Долото для направленного бурения скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B10/62 

Изобретение относится к области направленного бурения скважин в твердых породах, в частности к конструкции долот, предназначенных для забуривания нового направления ствола скважины с искусственных мостов и пробок, преимущественно таких, буримость материала которых выше буримости горных пород, слагающих стенки скважины.

Известно долото, у которого корпус выполнен в виде усеченного конуса с острой режущей кромкой для увеличения эффекта фрезерования породы стенки скважины.

Известно долото для забуривания нового направления ствола скваж й ны, резцы которого расположены на торце по спирали Архимеда с расстоянием между соседними рядами резцов

е оп hp -tn,

где ffn ,Tn - прочность породы соответственно на смятие и сдвиг,

hp - глубина погружения резцов в пороДУСхема установки резцов известного долота при бурении способствует смещению его в сторону забуриваемого ствола.

Известно шарошечно-алмэзное долото которое содержит цилиндрический полый корпус с кольцевой породоразрушающей матрицей и установленные внутри корпуса шарошки на цапфах для разрушения центральной части забоя скважины Шарошки на цапфах установлены таким образом, что обеспечивают качение шарошек по забою и его разрушение при вращении долота

Недостатком долота является его низкая надежность при забуривании нового направления ствола скважины с искусственного забоя вследствие обеспечения неблагоприятного соотношения скоростей фрезерования стенки скважины и бурения материала забоя. Данное неблагоприятное соотношение скоростей бурения забоя и фрезерования стенки скважины состоит в том, что материал забоя разрушается более интенсивно, чем горная порода стенки скважины и, как следствие, происходит постоянный срыв долота от точки забуривания вслед за углубляющимся забоем

Целью изобретения является повышение надежности забуривания нового направления ствола скважины с

(Л

С

ч ел о

(Л

СА)

о

искусственного забоя, выполненного из твердеющего материала с буримостью, превышающей буримость горных пород слагающих стенки скважины,

Положительный эффект от использова- ния долота для направленного бурения состоит в повышении .надежности технологической операции забуривания нового направления ствола скважины с искусственного забоя в твердых и крепких породах и в существенном сокращении сроков данного вида работ ho сравнению с известными техническими решениями.

Указатшая цель достигается тем, что Предлагаемое долото содержит цилиндри- ческий полый корпус с кольцевой породо- разрушающей матрицей и шарошку, установленную на цапфе внутри корпуса

Шарошка с цапфой установлена соосно с корпусом долота с возможностью осевого перемещения по цапфе относительно корпуса. При этом шарошка подпружинена в осевом направлении относительно корпуса, на внешней боковой поверхности шарошки выполнены продольные зубья, а на внутрен- ней боковой поверхности корпуса в верхней его части выполнены зубья, ответные зубьям шарошки.

Отличительные признаки предлагаемого долота обеспечивают благоприятное со- отношение скоростей фрезерования горной породы в стенке скважины и бурения материала забоя скважины при забуривании нового направления ствола В начале забуривакия обеспечивается максимальная для выбранных режимов бурения скорость фрезерования и в то же время минимальная скорость бурения Т е в этот момент происходит интенсивное забуривание (образование уступа в стенке скважины) под действием отклоняющего усилия, а скорость бурения материала забоя минимальна или равна нулю Данное соотношение скоростей фрезерования и бурехия обеспечивается тем, что шарошка на цапфе установлена с совпадением своей оси вращения с продольной осью корпуса долота, что исключает при вращении долота вращение шарошки на цапфе и разрушение материала, поступающего с забоя в виде столбика керна Кроме того, поскольку шарошка подпружинена в осевом направлении относительно корпуса, происходит полная или частичная нейтрализация действия на забой осевого усилия, прилагаемого к отклонителго, что не устраняет действие этого осевого усилия на отклонитель, а обеспечивает посредством его конструкции передачу из долото отклоняющего усилия для фрезерования породы в стенке скважины

При углубке в забой материал забоя, поступающий внутрь долота, поджимает шарошку на пружинах для смыкания зубцов шарошки и корпуса долота, что приводит к вращению шарошки вместе с корпусом и к разрушению всего забоя долотом В этот момент скорость бурения повышается и регулируется параметрами режима бурения, что обеспечивает бурение нового направления ствола скважины.

На фиг 1 показано долото для направленного бурения; на фиг 2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1.

Долото для направленного бурения содержит цилиндрический полый корпус 1 с резьбой 2 и кольцевую породоразрушаю- щую матрицу 3. Внутри корпуса 1 установлена шарошка 4 с промывочными окнами 5 и зубцами 6 шлицевого соединения, выполненными на внешней поверхности шарошки 4. Нижний торец шарошки 4 имеет породоразрушающие элементы 7. Шарошка 4 установлена на цапфе 8 с возможностью не только вращения на ней, но и с возможностью продольного перемещения по цапфе 8 в пределах направляющей цилиндрической втулки 9. Шарошка 4 установлена на цапфе 8 с совпадением своей оси вращения с продольной осью корпуса 1 и подпружинена относительно последнего в осевом направлении пружиной 10. На внутренней поверхности корпуса 1 выполнены зубцы 11 для взаимодействия с ответ- ныМи зубцами 6, выполненными на внешней боковой поверхности шарошки 4. Для прохода промывочной жидкости в корпусе 1 выполнены каналы 12,

Для забуривания нового направления ствола скважины с искусственного забоя долото используется при установке его на от- клонитель непрерывного действия, например типа ТЗ-3. Соединение долота с отклонителем производится через резьбу 2,

В процессе бурения отклонителем с долотом забой разрушается торцом породо- разрушающей матрицы 3 в виде кольца до rex пор, пока центральная часть забоя в виде керна не достигнет шарошки 4, размещенной выше матрицы 3. Керн, упираясь в шарошку 4, встречает противодействие пружины 10, что нейтрализует действие осевого усилия на забой или уменьшает его. В результате скорость бурения забоя уменьшается или становится равной нулю. При этом фрезерование стенки скважины под действием отклоняющего усилия будет интенсивным. Благодаря такому соотношению скоростей бурения забоя и фрезерования стенки происходит интенсивное забурива- иие уступа в стенке скважины

В дальнейшем повышение осевой нагрузки приводит к сжатию пружины 10 и перемещению шарошки 4 по цапфе 8 в пределах направляющей втулки 9. Шарошка 4 при этом не вращается, и керн не разрушается. Поступательное перемещение шарошки 4 происходит до зацепления зубцов 6 и 11 на шарошке 4 и корпусе 1. После зацепления зубцов 6 и 11 шарошка 4 начинает вращаться вместе с корпусом 1 и разрушать поступающий керн.

При последующем бурении усилие на долото будет меньше на усилие, затраченное на сжатие пружины 10, что позволяет в более широких предела регулировать скорость углубки в забой без снятия с отклони- теля минимальной осевой нагрузки, необходимой для его работы..

Формула изобретения Долото для направленного бурения скважин, содержащее цилиндрический полый корпус с кольцевой породоразрушаю- щей матрицей и шарошку, установленную на цапфе внутри корпуса, отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности

забуривания нового направления ствола скважины с искусственного забоя, выполненного из твердеющего материала с бури- мостью, превышающей буримость горных пород, слагающих стекки скважины, за счет

изменения соотношения скоростей фрезерования стенки и бурения забоя скважины на всем интервале забуривания нового ствола скважины, шарошка с цапфой установлена соосно с корпусом долота с возможностью осевого перемещения и подпружинена в осевом направлении относительно корпуса, при этом на внешней боковой поверхности шарошки выполнены продольные зубья, а на внутренней боковой поверхности корпуса- в верхней его части, выполнены зубья, ответные зубьям шарошки

Использование. забуривание нового направления ствола скважины. Сущность изобретения: долото содержит полый цилиндрический корпус с кольцевой породо- разрушающей матрицей. Внутри корпуса соосно с ним на цапфе установлена шарошка Шарошка подпружинена и перемещает ей в осевом направлении. На в ешней боковой поверхности шарошки выполнены продольные зубья. На внутренней боковой поверхности корпуса, в верхней части, выполнены зубья. Зубья корпуса ответны зубьям шарошки. 3 ил.

8 10

А -А

cJPu.i.Z

6-6