Кольцевая буровая коронка

 

Изобретение относится к области бурения скважин. Кольцевая буровая коронка, предназначенная, в частности, для разведочного бурения по оценке подземных резервуаров, содержит корпус, выполненный с возможностью вращения относительно некоторой оси вращения, пластины, предусмотренные на корпусе по меньшей мере в его передней части, множество резцов, расположенных вдоль каждой пластины и имеющих каждый режущую кромку. Совокупность этих режущих кромок образует воображаемую огибающую, расположенную вокруг выбуриваемого керна и сопла, которые подают в забой струю промывочной жидкости и которые имеют выход в передней части корпуса. По меньшей мере одно сопло имеет выход, отклоняющий струю промывочной жидкости наискось вперед по отношению к оси вращения, в сторону от выбуриваемого керна, предпочтительно под углом более 45^o. Более предпочтительно под углом более 50^o. 20 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предлагаемое изобретение касается кольцевой коронки для колонкового бурения, обеспечивающей оценку скопления полезных ископаемых, например нефти и газа, в естественном залегании, содержащей: корпус, имеющий возможность поворачиваться относительно оси вращения; опорные пластины, предусмотренные на корпусе, по меньшей мере в его передней части; несколько резцов, распределенных вдоль каждой пластины, причем каждый резец имеет свою режущую кромку и эти режущие кромки в совокупности вписаны в воображаемый контур, располагающийся вокруг извлекаемого из скважины керна; каналы или сопла, обеспечивающие подачу струй промывочной жидкости и выводящие эту жидкость из корпуса буровой коронки в его передней части.

Кольцевые коронки для колонкового бурения описанного выше типа давно известны. В этих коронках каналы или сопла для промывочной жидкости обычно формируются путем высверливания прямолинейных отверстий в корпусе коронки.

Важная проблема, особенно в случае разведочного бурения по оценке резервуаров естественного залегания полезных ископаемых, заключается в обеспечении возможно меньшей интенсивности промывки выбуриваемого керна как в процессе бурения, так и внутри буровой коронки и колонковой трубы. Излишне интенсивная промывка керна может вызвать, например, прорыв промывочной жидкости в тело керна в ущерб различным другим жидкостям, которые содержатся в нем изначально. Это может привести к загрязнению данного керна и даже сделать невозможной достоверную оценку величины исследуемого подземного резервуара или оценку содержания в этом резервуаре искомых продуктов. Необходимо, однако, чтобы дно кольцевого желоба, вырубаемого буровой коронкой в породе вокруг керна, постоянно получало достаточное количество промывочной жидкости. Это необходимо, в частности, для охлаждения элементов режущего инструмента, подвергающихся нагреву в результате трения, а также для удаления частиц разрушенной в процессе бурения породы с целью эффективной очистки дна кольцевого желоба забоя и очистки буровой коронки.

Цель предлагаемого изобретения состоит в решении этой проблемы путем воздействия на те факторы, которые оказывают влияние на контакт между промывочной жидкостью и выбуриваемым керном, при условии обеспечения расхода этой промывочной жидкости, достаточного для выполнения ее основных функций, хорошо известных специалистам в данной области техники.

Одним из факторов, оказывающих влияние на упомянутый выше контакт, является ориентация потока этой промывочной жидкости по отношению к формируемому в процессе бурения керну.

Для решения поставленной задачи в соответствии с предлагаемым изобретением по меньшей мере одно сопло имеет выход, отклоняющий струю промывочной жидкости наискось вперед по отношению к оси вращения корпуса буровой коронки, в сторону от керна. В предпочтительном варианте практической реализации угол этого отклонения составляет более 45^o, а лучше более 50^o.

Предлагаемое изобретение предусматривает открывание отклоняющего сопла наружу между двумя опорными пластинами таким образом, чтобы сформировать эффект срыва струи промывочной жидкости, располагающейся в непосредственной близости от керна и/или от буровой коронки.

В этих условиях поток промывочной жидкости очень быстро отклоняется от выбуриваемого керна и, не имея возможности застаиваться возле него, не загрязняет данный керн. Кроме того, вследствие срыва струи давление промывочной жидкости в данном месте относительно мало. В частности, это давление мало в непосредственной близости от керна и промывочная жидкость не вдавливается в тело керна, а может в некоторых случаях просто покрывать его поверхность защитной пленкой, которая при благоприятных условиях препятствует тому, чтобы жидкости, содержащиеся в толще данного керна, выходили из него, что способствует достоверности оценки исследуемого подземного горизонта. Давление промывочной жидкости в предпочтительном варианте регулируется таким образом, чтобы исключить отсасывание жидкостей, содержащихся в толще керна.

В одном из наиболее предпочтительных вариантов реализации предлагаемого изобретения упомянутое выше отклоняющее сопло содержит по меньшей мере одну специальную деталь, предназначенную для осуществления упомянутого выше отклонения струи промывочной жидкости, причем эта деталь предпочтительно изготавливается из материала, более устойчивого к абразивному износу, чем материал, из которого изготавливается буровая коронка. Предпочтительным является изготовление этой детали из спеченного карбида.

С точки зрения снижения стоимости эксплуатации весьма благоприятным является техническое решение, в соответствии с которым место, на которое воздействует отклоняемый поток промывочной жидкости, реализуется отдельно от корпуса буровой коронки с тем, чтобы иметь возможность заменить именно это место в случае его износа без необходимости заменять всю буровую коронку или подвергнуть ее серьезному ремонту. Еще более благоприятным вариантом является реализация этого сильно нагруженного в механическом плане места таким образом, чтобы продлить тем или иным способом срок его службы. Кроме того, использование специальной дополнительной детали для отклонения струи промывочной жидкости позволяет в случае необходимости снимать ее для облегчения, например, профилактической очистки соответствующего сопла.

В одном из предпочтительных вариантов реализации предлагаемого изобретения к буровой коронке добавляется внутренний полый элемент, охватывающий выбуриваемый керн и удерживаемый колонной бурильных труб, к которым прикреплена упомянутая выше буровая коронка. Этот дополнительный элемент предназначен для того, чтобы сформировать между корпусом буровой коронки и телом выбуриваемого керна кольцевой зазор для прохода промывочной жидкости. В предпочтительном варианте этот зазор вокруг керна устраивается в непосредственной близости от резцов коронки, причем расход промывочной жидкости через этот проходной зазор составляет менее 25% полного расхода жидкости, протекающей через него и через упомянутые выше сопла подачи промывочной жидкости. Кроме того, особенно предпочтительным представляется вариант, при котором расход промывочной жидкости через упомянутый выше проходной зазор не превышает 10% упомянутого выше полного расхода жидкости, а еще лучше, если он не превышает 5% этого полного расхода.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации предлагаемого изобретения упомянутый выше дополнительный внутренний полый элемент имеет существенно цилиндрическую форму и обладает кольцевой передней кромкой, вытянутой в осевом направлении, а корпус буровой коронки имеет кольцевую канавку, в которую в осевом направлении погружается упомянутая выше передняя кромка дополнительной детали. Это сделано для того, чтобы проходной зазор для промывочной жидкости, подаваемой через пространство между корпусом буровой коронки и этим дополнительным внутренним элементом, имел U-образную форму в плоскости сечения, проходящей через ось вращения данной буровой коронки. Лучшие результаты получаются в том случае, когда передняя кромка примыкает к дополнительному внутреннему элементу с образованием кольцевого уступа на внутренней стороне этого полого элемента, противостоящего внутренней кромке кольцевой канавки, причем в предпочтительном варианте противостоящие друг другу грани кольцевого уступа и этой внутренней кромки являются плоскими и располагаются перпендикулярно к оси вращения данной буровой коронки. Предпочтительно, чтобы проходное расстояние по оси вращения коронки между передним концом передней кромки полого дополнительного элемента и дном кольцевой канавки на корпусе коронки было менее 12 мм. Еще лучше, если это расстояние составляет менее 9 мм, а наиболее предпочтительный вариант подразумевает, что величина этого расстояния не превышает 8 мм и как минимум равна 5 мм.

В соответствии с еще одним особенно предпочтительным вариантом реализации данного изобретения резцы буровой коронки устанавливаются на опорных пластинах таким образом, что их огибающая по отношению к направлению бурения в плоскости, содержащей ось вращения буровой коронки, имеет вершину, направленную вперед, и криволинейную часть или изгиб, наклоненную назад, то есть в противоположную от забоя сторону, которая отходит от упомянутой выше вершины в направлении, противоположном оси вращения данной буровой коронки, причем этот изгиб или криволинейная часть этой образующей или огибающей располагается по меньшей мере в непосредственной близости от вершины и имеет небольшой наклон к перпендикуляру к оси вращения буровой коронки, лежащему в упомянутой выше плоскости оси вращения коронки.

Весьма выгодно, чтобы упомянутый выше изгиб начинался от самой вершины. Кроме того, этот изгиб предпочтительно может иметь на продолжении упомянутой выше части с малым уклоном в направлении наружу от этой вершины часть с более ярко выраженным наклоном, где касательная к огибающей может становиться практически параллельной оси вращения данной буровой коронки.

В соответствии с еще одной весьма полезной формой своей практической реализации предлагаемое изобретение предусматривает, чтобы огибающая имела в плоскости, содержащей ось вращения данной буровой коронки, другой изгиб, наклоненный назад и отходящий от вершины в направлении оси вращения этой буровой коронки. При этом упомянутый выше другой изгиб имеет часть, располагающуюся по меньшей мере в непосредственной близости от вершины, наклон которой мал относительно перпендикуляра к упомянутой выше оси вращения данной буровой коронки.

Еще один предпочтительный вариант практической реализации предлагаемого изобретения характеризуется тем, что наиболее удаленный от оси вращения данной буровой воронки резец имеет кроме того другую режущую кромку, параллельную оси вращения данной буровой коронки. Предпочтительно также, чтобы наиболее близкий к оси вращения резец имел, кроме того, дополнительную режущую кромку, параллельную этой оси вращения.

В соответствии с предпочтительным вариантом реализации предлагаемого изобретения часть поверхности переднего конца буровой коронки, заключенная между двумя опорными пластинами, образует в плоскости сечения, проходящей через ось вращения данной буровой коронки, изгиб, самая передняя точка которого располагается к непосредственной близости от выбуриваемого керна, причем этот изгиб в целом постепенно уходит назад, оставаясь в основном выпуклым и отходя от поверхности керна с тем, чтобы соединиться с наружной боковой поверхностью корпуса буровой коронки. В предпочтительном варианте этот изгиб имеет по меньшей мере два отклонения от монотонной выпуклости для того, чтобы сформировать локальную вогнутую часть, располагающуюся предпочтительно между керном и выходом соответствующего сопла, касательная к донной части которой существенно перпендикулярна к оси вращения данной буровой коронки.

Другие детали, характеристики и особенности данного изобретения будут показаны в приведенном ниже описании одного из возможных вариантов реализации буровой коронки, не являющегося ограничительным.

На фиг.1 показан вид в разрезе предлагаемой буровой коронки, предпочтительно снабженной внутренним полым элементом, охватывающим выбуриваемый керн; на фиг.2 то же, вид снизу; на фиг.3 развертка части буровой коронки по стрелкам III-III на фиг.1; на фиг.4 развертка другой части буровой коронки по стрелкам IV-IV на фиг.1; на фиг.5 график изменения давления промывочной жидкости перед и после проходного зазора в функции расхода упомянутой выше жидкости и величины этого зазора.

Кольцевая буровая коронка 1 для колонкового бурения представлена (фиг.1) на дне разведочной скважины 2, пробуренной в толще исследуемой породы 3. Выбуриваемый при этом керн 4 показан внутри этой буровой коронки 1. Для облегчения понимания приведенного чертежа линии, ограничивающие наружные элементы буровой коронки 1, нарисованы с некоторым отступлением от соответствующих линий, принадлежащих контуру скважины 2 выбуривания данного керна 4.

Буровая коронка 1 содержит соединительный хвостовик 101, при помощи которого она обычно соединяется с колонковой трубой (не показана). Этот соединительный хвостовик представляет собой часть системы бурильных труб, хорошо известной в данной области техники.

Буровая коронка 1 содержит корпус 5, который обычно изготавливается путем формования порошка карбида, смешанного со связующим с относительно низкой температурой плавления, и спеканием полученной заготовки в графитовой форме. Получаемый таким образом корпус буровой коронки имеет ось вращения 6.

На передней стороне по направлению бурения 7 параллельно оси вращения 6 данной буровой коронки расположены, несколько выступая вперед, пластины 8, которые могут продолжаться, также радиально выступая, вдоль наружной боковой поверхности 9 корпуса 5 (см. также фиг.2). На каждой из упомянутых выше пластин закреплены, например, любым известным способом, резцы 10 (позиция 10 включает также позиции 10а, 10б и 10с), которые сами по себе известны и показаны на фиг. 1 окружностями. Пластины 8, которые на фиг.2 показаны в количестве девяти штук, все без исключения могут быть подобны друг другу в том, что касается их общей конфигурации.

В случае буровой коронки 1 (фиг.2) имеются три группы, из трех пластин 8 каждая, обозначенных соответственно буквами A, B и C. Различие между пластинами 8, обозначенными разными буквами, состоит в расположении на этих пластинах резцов 10. В каждой группе из трех пластин A, B и C резцы 10 могут быть расположены на своей пластине 8 соответственно таким образом, чтобы один резец 10 был смещен в радиальном направлении наружу по отношению к другому резцу 10 предыдущей пластины 8 в направлении вращения бурового инструмента и в радиальном направлении внутрь по отношению к третьему резцу 10 последующей опорной пластины 8.

Для того чтобы наглядно представить форму дна скважины 2, обычно показывают (фиг. 1) наложенную проекцию трех пластин A, B и C одной и той же группы в плоскости поперечного сечения корпуса 5 данной буровой коронки. Эта наложенная проекция воспроизводит, таким образом, реально вырезаемое резцами 10 пластин A, B и C в породе проходимого горизонта поперечное сечение дна 11 скважины. Это поперечное сечение соответствует поперечному сечению в плоскости, содержащей ось вращения 6 данной буровой коронки, воображаемого контура, образованного вокруг выбуриваемого керна 4 режущими кромками 12 резцов 10 при их вращении относительно оси 6. Три группы пластин A, B и C могут быть идентичными по отношению друг к другу.

В корпусе 5 буровой коронки имеются, кроме того, сопла 13, предназначенные для подачи к донной части 11 скважины специальной промывочной жидкости. Каждое из этих сопел 13 образовано обычным прямолинейным сквозным отверстием 14, высверленным в корпусе данной буровой коронки, которое заканчивается в соответствии с предлагаемым изобретением по меньшей мере одним выходом 15, отклоняющим струю промывочной жидкости в сторону от выбуриваемого керна 4 по отношению к оси сверления отверстия 14. При этом упомянутое выше отверстие 14 может быть уже само достаточно сильно наклонено в сторону отклонения выхода струи промывочной жидкости от выбуриваемого керна 4, однако отклонение направления выхода струи под углом 50 65^o по отношению к оси вращения, которое может оказаться особенно выгодным, обеспечивается достаточно определенно и с наименьшими затратами только при помощи способа, который будет предложен ниже. Это достаточно большое отклонение струи промывочной жидкости от вертикального направления необходимо обеспечить для того, чтобы исключить нежелательную промывку выбуриваемого керна 4 в том месте, где он вырезается из толщин породы резцами 10.

Выходы 15 предпочтительно устроены между двумя пластинами 8 таким образом, что они формируют вместе с пространствами, разграничиваемыми всякий раз двумя последовательными пластинами 8, частью поверхности переднего конца по направлению бурения корпуса 16, заключенной между двумя последовательными пластинами 8, и дном 11 скважины 2, эффект срыва струи промывочной жидкости, располагающейся в непосредственной близости от керна 4 и/или коронки 1. Ориентация отклоняющего выхода 15 при этом может действовать, например, всасывающим образом на промывочную жидкость, располагающуюся радом с керном 4, и проталкивающим ее к выходу из скважины 2 вдоль наружной боковой поверхности 9 между удлиненными пластинами 8.

Отклоняющий выход 15 предпочтительно выполняется в форме изгиба или колена 17, ориентированного в сторону, противоположную по отношению к керну 4. В соответствии с предлагаемым изобретением изгиб или колено 17 изготавливается, например, литьем в своей части 18, располагающейся со стороны его центра кривизны, и формируется при помощи дополнительной детали 19 в своей части, располагающейся со стороны наибольшего радиуса кривизны этого изгиба или колена. Эта дополнительная деталь 19, которая отклоняет поток промывочной жидкости, в предпочтительном варианте реализации изготавливается из материала, устойчивость к абразивному износу которого превышает устойчивость к абразивному износу материала корпуса 5. Спеченный карбид представляется наилучшим материалом для этой цели. Крепление дополнительной детали 19 к корпусу 5, в предпочтительном варианте закладываемой в соответствующее углубление на корпусе 5, осуществляется известным и подходящим в данном случае способом, например впаиванием в корпус 5 буровой коронки. При таком способе крепления эта дополнительная деталь в случае необходимости может быть впоследствии извлечена из корпуса буровой коронки для замены, прочистки сопла и т.п.

Внутри буровой коронки 1 коаксиально к ней располагается известное само по себе внутреннее устройство, предназначенное для захватывания выбуренного керна 4 и поднятия его на поверхность после отрыва от дна скважины. Это внутреннее устройство удерживается колонной бурильных труб и может содержать внутренний полый элемент 20, установленный коаксиально по отношению к буровой коронке 1 и позволяющий сформировать проходной зазор 21 для промывочной жидкости, в предпочтительном варианте располагающийся кольцом вокруг выбуриваемого керна 4 в непосредственной близости от резцов 10, для того чтобы промывочная жидкость выполняла там свою известную в бурильной практике функцию. В предпочтительном варианте промывочная жидкость подводится как можно дальше, у самого дна 11 скважины 2 и с отклонением от выбуриваемого керна 4, чтобы не загрязнять его и не вызвать в результате такого загрязнения искажения информации, которую можно получить при исследовании данного керна. Из этих соображений промывочная жидкость может быть подведена до проходного зазора 21 при помощи кольцевого пространства 22 между колонковой трубой (на фиг. 1 не показана) или корпусом 5 буровой коронки и внутренним полым элементом 20.

В предпочтительном варианте практической реализации этот полый внутренний элемент содержит переднюю по направлению бурения кольцевую кромку 23, которая продолжает этот элемент, например, в осевом направлении и которая входит в кольцевую канавку 24, выполненную в корпусе 5. Эта кольцевая канавка 24 углублена, например, в осевом направлении для формирования при помощи надлежащего расстояния между внутренними поверхностями этой канавки и боковыми поверхностями упомянутой выше передней кромки 23 проходного зазора 21 для промывочной жидкости. В предпочтительном варианте передняя кромка продолжает полый внутренний элемент 20, оставляя свободной поверхность уступа 25, которая может быть плоской и располагающейся существенно перпендикулярно по отношению к оси вращения 6 в направлении этой оси внутри этого полого внутреннего элемента 20. На определенном расстоянии от этой поверхности уступа 25 проходит, например, внутренняя кромка 26, которая может быть плоской и параллельной противостоящей ей поверхности уступа и которая образует вершину с внутренней стороны 28 кольцевой канавки 24.

Между кольцевым краем переднего конца передней кромки 23 и дном кольцевой канавки 24 имеется некоторое расстояние E, которое из соображений простоты измерения устанавливается равным упомянутому и определенному выше расстоянию.

Это расстояние E может быть, например, с расчетом получения в функции расхода промывочной жидкости для заданной конфигурации кольцевой канавки 24 и передней кромки 23 достаточно большой разницы давления промывочной жидкости перед и после проходного зазора 21 с тем, чтобы способствовать упомянутому выше эффекту срыва струи. На фиг.5 в качестве примера показан график, полученный экспериментальным путем и образованный точками, формирующими кривые разницы давления промывочной жидкости P (бар) в функции расхода D (л/мин) этой промывочной жидкости и в функции различных значений этого расстояния E (мм). Из приведенных графиков видно, что для расстояния E, равного 14,2 мм (см. кривую, образованную точками измерения в виде квадратиков), разница давлений относительно медленно растет при возрастании расхода D промывочной жидкости, тогда как при прочих разных условиях, но при величине расстояния E 8 мм (точки измерения в виде крестиков), возрастание разницы давления P происходит существенно быстрее. Однако, для всех значений расстояния E, меньших 8 мм, например для E 3 мм (точки измерения в виде треугольников), отмечается, что соответствующая кривая не отклоняется существенно от кривой, полученной для E 8 мм. Видно, таким образом, что минимальная величина для расстояния E будет составлять примерно 5 мм.

В соответствии с предлагаемым изобретением адаптация передней кромки 23 и кольцевой канавки 24 друг к другу, с одной стороны, и совокупности сопел 13, с другой стороны, предпочтительно может быть осуществлена, кроме всего прочего, путем регулировки этого расстояния E с тем, чтобы расход промывочной жидкости через проходной зазор 21 был меньше 25% полного расхода этой жидкости, проходящей как через этот проходной зазор 21, так и через все сопла 13. Кроме того, весьма выгодно, чтобы этот частичный расход составлял менее 5% полного расхода промывочной жидкости.

Буровая коронка, показанная на фиг.1, иллюстрирующей в качестве примера предлагаемое изобретение, выполнена с передней стороны по направлению бурения таким образом, что упомянутое выше сечение через огибающую режущих кромок 12 предпочтительно имеет направленную вперед вершину 29 и кривизну, например, начиная от этой вершины 29 все больше и больше наклоненную назад, в противоположную по отношению к направлению бурения сторону, так что удаляясь от вершины 29, она удаляется также от оси вращения 6 буровой коронки. Эта криволинейная часть огибающей имеет, как показывает пример, приведенный на фиг.1, в достаточно большой окрестности вершины 29 очень малый уклон по отношению к перпендикуляру, построенному к оси вращения в плоскости сечения, заметно отличающийся от обычной для кольцевых буровых коронок величины этого уклона.

Поскольку пластины 8 могут продолжаться вдоль боковой наружной поверхности 9, предпочтительно, чтобы резцы 10 были расположены вдоль первой части 30, продолжающей по меньшей мере одну пластину 8, таким образом, чтобы упомянутая выше криволинейная часть огибающей становилась практически параллельной оси вращения 6 буровой коронки. В предпочтительном варианте резец 10a, наиболее уделенный от оси вращения 6 в группе пластин A, B и C, может тогда обладать другой режущей кромкой 12a, которая является параллельной оси вращения 6, на наружной стороне буровой коронки 1 с тем, чтобы формировать ствол скважины 2 возможно более коаксиальным по отношению к выбуриваемому керну 4, подвергая, таким образом, этот керн возможно меньшим радиальным нагрузкам.

Для того чтобы еще более улучшить коаксиальный характер скважины 2 и выбуриваемого керна 4, радиально наружная поверхность 32 пластин 8 может, в качестве примера, быть армирована, как показано на фиг.3, синтетическими многогранными алмазами 33 и/или цилиндрическими стержнями 34 с образующей, предпочтительно параллельной оси вращения 6. Многогранные алмазы 33 и цилиндрические стержни 34 предпочтительно могут располагаться попеременно рядами, как показано на фиг.3, причем расстояние между осью вращения 6 и их кромками и/или образующими, наиболее удаленными от оси вращения 6, в предпочтительном варианте равно расстоянию между другой режущей кромкой 12a и той же осью вращения 6. Могут быть использованы также и другие формы стержней 34. Алмазы 33 и особенно стержни 34 предназначены для стабилизации буровой коронки в скважине в процессе бурения и образуют направляющие элементы, устойчивые к абразивному износу. Кроме того, стержни 34 и особенно алмазы 33 могут в случае необходимости помогать бурению, например, в случае, когда режущая кромка 12a повреждена.

На фиг. 1 упомянутая выше криволинейная часть огибающей в предпочтительном варианте продолжается также и в другую сторону от вершины 29, в направлении выбуриваемого керна 4, другой криволинейной частью, которая также наклонена назад при удалении от вершины 29. Эта другая кривая может быстро трансформироваться в прямую, имеющую наибольший наклон. В предпочтительном варианте вырезаемая таким образом порода вокруг керна 4 в процессе строго вертикального бурения имеет форму усеченного конуса, благоприятствующую, кроме всего прочего, течению промывочной жидкости в стороне от выбуриваемого керна 4, в направлении более углубленной зоны, вырезаемой резцами 10 вершины 29 и непосредственно примыкающими к этой вершине другими резцами. Однако, можно отдать предпочтение тому, чтобы эта другая кривая загибалась существенно в сторону передней части буровой коронки, если, например, необходимо существенно увеличить контакт между промывочной жидкостью и выбуриваемым керном 4 по тем или иным причинам.

Для получения керна 4, который не был бы поврежден слишком частым проходом резцов, выгодно устроить, например при помощи группы пластин A, B и C, резец 10б, наиболее близкий к оси вращения, так, чтобы он обрабатывал керн 4 своей закругленной режущей кромкой 12б, и затем, предпочтительно на следующей по направлению вращения буровой коронки 1 пластине 8, другой резец 10с, имеющий другую режущую кромку 12c, параллельную оси вращения 6, например на том же самом расстоянии от этой оси, что и режущая кромка 12б упомянутого выше резца 10б.

Благоприятной является также реализация вокруг оси вращения 6 и на определенном удалении от выбуриваемого керна внутренней цилиндрической поверхности 35 на корпусе 5 буровой коронки с тем, чтобы закрепить на ней направляющие и калибрующие элементы (фиг.4) типа многогранных синтетических алмазов 133 и/или типа стержней 134, например, цилиндрической формы с осью, параллельной оси вращения 6, располагающихся таким образом, чтобы их грани или образующие и/или вершины, наиболее близкие к оси вращения 6, были на том же расстоянии от этой оси 6, что и упомянутые выше режущие кромки 12б и/или 12c.

Эти направляющие и калибрующие элементы могут, например, шлифовать наружную поверхность выбуриваемого керна 4 или служить элементами безопасности в случае поломки или достаточно большого износа резцов 10c и т.д.

Пространство между внутренней цилиндрической поверхностью 35 и наружной поверхностью выбуриваемого керна 4 может быть, например, выбрано возможно меньшим для исключения противотока через проходной зазор 21 промывочной жидкости, поступающей из сопел 13, и/или для увеличения эффекта ограничения, реализуемый между кольцевой канавкой 24 и передней кромкой 23.

Упомянутый выше эффект срыва струи промывочной жидкости, обеспечиваемый расположением сопла 13 в объеме между двумя пластинами 8, дном 11 скважины 2 к поверхности 16 корпуса 15, существенно благоприятствует удалению из забоя осколков породы, разрушенной различными резцами 10 и элементами 33, 34, 133 и 134.

На фиг. 1 в плоскости сечения, проходящей через ось вращения 6, видно, что поверхность переднего конца 16 имеет наиболее переднюю точку 301, располагающуюся в непосредственной близости от выбуриваемого керна 4, и начиная от этой наиболее передней точки 301, определяется кривая 201, которая в соответствии с предлагаемым изобретением постепенно, и выступая наружу, проходит в направлении назад по корпусу 5, удаляясь от оси вращения 6, чтобы в конечном счете плавно перейти в наружную боковую поверхность 9. Кроме того, между этой наиболее передней точкой 301 и отклоняющим выходом 15 в предпочтительном варианте предусмотрено, что кривая 301 образует впадину или углубление 401 и располагающееся, например, точно в месте расположения выхода 15 поднятие или горб 402. Реализация поверхности переднего конца 16 обеспечивается, например, вращением кривой 201, определенной таким образом, вокруг оси вращения 6 между двумя пластинами 8, ограничивающими эту поверхность 16. Это может быть применено всякий раз между двумя последовательными пластинами 8.

Вид поверхности 16, задаваемый положением наиболее передней точки 301, благоприятствует удалению частиц разрушенной породы от буровой коронки 1 и от основания выбуриваемого керна 4, причем углубление 401 задействовано в этом удалении.

Представленная на фиг.1 геометрия передней поверхности буровой коронки 1 позволяет выполнять разведочное бурение более быстрыми темпами при том же самом весе колонны бурильных труб, что и при использовании обычных кольцевых буровых коронок. Действительно, были выполнены сравнительные испытания разведочного бурения, выполняющегося посредством буровой коронки 1 в соответствии с описанной выше (фиг.1), и разведочного бурения, выполняющегося посредством обычной буровой коронки. Эти испытания доказали весьма благоприятное функционирование предложенной данным изобретением буровой коронки 1.

В первом случае речь идет об образованиях породы либо эоцена, либо эоцена и палеоцена, то есть пород, примерно одинаково сопротивляющихся бурению. Для обычных буровых коронок средняя часовая проходка, проводившаяся по семи разведочным скважинам, составила 7,7 м, тогда как для буровых коронок 1 в соответствии с предлагаемым изобретением эта средняя часовая проходка, проводимая по двум разведочным скважинам, составила 16,18 м.

Во втором случае речь идет о песчаных образованиях юрского периода. Для других буровых коронок обычного типа средняя часовая проходка, проводимая по одиннадцати разведочным скважинам, составила 4,07 м, тогда как для буровых коронок 1 в соответствии с предлагаемым изобретением при том же качестве используемых резцов эта средняя часовая проходка, проводимая по двум разведочным скважинам, составила 19,6 метра.

Следует иметь в виду, что предлагаемое изобретение совершенно не ограничивается описанными здесь формами его практической реализации и что в эти формы могут быть внесены соответствующие модификации, не выходящие за рамки предлагаемого изобретения.

Так, вместо резцов 10 цилиндрического сечения, представленных здесь в качестве примера, можно использовать кубические резцы.

Кроме того, для отделения выбуриваемого керна от промывочной жидкости можно устроить, например, переднюю кромку 23 на внутреннем элементе 20 таким образом, чтобы получить зону, внутренней диаметр которой практически равен внутреннему диаметру внутренней цилиндрической поверхности 35.

И еще, пластины 8 могут быть выполнены не сплошными или могут быть заменены, например, штырями, несущими на себе резцы 10, 10б, 10c.

С другой стороны, как показывает пример, приведенный на фиг.1 и фиг.2, участки поверхности переднего конца 16, заключенные между двумя пластинами 8, располагающимися последовательно друг за другом, образуют с этими пластинами девять одинаковых угловых секторов, отделенных друг от друга этими пластинами 8 таким образом, что поведение промывочной жидкости и выносимых ею частиц разрушенной буровой коронкой породы практически одинаково при переходе от одного сектора к другому на дне 11 данной разведочной скважины. Эта особенность может помешать смешиванию промывочной жидкости с частицами породы между двумя секторами в передней части буровой коронки 1 и может, таким образом, исключить обратное движение частиц породы, которые перемещаются каждый раз между двумя пластинами 8 для их быстрого удаления со дна 11 скважины и выноса на поверхность, за пределы разведочной скважины.

Формула изобретения

1. Кольцевая буровая коронка, содержащая корпус, выполненный с возможностью вращения относительно оси вращения, расположенные на корпусе по меньшей мере в его передней части пластины, множество резцов, установленных вдоль каждой пластины и имеющих каждый режущую кромку, причем совокупность этих режущих кромок образует воображаемую огибающую, расположенную вокруг выбуриваемого керна, сопла, которые подают на забой струи промывочной жидкости и которые открываются в передней части корпуса, по меньшей мере одно сопло имеет выход, отклоняющий струю промывочной жидкости наискось вперед по отношению к оси вращения корпуса коронки, в сторону от выбуриваемого керна, отличающаяся тем, что выходная часть сопла расположена под углом, который составляет предпочтительно более 45^o.

2. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что выходная часть сопла расположена под углом, который составляет предпочтительно более 50^o.

3. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что отклоняющее сопло имеет выход между двумя пластинами так, чтобы создать эффект срыва струи промывочной жидкости, располагающейся в непосредственной близости от выбуриваемого керна и/или буровой коронки.

4. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что для отклонения струи промывочной жидкости сопло имеет на своем выходе ориентированный изгиб.

5. Коронка по пп. 1 4, отличающаяся тем, что сопло содержит по меньшей мере одну дополнительную деталь для отклонения струи, причем дополнительная деталь предпочтительно изготовлена из материала, обладающего более высокой стойкостью к абразивному износу, чем материал буровой коронки, и предпочтительно она изготовлена из спеченного карбида.

6. Коронка по пп. 1 5, отличающаяся тем, что она снабжена закрепленным к колонне буровых труб или штанг полым элементом захвата выбуриваемого керна, расположенным внутри корпуса с возможностью образования по отношению к корпусу зазора вокруг керна для прохода промывочной жидкости, предпочтительно в непосредственной близости от резцов, причем расход промывочной жидкости через этот зазор составляет менее 25% полного расхода жидкости, которая протекает через этот зазор и через сопла.

7. Коронка по п. 6, отличающаяся тем, что расход промывочной жидкости через проходной зазор не превышает 10% полного расхода, а в предпочтительном варианте не превышает 5% этого полного расхода.

8. Коронка по пп. 6 и 7, отличающаяся тем, что полый элемент выполнен цилиндрической формы и с вытянутой в осевом направлении кольцевой передней кромкой, а корпус выполнен с кольцевой канавкой, в которой расположена кольцевая передняя кромка полого элемента с тем, чтобы зазор для промывочной жидкости, поступающей через пространство между корпусом буровой коронки и внутренним полым элементом, имел в плоскости сечения, проходящей через ось вращения, U-образную форму.

9. Коронка по п. 8, отличающаяся тем, что на полом элементе в месте соединения с ним кольцевой передней кромки выполнен кольцевой уступ, расположенный с внутренней стороны полого элемента, а на корпусе выполнена внутренняя кромка со стороны кольцевой канавки, противолежащая кольцевому уступу, причем противолежащие грани кольцевого уступа и внутренней кромки выполнены плоскими и расположены перпендикулярно к оси вращения.

10. Коронка по п. 9, отличающаяся тем, что расстояние между передним концом кольцевой передней кромки полого элемента и дном кольцевой канавки корпуса равно менее 12 мм, или предпочтительно менее 9 мм, или в наиболее благоприятном варианте не превышает 8 мм, или не менее 5 мм.

11. Коронка по пп. 1 10, отличающаяся тем, что резцы расположены на каждой пластине так, что соединяющая их огибающая линия имеет в диаметральной плоскости сечения корпуса вершину, направленную в сторону направления бурения, и криволинейный участок, который отходит от вершины в сторону от оси вращения корпуса и в противоположную сторону по отношению к направлению бурения.

12. Коронка по п. 11, отличающаяся тем, что криволинейный участок огибающей имеет отрезок с относительно малым наклоном, касательная к которому параллельна оси вращения корпуса.

13. Коронка по пп. 1 10, отличающаяся тем, что огибающая имеет в диаметральной плоскости сечения корпуса криволинейный участок, который отходит от вершины в направлении к оси вращения корпуса и в противоположную сторону по отношению к направлению бурения, причем криволинейный участок имеет отрезок, расположенный по меньшей мере в непосредственной близости от вершины и имеющий относительно небольшой наклон к перпендикуляру, проведенному к оси вращения корпуса.

14. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что более трети криволинейного участка огибающей выполнена прямолинейной или искривленной в направлении передней части корпуса.

15. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что резец, наиболее удаленный от оси вращения корпуса, выполнен с дополнительной режущей кромкой, расположенной параллельно оси вращения корпуса.

16. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна пластина выполнена в виде части цилиндра, расположенного соосно с корпусом, и армирована элементами, устойчивыми к абразивному износу для направления буровой коронки в скважине, причем эти устойчивые к абразивному износу элементы могут быть установлены с возможностью содействия резцам при разрушении породы.

17. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что резец, наиболее близкий к оси вращения корпуса, выполнен с дополнительной режущей кромкой, расположенной параллельно оси вращения корпуса.

18. Коронка по пп. 1 17, отличающаяся тем, что корпус выполнен по меньшей мере с одним соосным гладким участком внутренней цилиндрической поверхности.

19. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что участок поверхности передней части корпуса, расположенный между соседними пластинами, образует в диаметральной плоскости сечения корпуса кривую, вершина которой направлена в сторону направления бурения и расположена в непосредственной близости от керна, а последующая часть кривой, которая отходит от вершины в сторону от оси вращения корпуса и в противоположную сторону по отношению к направлению бурения, соединяется с наружной боковой поверхностью корпуса и имеет предпочтительно вогнутый участок, расположенный между вершиной и выходной частью рядом расположенного сопла, касательная к которому перпендикулярна оси вращения корпуса.

20. Коронка по п. 19, отличающаяся тем, что внутренний цилиндрический участок снабжен направляющими и калибрующими элементами, обеспечивающими шлифовку наружной поверхности выбуриваемого керна.

21. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что участки поверхности корпуса, расположенные между соседними пластинами, образуют с этими пластинами равные между собой сектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5