Колонковый набор для направленного бурения Советский патент 1992 года по МПК E21B7/08 

Фиг.1

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам бурения скважины с отбором при разведке месторождений на твердые полезные ископаемые и воду.

Известен колонковый набор для направленного бурения, включающий колонковую трубу, коронку с цилиндрической внутренней поверхностью, имеющей участки с породоразрушающими элементами.

Недостатком этого устройства является то, что в процессе бурения, особенно в анизотропных породах, происходит интенсивное естественное искривление ствола скважины из-за разрушения керна. Для снижения интенсивности искривления ствола используют специальные комплексы (например, ТЗ-3, Кедр-76, 59 и другие). Установка таких комплексов в скважине приводит к удорожанию буровых работ.

Целью изобретения является снижение интенсивности искривления ствола скважины за счет исключения разрушения керна.

Поставленная цель достигается тем, что, в устройстве, включающем колонковую трубу, коронку с цилиндрической внутренней поверхностью, имеющей участки с по- родоразрушающимм элементами, согласно изобретению, колонковая труба выполнена изогнутой в одной плоскости, а участки с породоразрушающими элементами на внутренней поверхности коронки расположены симметрично по обе стороны плоскости изгиба колонковой трубы и ограничены с каждой стороны центральным углом не менее 90°, причем величина прогиба колонковой трубы не превышает половины разности диаметров последней и коронки.

Кроме того, коронка выполнена с двумя симметрично расположенными на внутренней поверхности коронки в плоскости изгиба колонковой трубы осевыми цилиндрическими проточками, радиус кри- визны каждой из которой равен радиусу внутренней рабочей поверхностью коронки.

Сущность предложения заключается в следующем.

В процессе бурения скважины рабочий торец инструмента путем микрорезания разрушает горную породу. Исследования, проведенные с помощью скоростной киносъемки, работы алмазного инструмента при бурении специального блока из оптического стекла близкого по своим свойствам к горным породам VMI-IX категории по буримо- сти показали, что под действием осевой нагрузки колонковая труба изгибается и ведет к перекосу коронки. При этом разрушение забоя осуществляют только два сектора

четырехсекторной алмазной коронки. То есть, алмазный инструмент при бурении находится в скважине под углом, а внутренние породоразрушающие элементы осуществляют подрезку и разрушение керна.

Наибольшее воздействие на подрезку керна (фиг. 1) оказывают внутренние подрезные алмазы с лежачей стороны изогнутой колонковой трубы, а особенно часть

матрицы (А) в месте соединения подрезных и объемных алмазов наиболее насыщенная алмазами. С висячей стороны колонковой трубы в подрезке участвуют внутренние породоразрушающие элементы верхней части

матрицы (Б) в месте соединения подрезных алмазов с внутренней частью корпуса коронки. В связи с этим, несмотря на то, что изогнутый колонковый набор будет вращаться вокруг оси скважины, происходит

постепенный уход траектории ствола скважины в сторону от проектной, особенно в перемежающихся по прочности породах, когда процесс подрезки и разрушения более мягкого керна происходит более интенсивно.

Таким образом, наибольшую подрезку керна осуществляют внутренние подрезные алмазы размещенные на противоположных сторонах по поперечной оси, которая соединяет середины противоположных сторон внутренних подрезных алмазов и совмещены с плоскостью изгиба колонкового набора. Поэтому авторы предлагают для исключения подрезки керна выполнить на

внутренней цилиндрической поверхности коронки с противоположных сторон безалмазные участки и вертикальные проточки в матрице и корпусе коронки, колонковую трубу искривлять в одной плоскости, а симметричные безалмазные участки и вертикальные проточки располагать в плоскости изгиба колонковой трубы.

На фиг. 1 изображена алмазная коронка, подрезающая керн, общий вид; на фиг. 2

- алмазная коронка с вертикальными проточками в матрице и корпусе коронки; на фиг. 3 - торец алмазной коронки с проточками; на фиг. 4 - торец алмазной коронки без внутренних порйдоразрушающих элементов; на фиг. 5 - схема искривления колонковой трубы.

Схемы содержат колонковую трубу 1, корпус коронки 2, алмазосодержащую матрицу 3 разделенную на сектора 4. Причем

корпус 2 имеет проточки 5, а также сектора 6 без внутренних породоразрушающих элементов.

Бурение скважины осуществляется следующим образом. На поверхности осуществляют сборку колонкового набора,

состоящего из переходника (не показан), колонковой трубы 1 и коронки 2. Изготавливают специальную алмазную коронку с секторами без внутренних породорэзруша- ющих элементов (фиг. 4). Для соблюдения минимальной подрезки керна внутренними подрезными алмазами, например, для четы- рехсекторной коронки, достаточно иметь два противоположных сектора без внутренних породоразрушающих элементов. Далее наворачивают коронку 2 на колонковую трубу 1, а внутренние породоразрушающие элементы располагают симметрично по обе стороны плоскости изгиба, в ко горой осуществляется изгиб колонковой трубы по оси В-В (фиг. 5). Породоразрушающие элементы на внутренний цилиндрической поверхности коронки ограничены с каждой стороны центральным углом не менее 90°. Место изгиба колонковой трубы 1 от торца коронки 2 определяют по формуле

(L

к н

Le

i-LklЈ4

2fGo)

(м),

где U н - длина колонковой трубы, м;

Lo в -длина полуволны бурильного вала, м;

fn - полуразность диаметров скважины и переходника, м;

fб в - прогиб бурильного вала в скважине, м;

1/2

/HEl-кн (EUe)

где ELKH, ELs в - жесткость колонкового набора и бурильного вала. Колонковую трубу 1 изгибают в расчетном месте изгиба на величину не больше разности диаметра коронки 2 и трубы 1. Ограничение величины изгиба колонковой трубы 1 связано с возможностью размещения ее в скважине диаметром равным диаметру коронки 2. При большем изгибе колонковая труба 1 не впишется в размеры скважины.

Изогнутую колонковую трубу 1 С внутренними породораэрушающими элементами 6, расположенными симметрично по обе стороны плоскости изгиба, спускают в скважину на бурильных трубах (не показаны). Через бурильные трубы на коронку 2 передают крутящий момент, осевую нагрузку и промывочный агент. В процессе буренкя образуется керн, который заполняет колонковую трубу 1. Так как колонковая труба 1 имеет заданное направление изгиба, то и изгибаться она будет в этом направлении. Одновременно происходит смещение корпуса .оронки 2 от вертикальной оси строго

в направлении изгиба колонковой трубы 1 и секторов без внутренних породоразрушающих элементов б.

При использовании коронки 2 с секто- 5 рами б без внутренних породораэрушаю- щих элементов керн взаимодействует с матрицей коронки. Но так как в сектора отсутствуют алмазы, ю подрезка керна не будет.

10 В другом варианте перед сборкой колонкового набора выполняют на внутренней поверхности двух секторов 4 и корпусе коронки 2 проточки 5 радиусом R равным радиусу керна выбуренной породы, из цен- 15 тра смещенного относительно центра коронки 2 на величину равную разнице внутреннего радиуса колонковой трубы 1 и радиуса керна (фиг. 3). Такая величина радиуса R обусловлена тем, что в процессе пере- 20 коса коронки 1 керн не должен касаться внутренней поверхности матрицы и корпуса коронки 1.

Изогнутую колонковую трубу 1 с ориентированными проточками 5 в коронке 2 в 25 плоскости изгиба спускают в скважину на бурильных трубах (не показаны). Через бурильные трубы на колонку 2 передают кру- тящий момент, осевую нагрузку и промывочный агент. В процессе бурения об- 0 разуется керн, который заполняет колонковую трубу 1. Так как колонковая труба 1 имеет заданное направление изгиба, то и изгибаться она будет в этом направлении Одновременно происходит смещение кор- 5 пуса коронки 2 от вертикальной оси строго в направлении изгиба колонковой трубы 1 и проточек 5.

При перекосе корпуса коронки 2 керн, поступающий в колонковую трубу 1 не под- 0 резается внутренними подрезными алмазами, так как между керном и корпусом коронки образован зазор (фиг. 2), Это ведет к снижению естественного искривления ствола скважины и сохранению столбика 5 керна, так как он незначительно взаимодействует с корпусом коронки при его перекосе.

Таким образом, включение в состав колонкового набора коронки 2 с секторами без 0 внутренних породоразрушающих элементов б и коронки 2 с проточками в секторах 5 позволяет повысить эффективность бурения скважин за счет снижения естественного искривления скваж ин и уменьшения 5 затрат на проведение буровых работ.

Формула изобретения 1. Колонковый набор для направленного бурения, включающий колонковую трубу, коронку с цилиндрической внутренней поверхностью, имеющей участки с породораз- рушающимиэлементами, отличающий- с я тем, что, с целью снижения интенсивности искривления ствола скважины за счет исключения разрушения керна, колонковая труба выполнена изогнутой в одной плоскости, а участки с породоразрушающими элементами на внутренней поверхности коронки расположены симметрично по обе стороны плоскости изгиба колонковой трубы Vi ограничены с каждой стороны центральным углом не менее 90°, причем

0

величина прогиба колонковой трубы не превышает половины разности диаметров последней и коронки.

2. Колонковый набор по п. 1, отличающийся тем, что коронка выполнена с двумя симметрично расположенными на внутренней поверхности коронки в плоскости изгиба колонковой трубы осевыми цилиндрическими проточками, радиус кривизны каждой из которых равен радиусу внутренней рабочей поверхности коронки.

О О

я

0.

фиг.З

A,

Фиг. 2

Фив Л

Фиг. 5