдвинутые ребра 9 - улучшению условий формирования керна путем уплотнения его основания своими дуговыми участками и более полному выносу щлама с забоя в полость кернопри- емной трубы 2. При этом ребра работают как лопасти долот режущего типа. При наличии твердых включений в массиве мягких пород или при бурении в породах средней крепости, перемежающихся по твердости, или трещиноватых ребра 9 коронки 8 стапливаются в пазы 7, сжимая пру0 жину 5 и поворачиваясь вокруг осей 1 таким образом, что верхний участок их свободного конца входит в полость 4 корпуса 1. Это предохраняет резцы 10 от преждевременного скалывания, так как контакт их с твердым включением становится более мягким. Для

5 большей автономности каждое ребро может быть снабжено отдельной пружиной. Кольцо 6 способствует постоянному контакту верхнего основания ребра 9 с пружиной 5 при любом повороте ребра 9 вокруг оси 11, а стопорные элементы 13 удерживают ось 11 на месте, не мешая повороту ребра 9. При бурении пород средней крепости создается меньще щлама, чем при бурении мягких пород, и поэтому уменьшение выхода ребер 9 целесообразно как для сохранения резцов 10, так и с

5 точки зрения выноса шлама.

Форма забоя, получаемого при бурении пород средней крепости, показана на фиг. 7. Бурение более твердых пород производится с полным углублением ребер 9 в пазы 7. При этом ребра 9 упираются участками вы0 резов 12 в стенку корпуса 1, образуя жесткую компоновку с коронкой 8, плоскость нижнего основания ребер 9 совпадает с поверхностью коронки 8 и резьбы 10 работают так, как резцы 15 коронки 8.

Максимальный угол поворота а ребра 9

вокруг оси 11 определяется величиной выреза 12, образующего упорную поверхность, и для равномерного выхода резцов 10 над конической поверхностью коронки 8 должен быть равен сумме угла конусности р торца коронки

Q 8 и угла ф между основаниями трапеции ребра 9.

Образующийся при бурении щлам крепких пород имеет меньщий объем, чем щлам мягких пород и пород средней крепости; и выносится в полость керноприемной трубы 2 по

5 пазам 14. Получаемая при бурении крепких пород форма забоя в виде угла к внещней стороне кольца (фиг. 8) способствует более полному поступлению шлама в полость керноприемной трубы при сохранении высоких скоростей проходки.

0 Подпружиненные ребра 9 способствуют сохранности резцов 10 при расхаживании снаряда в скважине, как это рекомендуется технологией бурения с гидротранспортом керна.

Таким образом, использование предлагаемого снаряда позволяет сохранять резцы ребер и автоматически, меняя форму забоя, создавать наиболее эффективные условия для бурения с гидротранспортом керна.

BuBfl

/5

S-8

фиг.1)

Фиг. 1

Г

г

фаг. 8

Фиг. 5