Способ бурения скважин

Изобретение относится к способу бурения скважин и может быть использовано в горном деле для бурения скважин с некруглым поперечным сечением, преимущественно при ведении буровзрывных работ на карьерах для дробления горной породы. В способе бурения скважин используют долото, содержащее корпус с шарошками, имеющими конусную поверхность, образованную периферийным зубчатым и/или штыревым вооружением с одинаковым количеством породоразрушающих элементов и с одинаковым шагом их расстановки на каждой шарошке, развертка которых на поверхность забоя в проекции на поперечное сечение является такой частью фигуры, которая по площади и форме является половиной либо 2/3 частью всего некруглого поперечного сечения скважины либо состоит из трех равных по площади и форме частей соответственно, производят забуривание скважины, заключающееся в том, что на корпус долота передают осевое усилие и крутящий момент до момента образования на забое зубчатой рейки, затем долото приподнимают над забоем и шарошки ориентируют по отношению к симметричному их положению относительно оси вращения долота поворотом вокруг их оси, и продолжают бурение. Шарошки ориентируют таким образом, что при продолжении бурения развертка конусной поверхности на поверхность забоя как минимум одной из шарошек в проекции на поперечное сечение скважины повернута относительно разверток других шарошек на угол, кратный центральному углу между лунками зубчатой рейки. Технический результат заключается в обеспечении бурения скважины, имеющей поперечное сечение с элементами вогнутой с внешней стороны формы для выраженных концентраторов напряжений, что при взрывных работах обеспечит большую направленность зарождения первоначальных трещин. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение может быть использовано в горном деле для бурения скважин с некруглым поперечным сечением, преимущественно при ведении буровзрывных работ на карьерах для дробления горной породы.

Известен способ бурения круглой в поперечном сечении скважины шарошечным долотом для буровзрывных работ на карьерах, заключающийся в том, что производят забуривание скважины, для чего сначала включают вращение шпинделя и подачу сжатого воздуха, после чего долото медленно подводят к забою, а затем производят дальнейшее бурение с реализацией рабочей осевой нагрузки, вращения и подачи сжатого воздуха (Сафохин М.С., Катанов Б.А. Машинист бурового станка на карьере. Учеб. для проф.-тех. училищ. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1984. - С.147).

Недостатком данного способа является возможность бурения скважины только с круглым поперечным сечением, поэтому при взрывных работах направление зарождения первоначальных трещин непрогнозируемо.

Известен способ бурения скважины с некруглым поперечным сечением, заключающийся в том, что производят забуривание путем передачи на корпус долота осевого усилия и крутящего момента до тех пор, пока не образуется на забое зубчатая рейка, затем долото приподнимают над забоем и шарошки ориентируют по отношению к симметричному их положению относительно оси вращения долота поворотом вокруг их оси и продолжают бурение (патент РФ на полезную модель №116563, МПК Е21В 10/14, опубл. 21.05.2012, бюл. №15). Вследствие того, что развертка конусной поверхности шарошек, образованной периферийным зубчатым и/или штыревым вооружением, на поверхность забоя, в проекции на поперечное сечение, является такой частью фигуры, образованной поперечным сечением скважины, которая по площади и форме является половиной либо 2/3 частью всего некруглого поперечного сечения скважины либо состоит из трех равных по площади и форме частей соответственно, калибрующая кромка каждой шарошки, перекатываясь по забою, многократно воспроизводит одинаковую форму поперечного сечения скважины с центральной симметрией, либо состоящую из трех равных по площади и форме частей соответственно.

Недостатком данного способа бурения скважины является возможность образования поперечного сечения скважины без элементов вогнутой с внешней стороны формой, сопряжения которых могут образовывать более выраженные концентраторы напряжений, а значит, при взрывных работах обеспечивать большую направленность зарождения первоначальных трещин.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение бурения скважины, имеющей поперечное сечение с элементами вогнутой с внешней стороны формы для обеспечения более выраженных концентраторов напряжений.

Технический результат достигается тем, что в способе бурения скважины, в котором используют долото, содержащее корпус с шарошками, имеющими конусную поверхность, образованную периферийным зубчатым и/или штыревым вооружением с одинаковым количеством породоразрушающих элементов и с одинаковым шагом их расстановки на каждой шарошке, развертка которых на поверхность забоя в проекции на поперечное сечение является такой частью фигуры, которая по площади и форме является половиной либо 2/3 частью всего некруглого поперечного сечения скважины либо состоит из трех равных по площади и форме частей соответственно, производят забуривание скважины, заключающееся в том, что на корпус долота передают осевое усилие и крутящий момент до момента образования на забое зубчатой рейки, затем долото приподнимают над забоем и шарошки ориентируют их расположение между собой и продолжают бурение, согласно изобретению шарошки ориентируют таким образом, что при продолжении бурения развертка конусной поверхности на поверхность забоя как минимум одной из шарошек, в проекции на поперечное сечение скважины, повернута относительно разверток других шарошек на угол, кратный центральному углу между лунками зубчатой рейки. Это способствует тому, что развертка конусной поверхности шарошек на поверхность забоя при бурении имеет положение повернутое друг относительно друга, а значит, их внешние относительно центра вращения корпуса стороны образуют углы, не совпадающие друг с другом, и происходит образование скважины с невыпуклой формой поперечного сечения.

Заявленное изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена развертка боковой поверхности двух шарошек в проекции на поперечное сечение скважины с небольшим углом поворота развертки, в пределах центрального угла скругления квадратной формы; на фиг.2 - поперечное сечение скважины, образованное при угле поворота развертки, в пределах центрального угла скругления квадратной формы, показанном на фиг.1; на фиг.3 - развертка боковой поверхности двух шарошек в проекции на поперечное сечение скважины с углом поворота развертки 45 градусов, в пределах центрального угла скругления квадратной формы; на фиг.4 - поперечное сечение скважины, образованное при угле поворота развертки, в пределах центрального угла скругления квадратной формы, показанном на фиг.3.

Способ бурения скважин заключается в том, что используют долото (на чертежах не показано), содержащее корпус с шарошками, имеющими конусную поверхность, образованную периферийным зубчатым и/или штыревым вооружением с одинаковым количеством породоразрушающих элементов и с одинаковым шагом их расстановки на каждой шарошке. Развертки 1 и 2 шарошек на поверхность забоя в проекции на поперечное сечение скважины являются такой частью фигуры, которая по площади и форме является половиной либо 2/3 частью всего некруглого поперечного сечения скважины, либо состоит из трех равных по площади и форме частей соответственно. Например, на фиг.1 и 2 показаны развертки шарошек 1 и 2 на поверхность забоя, в проекции на поперечное сечение скважины, являющиеся частью фигуры, которая по площади и форме является половиной всего некруглого поперечного сечения скважины.

В качестве долота используют, например, режуще-шарошечное буровое долото по пат. РФ на полезную модель №116563.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Производят забуривание скважины, заключающееся в том, что на корпус долота передают осевое усилие и крутящий момент до момента образования на забое зубчатой рейки 3. Зубчатая рейка 3 образуется с центральным углом, а между ее лунками (фиг.1 и 3), величина которого зависит от шага расстановки зубьев и/или штырей на периферийном вооружении шарошек и не изменяется в процессе бурения. У всех шарошек периферийное вооружение при перекатывании попадает в лунки зубчатой рейки 3, это гарантируется тем, что периферийное вооружение выполнено с одинаковым количеством породоразрушающих элементов и с одинаковым шагом их расстановки на каждой шарошке. Устойчивость зубчатой рейки 3 в процессе бурения доказана экспериментально (Симонов В.В., Выскребцов В.Г. Работа шарошечных долот и их совершенствование. - М.: Недра, 1975).

Затем долото приподнимают над забоем и шарошки ориентируют по отношению к симметричному их положению относительно оси вращения долота поворотом вокруг их оси таким образом, что при продолжении бурения развертка 1 или 2 конусной поверхности на поверхность забоя как минимум одной из шарошек в проекции на поперечное сечение скважины повернута относительно разверток других шарошек на угол φ, кратный центральному углу α между лунками зубчатой рейки. Фиксирование шарошек в заданном положении происходит благодаря моменту трения в опорах шарошек либо, например, при помощи срезного клина, устанавливаемого между шарошками.

Далее продолжают бурение, для этого долото опускают на забой, приводя в контакт с ним вооружение шарошек, затем прикладывают осевое усилие и крутящий момент. Боковые грани впадин зубчатой рейки 3 имеют острый угол относительно оси скважины, поэтому в случае неточности ориентирования шарошек между собой зуб и/или штырь периферийного вооружения шарошек, контактирующий с забоем при опускании корпуса долота, проскользит по боковой наклонной поверхности гребня лунки зубчатой рейки 3 и окажется на ее дне.

На фиг.1 показан вариант, в котором угол поворота между шарошками такой, что при продолжении бурении развертка конусных поверхностей шарошек на поверхность забоя смещена друг относительно друга на угол φ, соответствующий центральному углу α между лунками зубчатой рейки 3 и являющийся в данном случае минимальным (фиг.1).

На фиг.3 показан вариант, в котором угол поворота между шарошками такой, что развертка конусных поверхностей шарошек на поверхность забоя смещена друг относительно друга на угол φ, равный 45 градусов.

Во всех случаях, например показанных на фиг.1 и 3, угол φ кратен углу α.

Вследствие того, что развертки 1 и 2 конусной поверхности, образованной периферийным вооружением каждой шарошки, на поверхность забоя являются такой частью фигуры, образованной поперечным сечением скважины, которая по площади и форме является частью некруглого поперечного сечения скважины, калибрующая кромка каждой шарошки, перекатываясь по забою, многократно воспроизводит одинаковую форму поперечного сечения скважины, но смещенную поворотом в поперечном сечении на угол φ (фиг.1 и 3), а результирующая форма поперечного сечения скважины имеет элементы вогнутой с внешней стороны формы (фиг.2 и 3), которые образовывают более выраженные концентраторы напряжений, а значит, при взрывных работах обеспечивается большая направленность зарождения первоначальных трещин.

Способ бурения скважин, в котором используют долото, содержащее корпус с шарошками, имеющими конусную поверхность, образованную периферийным зубчатым и/или штыревым вооружением с одинаковым количеством породоразрушающих элементов и с одинаковым шагом их расстановки на каждой шарошке, развертка которых на поверхность забоя в проекции на поперечное сечение является такой частью фигуры, которая по площади и форме является половиной либо 2/3 частью всего некруглого поперечного сечения скважины либо состоящего из трех равных по площади и форме частей соответственно, производят забуривание скважины, заключающееся в том, что на корпус долота передают осевое усилие и крутящий момент до момента образования на забое зубчатой рейки, затем долото приподнимают над забоем и шарошки ориентируют по отношению к симметричному их положению относительно оси вращения долота поворотом вокруг их оси, и продолжают бурение, отличающийся тем, что шарошки ориентируют таким образом, что при продолжении бурения развертка конусной поверхности на поверхность забоя как минимум одной из шарошек в проекции на поперечное сечение скважины повернута относительно разверток других шарошек на угол, кратный центральному углу между лунками зубчатой рейки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для бурения скважин с помощью инструмента, содержащего несколько шарошек с избирательным по углу их поворота воздействием на забой.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам для бурения пород различной твердости. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота путем снижения затрат мощности на разрушение и удаление разрушенной породы из выемки, образованной рабочей частью каждого зуба вооружения.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, установленные на них многоконусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, периферийные из которых расположены наклонно относительно продольной оси шарошки, и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, преимущественно для работы по мягким и средней твердости породам. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них шарошки с фрезерованными или с литыми зубьями, и промывочные узлы.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, установленные на них с наклонно расположенными относительно их образующих конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Обеспечивает повышение эффективности работы долота за счет более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство.

Изобретение относится к вооружению породоразрушающего инструмента, применяемому в бурении скважин, а именно к зубкам шарошечных долот. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения непроницаемых горных пород путем выравнивания гидростатического давления в зоне разрыва горной породы перед зубком.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Техническим результатом является увеличение механической скорости бурения.

Группа изобретений относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота и способа крепления вставок в отверстиях корпуса. Буровое долото содержит корпус с отверстиями, в которых закреплены твердосплавные вставки с цилиндрическими хвостовиками. Между стенками отверстий и наружной поверхностью хвостовиков вставок размещены втулки из упругого материала, выполненные в виде стакана с отверстием на дне, при этом вставки выполнены со ступенчатым хвостовиком, высота ступени меньшего диаметра которого не менее толщины дна стакана, а диаметр этой ступени соответствует диаметру отверстия на дне стакана. Торец нижней ступени каждого хвостовика может быть выполнен со сферическим выступом, а дно отверстия под вставки в корпусе - с ответной впадиной. Способ крепления вставок бурового долота включает запрессовку их цилиндрических хвостовиков в отверстиях корпуса долота, причем между стенками отверстий и наружной поверхностью хвостовиков вставок размещают втулки из упругого материала, которые перед запрессовкой хвостовиков растягивают в продольном направлении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота. Предложенное долото содержит корпус с отверстиями, в которых закреплены твердосплавные вставки с хвостовиками. Особенность заявленного долота по первому варианту заключается в том, что отверстия в корпусе и хвостовики вставок выполнены в вертикальной плоскости соответственно в виде прямого и обратного конусов с углами при вершине 2-20°, при этом образующиеся между их боковыми поверхностями полости имеют в нижней части форму прямого конуса и служат для размещения втулок из эластичного материала, каждая из которых выполнена с полостью, заполняемой в рабочем положении несжимаемой жидкостью. По второму варианту особенность долота заключается в том, что боковые стенки отверстий в корпусе и хвостовики вставок выполнены с кольцевыми канавками, смещенными в вертикальной плоскости от дна отверстий и торца хвостовиков и образующими совместно тороидальную полость для размещения втулок из эластичного материала, каждая из которых выполнена с полостью, заполняемой в рабочем положении несжимаемой жидкостью. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения (РТБ) шарошечного типа. Технический результат заключается в повышении проходки и механической скорости бурения способом РТБ. Долото для РТБ содержит корпус с наклонными цапфами, на которых закреплены шарошки с периферийными, вершинными и промежуточными венцами, оснащенными фрезерованным, литым или твердосплавным зубчатым вооружением. Все венцы шарошек выполнены с разнонаправленными относительно оси шарошки зубьями. Периферийные венцы имеют противоположно направленный угол наклона зубьев по сравнению с углами наклона зубьев других венцов. Крутящие моменты, создаваемые одновременно проскальзывающими наклонными зубьями периферийных и остальных венцов на каждой шарошке, в момент ее максимального осевого скольжения, обусловленного вращением агрегата РТБ, когда ее ось вращения располагается вдоль направления вращения агрегата РТБ, связаны определенным соотношением. 4 ил.

Изобретение относится к шарошечным долотам для бурения скважин по мягким и средней твердости породам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Буровое шарошечное долото включает полый корпус, образованный лапами с наклонными цапфами, на которых установлены конические шарошки с косыми фрезерованными или литыми зубьями, и промывочный узел. Лапы долота выполнены с наклонными сквозными шламовыми каналами, соединяющими надшарошечную полость с затрубным пространством, а центральная часть долота снабжена эжекционными патрубками, выходные концы которых размещены в полости сквозных шламовых каналов, а входные концы - в полости корпуса долота. Угол наклона зубьев α по отношению к образующей шарошки и угол наклона шламового канала β по отношению к оси вращения долота связаны между собой определенным соотношением, причем меньшее значение угла наклона шламового канала β соответствует большим значениям угла наклона зубьев α и скорости вращения долота. 1 ил.

Группа изобретений относится к гибридным буровым долотам. Технический результат заключается в обеспечении работы с уменьшенным трекингом и повышенной эффективностью бурения. Гибридное буровое долото, выполненное с формированием калибрующей области, области перегиба, носовой и конусной областей, включает корпус долота, имеющий продольную центральную ось; по меньшей мере одну лопасть, отходящую от корпуса долота; первую и вторую лапы, отходящие от корпуса долота; первую шарошку, которая закреплена с возможностью вращения на первой лапе, отходя внутрь в направлении центральной оси, и которая имеет несколько режущих элементов в области перегиба или носовой области; вторую шарошку, которая закреплена с возможностью вращения на второй лапе, отходя внутрь в направлении центральной оси, и которая имеет несколько режущих элементов в области перегиба или носовой области; и при этом первая шарошка имеет наибольший наружный диаметр в области перегиба или носовой области, который больше наибольшего наружного диаметра второй шарошки в области перегиба или носовой области. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения шарошечного типа. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус, лапы с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с калибрующими, основными и вершинными зубьями и промывочной системой. Каждая шарошка долота представляет собой одноконусную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата. Торцевые грани калибрующих, основных и вершинных зубьев выполнены вогнутой формы, с определенными радиусами кривизны. 3 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к шарошечным долотам для реактивно-турбинного бурения. Технический результат заключается в повышении проходки и механической скорости бурения. Долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус с лапами, на цапфах которых установлены шарошки с основными и смещенными относительно них в сторону оси цапфы периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, боковые поверхности которых ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее основного венца. Каждая шарошка долота представляет собой конусообразную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата, при этом каждая шарошка долота выполнена с вершинным венцом, имеющим одинаковый угол конусности с основными венцами и одинаковую с ними высоту вылета твердосплавных зубков, установленных под острым углом к оси вращения долота. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, в частности к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Технический результат заключается в равномерном распределении контактных давлений вдоль всего хвостовика зубка, уменьшении смятия-среза поверхности гнезда при запрессовке зубка. Зубок бурового долота состоит из хвостовика с выпуклой образующей и выпуклой породоразрушающей части. Выпуклая образующая хвостовика зубка выполнена так, что середина хвостовика имеет диаметр D, превышающий диаметры на его концах на величину δ=(0,3-0,4)Δ, где Δ – расчетный диаметральный натяг хвостовика зубка в гнезде шарошки. Выпуклая образующая хвостовика зубка может быть выполнена по определенным дуге окружности, ломаной линии или логарифмической кривой. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечно-дисковых долот, предназначенных для бурения взрывных скважин в горнорудной, нефтяной и газовой промышленности и в строительстве дорог, каналов, трубопроводов. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Буровое долото режуще-вращательного типа содержит корпус с ниппелем и продувочными каналами, режущие элементы с двумя рядами твердосплавного вооружения. Режущие элементы выполнены с углом поворота в сторону вращения на 10°, с двумя различными диаметрами вооружения, определяемыми конкретным соотношением в зависимости от ширины дискового элемента и угла наклона твердосплавных зубков в пределах 30-50°. 1 табл.,3 ил.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, а именно к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Технический результат заключается в снижении концентрации контактных давлений на концах хвостовика, уменьшении смятия-среза поверхности гнезда при запрессовке зубка и увеличении коэффициента использования твердого сплава. Зубок шарошечного долота состоит из цилиндрического хвостовика с коническо-сферической выемкой со стороны плоского торца и сферической или коническо-сферической породоразрушающей выпуклой части с другого конца. Выемка имеет максимальный диаметр конической части на торце зубка d=(0,60-0,75)D, глубину выемки h=d(hц/D)0.5, угол конуса α=10°-14°, радиус вогнутой сферы r=(0,42-0,48)d, где D – наружный диаметр цилиндрического хвостовика зубка, hц – высота цилиндрической части хвостовика. 2 ил.

Изобретение относится к способу бурения скважин и может быть использовано в горном деле для бурения скважин с некруглым поперечным сечением, преимущественно при ведении буровзрывных работ на карьерах для дробления горной породы. В способе бурения скважин используют долото, содержащее корпус с шарошками, имеющими конусную поверхность, образованную периферийным зубчатым иили штыревым вооружением с одинаковым количеством породоразрушающих элементов и с одинаковым шагом их расстановки на каждой шарошке, развертка которых на поверхность забоя в проекции на поперечное сечение является такой частью фигуры, которая по площади и форме является половиной либо 23 частью всего некруглого поперечного сечения скважины либо состоит из трех равных по площади и форме частей соответственно, производят забуривание скважины, заключающееся в том, что на корпус долота передают осевое усилие и крутящий момент до момента образования на забое зубчатой рейки, затем долото приподнимают над забоем и шарошки ориентируют по отношению к симметричному их положению относительно оси вращения долота поворотом вокруг их оси, и продолжают бурение. Шарошки ориентируют таким образом, что при продолжении бурения развертка конусной поверхности на поверхность забоя как минимум одной из шарошек в проекции на поперечное сечение скважины повернута относительно разверток других шарошек на угол, кратный центральному углу между лунками зубчатой рейки. Технический результат заключается в обеспечении бурения скважины, имеющей поперечное сечение с элементами вогнутой с внешней стороны формы для выраженных концентраторов напряжений, что при взрывных работах обеспечит большую направленность зарождения первоначальных трещин. 4 ил.

Наверх