Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости
Владельцы патента RU 2601709:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "БУРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" (RU)
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому для бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат заключается в возможности использования алмазных долот при бурении зон поглощения промывочной жидкости. Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости содержит цилиндрический корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, лопасти с алмазными резцами для разрушения породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов. В качестве резцов для разрушения породы использованы термостойкие алмазные резцы двойного прессования с минимальным количеством кобальта в верхнем слое, которые установлены на лопастях с отрицательным передним углом в пределах 15-20°, а каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки имеют проходной диаметр не менее 16 мм. 3 ил.
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому для бурения нефтяных и газовых скважин.
Известно лопастное долото [1], состоящее из корпуса и лопастей, которые армируются различными по интенсивности износа породоразрушающими элементами, при этом наиболее износостойкие породоразрушающие элементы из композитматериала PDC размещены на периферийной части лопасти, а менее износостойкие породоразрушающие элементы из твердого сплава ВК8 и ВК6 размещены соответственно в средней и центральной частях лопасти. Периферийные породоразрушающие элементы устанавливаются с отрицательным передним углом атаки по отношению к плоскости забоя, породоразрушающие элементы в средней части лопасти устанавливаются с нулевым углом атаки по отношению к плоскости забоя, породоразрушающие элементы в центральной части лопасти устанавливаются с положительным углом атаки по отношению к плоскости забоя скважины.
Недостатком данного долота является узкая область применения, а именно невозможность его применения при бурении зон поглощения промывочной жидкости.
В качестве прототипа выбрано буровое алмазное долото [2], содержащее корпус с промывочными каналами, рабочую головку и установленные в ней породоразрушающие элементы в виде закрепленных на державках алмазотвердосплавных режущих пластин с отрицательным углом установки, при этом углы установки изменяются по модулю при изменении расстояния от оси долота до точки режущей пластины, лежащей на образующей поверхности рабочей головки, так, что на периферии они равны углам установки, имеющим конкретные значения в зависимости от твердости разбуриваемых пород, а по мере приближения к оси долота увеличиваются по модулю соответственно уменьшению радиуса.
Недостатком данного долота является узкая область применения, а именно невозможность его применения при бурении зон поглощения промывочной жидкости.
Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении области применения алмазных долот, а именно использование данного типа долота при бурении зон поглощения промывочной жидкости.
Технический результат достигается тем, что буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости содержит цилиндрический корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, лопасти с алмазными резцами для разрушения породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов, при этом используются термостойкие алмазные резцы двойного прессования с минимальным количеством кобальта в верхнем слое, которые установлены на лопастях с отрицательным передним углом в пределах 15-20°, а каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки имеют проходной диаметр не менее 16 мм.
Сущность изобретения отражена на фиг. 1. Заявленное буровое алмазное долото, содержащее цилиндрический корпус 1 с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб 2, лопасти 3 с алмазными резцами 4, внутренние полости 5 и каналы для подачи промывочной жидкости к забою 6, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов 7.
При бурении скважин в интервалах высокопроницаемых и трещиноватых пород (Серпуховский, Фаменский ярусы и т.д), зачастую возникают осложнения, связанные с поглощением промывочной жидкости до полного отсутствия циркуляции. Такие зоны поглощения бурятся с пониженной подачей промывочной жидкости в пределах 16-22 л/с, т.к. в большинстве случаев в качестве промывочной жидкости используется дорогостоящий буровой раствор, который, если не снижать подачу промывочной жидкости, очень быстро расходуется путем его ухода в трещиноватые стенки скважины. К примеру, при нормальных условиях бурения под эксплуатационную колонну долотом 215,9 мм (без поглощения) подача промывочной жидкости осуществляется в пределах 32-35 л/с. В результате сниженной подачи, омывание и охлаждение алмазных резцов ограничено, в результате чего в зоне контакта режущей кромки резца и породы, возникает высокая температура, которая приводит к разрушению алмазных резцов. Это обстоятельство приводит к невозможности использования традиционных алмазных резцов при бурении зоны поглощения и алмазного долота в целом. В связи с этим в настоящее время при бурении зон поглощения в 100% случаев используется другой тип буровых долот, а именно трехшарошечные долота.
Для решения проблемы обеспечения работоспособности алмазных резцов в условиях ограниченного охлаждения в конструкции заявленного бурового алмазного долота предлагается использовать алмазные резцы двойного прессования. Алмазная часть у таких резцов слоеная и содержит минимальное количество кобальта в поверхностном алмазном слое, что позволяет ему быть термостойким и работать в сложных условиях при бурении зоны поглощения. Такие алмазные резцы имеют высокую стойкость к абразивному износу, а также, что очень важно при бурении трещиноватых пород зоны поглощения, имеют очень высокую ударную стойкость.
Также на стойкость алмазного резца (фиг. 2) и всего бурового алмазного долота влияет передний угол резца а (фиг. 3). Помимо этого, правильно подобранный передний угол позволяет существенно повысить механическую скорость бурения. В конструкции заявленного бурового алмазного долота используются отрицательные передние углы алмазных резцов в пределах 15-20 град. Такие значения углов являются оптимальными с точки зрения стойкости резцов и механической скорости при бурении алмазным долотом зон поглощения.
Еще одна проблема связана с тем, что при вскрытии и дальнейшем углублении по зоне поглощения производятся неоднократные прокачки пачек вязкоупругого состава (ВУС) с разнофракционным наполнителем для восстановления циркуляции. В ряде случаев перед вскрытием возможной зоны поглощения производится обработка всего объема циркулирующего бурового раствора крупно- и мелкодисперсным наполнителем (кордное волокно, резиновая крошка, ореховая скорлупа, опилки и т.д.) для мгновенного проникновения в зону поглощения при ее вскрытии. Нити кордного волокна достигают в длину от 30 до 50 мм, диаметр частиц резины от 7-10 мм. При приготовлении пачки ВУС содержание кордного волокна доводят до 70 кг/м3.
Для решения данной проблемы в конструкции заявленного бурового алмазного долота каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки, которые предохраняют канал от размыва, имеют проходной диаметр не менее 16 мм. При таких диаметрах наполнитель имеет возможность свободного прохождения через каналы, что исключает засорение каналов и повышение давления бурового раствора в колонне, которое может привести к аварийной ситуации и дорогостоящему ремонту буровой техники (например, бурового насоса).
Такие конструктивные особенности могут применяться в алмазных долотах с различным количеством лопастей (5-ти, 6-ти, 7-ми, 8-ми, 9-ти лопастные долота), а также с алмазными резцами различных диаметров (10 мм, 13 мм, 16 мм) в зависимости от твердости разбуриваемых пород при бурении зон поглощения на различных месторождениях.
Все указанные выше конструкционные особенности заявленного бурового алмазного долота позволяют расширить область применения алмазных долот, а именно успешно применять такие долота при бурении зон поглощения промывочной жидкости.
Пример. Изготовили 7-ми лопастное алмазное долото 0215,9 мм с термостойкими алмазными резцами 016 мм, с отрицательным передним углом на лопастях, равным 15 град., с семью каналами для подачи промывочной жидкости с проходным диаметром 16 мм и твердосплавными насадками с проходным диаметром 16 мм. Данное долото применяли при бурении зоны поглощения в интервалах высокопроницаемых и трещиноватах пород Серпуховского и Фаменского ярусов на скважине Западно-Коммунарского месторождения Самарской области. В результате бурения заявленным алмазным долотом были получены положительные результаты, связанные с недопущением потери циркуляции при бурении в зоне поглощения, т.к. бурение производилось с вводом в раствор крупнофракционного наполнителя. При этом, средняя механическая скорость при бурении выросла до 4 м/ч, что в два раза превышает механическую скорость, достигнутую при бурении с применением шарошечных долот. Применение алмазного долота в интервалах зоны поглощения позволило продолжить дальнейшее углубление скважины без дополнительных проработок, часто возникающих после бурения интервалов с применением шарошечных долот, т.к. в компоновке не применяется калибратор, что существенно позволило сократить сроки строительства скважины. Экономический эффект от применения заявляемого алмазного долота при бурении зоны поглощения на скважине Западно-Коммунарского месторождения составил 3 901,97 тыс.руб.
На фиг. 1 представлена схема бурового алмазного долота для бурения зоны поглощения промывочной жидкости.
На фиг. 2 показан угол резания резца α.
Используемая литература
1. Патент РФ №107544. Лопастное долото с комбинированным вооружением / Бей Ю.Н., Черкасов В.И. и др. Опубл. 20.08.2011, бюл. №23.
2. Патент РФ №2129646. Буровое алмазное долото / Гусман A.M., Барский И.Л., Левина А.Б., Мессер А.Г. Опубл. 27.04.1999.
Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости, содержащее цилиндрический корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, лопасти с алмазными резцами для разрушения породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов, отличающееся тем, что используются термостойкие алмазные резцы двойного прессования с минимальным количеством кобальта в верхнем слое, которые установлены на лопастях с отрицательным передним углом в пределах 15-20°, а каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки имеют проходной диаметр не менее 16 мм.
