Буровое шарошечное долото

 

Изобретение относится к бурению скважин с применением шарошечных гидромониторных долот. Буровое шарошечное долото содержит лапы с цапфами, установленные на них посредством подшипников шарошки с породоразрушающими венцами, армированными твердосплавными зубками или фрезерованными зубьями, размещенные на корпусе долота три и более гидромониторных насадки для формирования струй. Все шарошки, кроме одной, выполнены усеченными, имеющими только периферийные венцы. Для обеспечения непосредственного воздействия струй на забой скважины по всему радиусу забоя насадки размещены в корпусе долота так, что ось струи, сформированной первой насадкой, ориентирована так, что точка пересечения оси струи с поверхностью забоя совпадает со средней окружностью кольцевого канала разрушения от вершинного венца шарошки, второй насадкой совпадает со средней окружностью кольцевого канала разрушения от периферийных венцов всех шарошек. Оси струй остальных насадок равномерно распределены между первой и второй насадками. Повышается надежность работы долота и его производительность, т.к. повышается скорость бурения за счет эффективного использования энергии гидромониторных струй. 2 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин с применением шарошечных гидромониторных долот.

Известны шарошечные гидромониторные долота, например трехшарошечные, у которых все насадки для формирования струй размещены в корпусе долота так, что струи воздействуют только на периферийную часть забоя, причем точки пересечения осей струй с поверхностью забоя находятся на одной окружности: симметричны относительно оси долота [1]. Шарошки таких долот снабжены, как правило, тремя (или более) венцами с породоразрушающими элементами - твердосплавными зубками или фрезерованными зубьями, а вершины шарошек сходятся в центральной части долота.

Недостатком таких долот является то, что тела шарошек перекрывают практически все сечение скважины, за исключением ограниченных зазоров между шарошками на периферийной части забоя. В результате становится конструктивно невозможным обеспечить непосредственное воздействие гидромониторных струй на всю поверхность забоя.

Исследования механизма очистки забоя от выбуренной породы при бурении гидромониторными долотами показали [2], что отделение частиц породы от забоя происходит под воздействием обратных фильтрационных потоков, инициированных действием на породу вращающихся вместе с долотом струй. Обратные фильтрационные потоки в породе возникают только в зоне непосредственного воздействия струй, обеспечивая не только отделение породы, но и создание благоприятной гидродинамической обстановки для разрушения ее вооружением шарошек путем уменьшения градиента давления в зоне предразрушения (вплоть до сохранения состояния депрессии). В результате существенно возрастает буримость пород, но только на периферии забоя скважины. В центральной части забоя, не испытывающей непосредственного воздействия струй, обратные фильтрационные потоки в породе не возникают и буримость породы не увеличивается. Следовательно, отсутствие непосредственного воздействия струй на центральную часть забоя является основной причиной, сдерживающей рост механической скорости бурения от применения высоконапорных струй.

Из изложенного следует, что если путем изменения конструкции долота будет обеспечено непосредственное воздействие струй на всю поверхность забоя, то произойдет существенное увеличение механической скорости бурения по сравнению с известными долотами и схемами промывки забоя скважины.

Целью настоящего изобретения является увеличение механической скорости бурения, достигаемое без увеличения забойной гидравлической мощности, затрачиваемой на очистку забоя.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом долоте, содержащем лапы с цапфами, установленные посредством подшипников шарошки с породоразрушающими венцами, армированные твердосплавными зубками или фрезерованными зубьями, все шарошки, кроме одной, первой, имеют усеченные шарошки, снабженные только периферийными венцами с породоразрушающими элементами. В результате между шарошками образуются зазоры, достаточные для размещения струй, воздействующих непосредственно на поверхность забоя по всему его радиусу, для чего три и более гидромониторных насадки, формирующие струи, установлены в корпусе долота таким образом, что струи размещаются от центра до периферии забоя на различных расстояниях от центра, причем ось струи, истекающей из первой насадки, совпадает со средней окружностью кольцевого канала разрушения от вершинного венца. Ось струи, истекающей из второй насадки, совпадает со средней окружностью кольцевого канала разрушения от периферийных венцов, а струи остальных насадок равномерно распределены между первой и второй насадками.

На фиг. 1 приведена схема видоизменения шарошек долота для создания зазоров между шарошками и обеспечения непосредственного воздействия струй на забой скважины; на фиг.2 - схема размещения четырех гидромониторных насадок в корпусе трехшарошечного долота, в плане.

На одной из лап шарошечного долота 1, снабженных цапфами 2, установлена шарошка с породоразрушающими венцами по контуру 3, а на остальных - усеченные шарошки 4 (выделены штриховкой), снабженные только периферийными венцами. В непосредственной близости от оси вращения долота установлена в корпусе долота первая насадка 5 таким образом, что ось сформированной ею струи 6 совпадает со средним радиусом кольцевого канала разрушения от вершинного венца.

На фиг. 2 приведена схема размещения четырех гидромониторных насадок (их может быть больше, но не менее трех) в корпусе трехшарошечного долота в плане (вид сверху). Все формируемые насадками струи размещены на различных расстояниях по радиусу забоя между первой шарошкой 3 и одной из усеченных шарошек 4 (возможно размещение части струй в других зазорах между шарошками).

При вращении долота точка пересечения оси струи, истекающей из первой насадки 5, с поверхностью забоя описывает окружность с радиусом r₁, совпадающую со средней окружностью кольцевого канала разрушения от вершинного венца; аналогичная точка от струи, истекающей из второй насадки 7, описывает окружность, совпадающую со средней окружностью кольцевого канала разрушения от периферийных венцов; аналогичные окружности от струй, истекающих из других насадок, соответственно с радиусами r₃ и r₄ распределяются равномерно между первой и второй насадками.

Вращаясь вместе с долотом вокруг оси скважины и воздействуя непосредственно на забой по всему радиусу забоя, струи инициируют обратные фильтрационные потоки по всей поверхности забоя и обеспечивают отделение частиц породы от забоя, создание благоприятных условий для последующего разрушения породы вооружением шарошек, повышая буримость пород по всему забою, чем обеспечивается увеличение механической скорости бурения без дополнительного увеличения гидравлической мощности струй.

Источники информации: 1. Масленников И.К. Буровой инструмент. (Справочник). - М.: Недра, 1989. - С. 54, рис. 2.1.17; с. 61, рис. 2.1.22; с. 64, рис. 2.1.24; с. 68, рис. 2.1.26.

2. Осипов П.Ф., Зелепукин В.И. Фильтрационные потоки на забое скважины при бурении гидромониторными долотами.//Нефтяное хозяйство. - 1986.- 9.-С. 32-34.

Формула изобретения

Буровое шарошечное долото, содержащее лапы с цапфами, установленные на них посредством подшипников шарошки с породоразрушающими венцами, армированными твердосплавными зубками или фрезерованными зубьями, размещенные на корпусе долота три или более гидромониторных насадки для формирования струй, отличающееся тем, что все шарошки, кроме одной, выполнены усеченными, имеющими только периферийные венцы, при этом для обеспечения непосредственного воздействия струй на забой скважины по всему радиусу забоя насадки размещены в корпусе долота так, что ось струи, сформированной первой насадкой, ориентирована так, что точка пересечения оси струи с поверхностью забоя совпадает со средней окружностью кольцевого канала разрушения от вершинного венца шарошки, второй насадкой - со средней окружностью кольцевого канала разрушения от периферийных венцов всех шарошек, а оси струй остальных насадок равномерно распределены между первой и второй насадками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2