Буровой снаряд

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ с.э сР 3

Ж

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (23} 5005780!ОЗ (22) i 2.09.93 (46) 15.11.93 Бюл. N< 43-42 (УВ) Мельничук Игорь Павлович; Перетяка Павел

Владимирович; Панин Николай Митрофанович;

Думкин Лев Николаевич; Филатов Александр Алексеевич; Будаев Аркадий Валерьевич (54) БУРОВОЙ СНАРЯД (57) Использование: бурение скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: буровой снаряд содержит двойную колонковую трубу, узел создания ударных нагрузок, расположенный s верхней части колонковой трубы и комбинированный породоразрушающий инструмент с режущей коронкой, соединенной с наружной колонковой трубой. и ударной коронкой, соединенной с внутренней колонковой трубой. и наковальню. установленную на торце внут(ь RU (и) 2ОО2934 С1 (Я) 5 Е21В4 14 ренней колонковой трубы. Узел создания ударных нагрузок выполнен в виде полого корпуса, внутри которого установлены диффузор и кольцевая камера, расположенная над диффузором. Боковая поверхность кольцевой камеры выполнена по трансцендентной кривой с каналом, сообщающимся с полостью диффузора Наковальня выполнена с выступом конической формы, при этом углы конусности наковальни и диффузора разли п ы, причем режущая и ударнал коронки пародоразрушающего инструмента соединены между собой с возможностью ограниченного осевого и окружного перемещений. Ось кольцевой камеры расположена соосно или под острым углом к продольной оси диффузора Выступ наковальни размещен в полости диффузора. 3 зл. ф-лы,4ил.

2002934

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к снарядам для ударно-вращательного бурения, Известен буровой снаряд, включающий колонковую трубу с породоразрушающим инструментом и забойный двигатель для создания ударных нагрузок, выполненный в виде механического узла. содержащего груз с торцевыми кулачками и наковальню, жестко связанную с колонковой трубой.

Недостатком этого снаряда является низкая стойкость ударного узла, что снижает эффективность работы снаряда в целом.

Известен также снаряд для ударно-вращательного бурения, в котором в качестве забойного ударного механизма используется гидроударник.

Недостатком этого снаряда является сложность конструкции и, как следствие, малая надежность в работе, а также низкая эффективность, связанная с разрушением забоя только ударными импульсами, что ведет к быстрому выходу породоразрушающего инструмента из строя.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровой снаряд, содержащий двойную колонковую трубу, узел создания ударных нагрузок, расположенный в верхней части колонковой трубы, комбинированный породоразрушающий инструмент с режущей коронкой, соединенной с наружной колонковой трубой, и ударной коронкой, соединенной с внутренней колонковой трубой, и наковальню, установленную на торце последней.

Однако и этот снаряд имеет ряд недостатков, основными из которых являются; сложность конструкции, малая надежность, ограниченная область применения и сравнительно высокая стоимость.

Эти недостатки связаны главным образом с использованием в качестве ударного механизма — гидроударника, являющегося сложным механизмом, требующим точной настройки, соблюдения режимных параметров, а также мощного насосного оборудования.

Цель изобретения — упрощение конструкции, снижение потерь давления и расширение области применения.

Цель достигается тем, что в буровом снаряде, содержащем двойную колонковую трубу, узел создания ударных нагрузок, расположенный в верхней части колонковой трубы, комбинированный породоразрушающий инструмент с режущей коронкой, соединенной с наружной колонковой трубой, и ударной коронкой, соединенной с внутренней колонковой трубой, и наковальню, 45

55 фиг.1; на фиг.3 и 4 — вид породоразрушающего инструмента со стороны рабочего торца для бурения соответственно с отбором керна и сплошным забоем, Предложенный снаряд включает буровую колонну 1, которая через амортизатор 2 соединена с комбинированным породорэзрушающим инструментом, состоящим из режущей 3 и ударной 4 коронок, соединенных между собой подвижно кэк в осевом, так и в окружном направлении, например, посредством нескольких шаровых или стержневых затворов 5, узел создания ударных нагрузок в виде кавитационного генератора колебаний б, и двойную колонковую трубу, внутренняя труба 7 которой соединена с ударной коронкой 4, э наружная труба 8 — c установленную на торце последней. согласно изобретению узел создания ударных нагрузок выполнен в виде полого корпуса, внутри которого установлены диффузор и кольцевая камера, расположенная над диффузором, причем боковая поверхность кольцевой камеры выполнена по трансценденной кривой с каналом, сообщающимся с полостью диффузора, а наковаль10 ня выполнена с выступом конической формы, при этом углы конусности наковальни и диффузора различны, а режущая и ударная коронки соединены между собой с возможностью ограниченного осевого и окружного перемещений, Для решения укаэанной задачи служат также признаки, касающиеся схемы расположения выступа наковальни и кольцевой камеры относительно диффузора.

Выполнение узла создания ударных нагрузок предложенной конструкции значительно упрощает технологию его изготовления; повышает качество и надежность работы, расширяет область применения и повышает КПД этого узла, обеспечивая устойчивость его работы при изменяющихся условиях промывки в про- цессе бурения.

Выполнение наковальни с выступом, схема его расположения относительно диффузора и форма. выполнения связаны с созданием оптимальных условий для регулирования режима работы узла создания ударных нагрузок и передачи их на забой, Соединение режущей коронки с ударной с возможностью ограниченного осевого и окружного перемещений повышает эффективность передачи ударной энергии пу40 тем уменьшения массы передаточного элемента — внутренней колонковой трубы.

На фиг.1 изображен снаряд для бурения с отбором керна; на фиг.2 — сечение А-А на

2002934 режущей коронкой 3 и корпусом 9 генератора 6. В полости корпуса 9 установлены диффузор 10 с коническим каналом и кольцевая камера 11, расположенная со стороны малого основания конического канала. Боковая поверхность камеры 11 выполнена по трансцендентной кривой; причем полость камеры 11 сообщена с полостью труб 1 тангенциальным каналом 12., при этом ось камеры может располагаться или соосно или под острым углом к оси диффузора 10. Режущая 3 и ударная 4 коронки могут быть выполнены как для кольцевого, так и для сплошного бурения, а вооружение их выбирается в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород. При бурении по породам средней твердости целесообразно применять в качестве рабочих элементов твердосплавные вставки 13, причем. если для армировки ударной части коронки форма рабочей головки вставок 13 не имеет принципиального значения (можно использовать вставки со сферической, конической, клиновидной рабочей головкой и т.д.), то для наружной коронки предпочтительной является клиновидная форма. При бурении же по крепким породам возможно использование алмазного вооружения 14 для обеих коронок 3 и 4, однако при этом для оснащения внутренней коронки 4 следует применять более прочные и крупные алмазы или сверхтвердые материалы по сравнению с алмазами для наружной коронки 3, Внутренняя колонковая труба 7 ка верхнем торце снабжена наковальней 15, имеющей преимущественно форму конического выступа, расположенного соосно с осью диффуэора 10, при этом углы конусности диффузора 10 и наковальни 15 различны.

Наковальня 15 может располагаться как ниже диффузора 10, так и в его полости, что позволяет дополнительно регулировать режим работы узла создания ударных нагрузок.

Прикцип работы снаряда заключается в следующем.

flop, действием осевого усилия и крутящего момента рабочие элементы 13 и 14 породоразрушающего инструмента внедряются в породу и разрушают ее, Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, прокачиеаемой через бурильную колонну 1. При поступле= нии жидкости в кольцеву|о камеру 11 через тангенциальный канал 12 поток закручива3. Регулирование интенсификации ударных

30 импульсов осуществляется в данном уст. ройстве не только за счет изменения расхо45

55

25 ется, образуя интенсивное завихрение, Центробежные силы отбрасывают поток к периферии, при этом в осевой части образуется вакуум, способствуюший возникновению кавитационной каверны. Закрученный поток по кромке расширяющегося канала диффузора 10 срывается во внутрь, образуя кольцевое сечение с разрежением в центральной части, и движется по какалу в сторону породоразрушающего инструмента.

При поступлении потока в полость колонковой трубы 8, где давление жидкости значительно выше, происходит схлопывание каверн, приводящее к возникновению импульсов давления в жидкости, которые воспринимаются наковальней 15 и через внутреннюю колонковую трубу 7 передаются на ударную коронку 4. Благодаря возможности осевого перемещекия внутренней коронки относительно наружной рабочие элементы первой под действием ударных нагрузок несколько опережают рабочие элементы второй и осуществляют предварительное разупрочнение забоя путем образования микротрещин, После этого предварительно ослабленная порода с меньшими энергозатратами разрушается. режущими элементами наружной коронки да промывочной жидкости, но и эа счет изменения формы потока при прохождении через кольцевую камеру 11 и диффузор 10 с расположенной в его полости наковалькей

15, Это позволяет даже при значительных изменениях условий бурения, а следовательно, и при неизбежных изменениях режима промывки, обеспечить устойчивую работу кавитационного генератора. Дополнительное регулирование процесса создания ударных импульсов может быть достигнуто изменением относительного положения и угла конусности наковальни 15, определяющего площадь проходного сечения канала для потока, а следовательно, и интенсивность образования каверн.

Применение предложенного бурового снаряда позволяет повысить проходку и скорость бурения при одновременном снижении стоимости буровых работ, как за счет улучшения указанных параметров, так и за счет упрощения конструкции снаряда. (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1127967, кл. Е 21 В 10/04, 1981.

2002934

Формула изобретения

1, БУРОВОЙ СНАРЯД, содержащий двойную колонковую трубу, узел создания ударных нагрузок, расположенный в верхней части колонковой трубы, и комбинированный породораэрушающий инструмент с режущей коронкой, соединенной с наружной колонковой трубой и ударной коронкой, соединенной с внутренней колонковой трубой, и наковальню, установленную на торце последней, отличающийся тем, что узел создания ударных нагрузок выполнен s в и д е e п оoл оoг о o кKоoрpп у сcа, в котором установлены диффузор и кольцевая камера, расположенная над диффузором, причем боковая поверхность кольцевой камеры выполнена по трансцендентной кривой с каналом, сообщающимся с полостью диффузора, а наковальня выполнена с вы5 ступом конической формы, при этом углы конусности наковальни и диффузора различны, причем режущая и ударная коронки породораэрушающего инструмента соединены между собой с воэможностью огра10 ниченного осевого и окружного . перемещений.

2. Снаряд по п.1, отличающийся тем, что ось кольцевой камеры расположена соосно или под острым углом к продольной

15 оси диффуэора.

3, Снаряд по п,1, отличающийся тем, что выступ наковальни размещен в полости диффузора, 2002934

Составитель Н. Панин

Техред M,Ìîðãåíòàë

Корректор Шекмар

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3223

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101