Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому для бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат заключается в расширении области применения буровых алмазных долот, а именно в использовании данного типа долота при бурении зон поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины под установку профильного перекрывателя, а также в улучшении сбалансированности долота за счет уравновешивания сил резания. Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины содержит корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, выступающие над ним лопасти, оснащенные термостойкими алмазными резцами двойного прессования с минимальным количеством кобальта в верхнем слое, каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов с проходными диаметрами не менее 16 мм. Корпус долота имеет эксцентричную расширительную часть, на лопастях которой установлены алмазные резцы с отрицательным передним углом в пределах 20-25°. Алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса, имеют передний отрицательный угол в пределах 15-18°. Алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, не совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса долота, имеют передний отрицательный угол в пределах 12-15°. 2 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому для бурения нефтяных и газовых скважин.

Известно бицентричное буровое долото с продольной осью вращения [1], имеющее хвостовик с присоединительной резьбой, пилот, эксцентричный расширитель и подрасширитель, размещенный между пилотом и расширителем, оснащенное лопастями, на которых расположены режущие элементы, при этом лопасти пилота смещены относительно плоскости, проходящей через ось вращения и ось проходного диаметра на 20-80 град, лопасти подрасширителя относительно лопастей расширителя на 20-80 град, причем резцы на первой лопасти подрасширителя и второй лопасти пилота установлены на всей лопасти вплоть до калибрующей поверхности, а резцы на первой лопасти пилота и второй лопасти подрасширителя смещены от края калибрующей поверхности лопасти к оси долота на расстояние от 0,5 до 5 мм.

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 для бурения зоны поглощения промывочной жидкости [2], 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, 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 град, а каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки имеют проходной диаметр не менее 16 мм.

Недостатком данного долота является узкая область применения, а именно невозможность его применения при бурении зон поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины под установку профильного перекрывателя.

Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении области применения буровых алмазных долот, а именно использовании данного типа долота при бурении зон поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины под установку профильного перекрывателя, а также в улучшении сбалансированности долота за счет уравновешивания сил резания.

Технический результат достигается тем, что буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины содержит корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, выступающие над ним лопасти, оснащенные термостойкими алмазными резцами двойного прессования с минимальным количеством кобальта в верхнем слое, каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов с проходными диаметрами не менее 16 мм, при этом корпус долота имеет эксцентричную расширительную часть, на лопастях которой установлены алмазные резцы с отрицательным передним углом в пределах 20-25 град, а алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса, имеют передний отрицательный угол в пределах 15-18 град, алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, не совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса долота, имеют передний отрицательный угол в пределах 12-15 град.

Сущность изобретения отражена на фиг. 1(а-б). Заявленное буровое алмазное долото содержит пилотную часть корпуса 1 диаметром d, эксцентричную расширительную часть корпуса 2 с эксцентриситетом 1, которая при вращении долота формирует диаметр расширения d1, хвостовую (ниппельную) часть корпуса с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб 3, гидромониторные каналы для подачи промывочной жидкости к забою 4, твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов 5, а также алмазные резцы 6, установленные на лопастях пилотной и расширительной частях корпуса долота. Буровое алмазное долото имеет проходной диаметр d2, который соответствует диаметру скважины, в которую будет спущено данное долото для дальнейшего бурения с одновременным расширением. Пилотная и расширительная части, а также расширительная и хвостовая части корпуса соединены друг с другом посредством сварных соединений, соответственно 7 и 8.

При бурении скважин в интервалах высокопроницаемых и трещиноватых пород (Серпуховский, Фаменский ярусы и т.д.) зачастую возникают осложнения, связанные с частичным поглощением промывочной жидкости. 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. Помимо этого строительство значительного количества нефтяных и газовых скважин (особенно в Приволжско-Уральском округе) осложнено геологическими осложнениями, связанными с катастрофическими поглощением промывочной жидкости вплоть до полного отсутствия циркуляции. Ликвидация таких поглощений возможна исключительно установкой профильного перекрывателя, например ОЛКС-216.

В настоящее время при бурении зон поглощения в большинстве случаев используются трехшарошечные долота. После вскрытия зоны катастрофического поглощения промывочной жидкости с полным отсутствием циркуляции производят подъем инструмента. Далее проводят геофизические исследования, чтобы определить зону поглощения промывочной жидкости, а также интервал расширения ствола скважины под установку перекрывателя. Затем собирают компоновку с трехшарошечным долотом и лопастным расширителем и производят расширение ствола скважины, после чего спускают перекрыватель.

Применение данного изобретения позволит избежать лишних временных и других видов затрат, связанных с дополнительными операциями, так как бурение зоны поглощения промывочной жидкости сразу ведется буровым алмазным долотом с одновременным расширением ствола скважины. Если во время бурения поглощение частичное, то бурение ведется на буровом растворе с возможностью прокачки пачек вязкоупругого состава (ВУС) и добавлением в буровой раствор наполнителя. При получении катастрофического поглощения и отрицательного результата по восстановлению циркуляции дальнейшее бурение зоны поглощения производится на технической воде. После того как интервал зоны поглощения пробурен, производят спуск перекрывателя. Помимо этого применение заявленного бурового алмазного долота в осложненных условиях в сравнении с шарошечными долотами позволяет исключить риски разрушения бурового оборудования на забое и избежать аварии.

В результате сниженной подачи омывание и охлаждение алмазных резцов ограничено, поэтому 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.

Решается проблема обеспечения работоспособности алмазных резцов в условиях ограниченного охлаждения путем использования термостойких алмазных резцов двойного прессования [2]. 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.

Еще одна проблема связана с тем, что при вскрытии и дальнейшем углублении по зоне поглощения производятся неоднократные прокачки пачек 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.

Данная проблема решается за счет использования в долоте каналов для подачи промывочной жидкости и твердосплавных насадок диаметром не менее 16 мм [2]. 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).

Ввиду того, что проблему, связанную с катастрофическим поглощением промывочной жидкости (полное отсутствие циркуляции), нельзя решить путем применения алмазного долота, которое представлено в патенте [2], предлагается применить принципиально новую конструкцию бурового алмазного долота для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины под установку профильного перекрывателя, которая не только частично включает конструктивные признаки вышеуказанного алмазного долота, но и имеет принципиальные отличия, которые заключаются в следующем.

В заявленной конструкции долота все лопасти эксцентричной расширительной части, которые формируют нужный диаметр ствола скважины под установку перекрывателя, сосредоточены с одной стороны долота, причем их количество в несколько раз меньше чем количество лопастей пилотной части, в то время как нагрузка, приходящаяся на алмазные резцы расширительной части, гораздо выше нагрузки, которая приходится на алмазные резцы пилотной части. Кроме того, расширительная часть формирует диаметр скважины больше на 25% чем диаметр, который формирует пилотная часть. В связи с этим значения передних отрицательных углов установки алмазных резцов на лопастях расширительной части корпуса долота выбираются самыми большими в конструкции в пределах 20-25 град.

В результате наличия эксцентричной расширительной части создается серьезный дисбаланс сил резания при работе долота, что приводит к снижению стойкости долота и повышению его биения при работе, что, в свою очередь, нежелательно при бурении зон поглощения промывочной жидкости, так как может спровоцировать аварийную ситуацию, а именно обвал стенок скважины и прихват инструмента.

Для решения данной проблемы предлагается сбалансировать силы резания путем выбора рациональных передних отрицательных углов алмазных резцов, установленных на лопастях пилотной и расширительной частей корпуса долота.

Пилотная часть корпуса алмазного долота разделена на два сектора: сектор А с углом сектора α и сектор Б с углом сектора β (фиг. 2). В секторе А лопасти пилотной части корпуса долота совпадают в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса. На данных лопастях передние отрицательные углы алмазных резцов имеют значения в пределах 15-18 град. В секторе Б лопасти пилотной части корпуса долота не совпадают в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса долота. В данном секторе передние отрицательные углы алмазных резцов, установленных на лопастях, имеют значения в пределах 12-15 град.

Вышеупомянутые решения обосновываются тем фактом, что с увеличением угла резания уменьшается сила резания и повышается стойкость алмазного резца, и наоборот. Таким образом, повышенные силы резания со стороны расширительной части будут компенсированы повышенной силой резания, возникающей при работе алмазных резцов пилотной части с противоположной стороны от расширительной части долота.

Подбор рациональных передних отрицательных углов алмазных резцов расширительной и пилотной части корпуса долота проводили с использованием современных методов инженерного анализа при помощи программного пакета ANSYS. Адекватность данных моделирования была подтверждена экспериментально при бурении скважин.

Все указанные выше конструкционные особенности заявленного бурового алмазного долота позволяют, во-первых, расширить область применения алмазных долот, а именно эффективно применять такие долота при бурении зон поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины под установку профильного перекрывателя, во-вторых, улучшить сбалансированность долота за счет уравновешения сил резания.

Количество гидромониторных каналов в долоте, лопастей пилотной и расширительной части корпуса, а также расположенных на них алмазных резцов может меняться в зависимости от назначения долота, горно-геологических и технико-техлогических условий, а также от типа и размера бурового алмазного долота.

Пример

Изготовили боровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины со следующими параметрами: проходной диаметр долота d2 равен 215,9 мм, диаметр расширения d1 равен 240 мм, диаметр пилотной части корпуса d равен 180 мм; эксцентричная расширительная часть корпуса с эксцентриситетом 1, равным 12 мм, включает три режущие лопасти с термостойкими алмазными резцами диаметром 16 мм, установленными на лопастях с отрицательным передним углом, равным 24 град, также расширительная часть корпуса включает три гидромониторных канала для подачи промывочной жидкости с проходным диаметром 16 мм и твердосплавными насадками с проходным диаметром 16 мм; пилотная часть корпуса включает семь режущих лопастей с алмазными резцами диаметром 16 мм, три из которых находятся в секторе А, равным 125 град и совпадают в угловом положении с лопастями расширительной части, на данных лопастях алмазные резцы установлены с отрицательным передним углом, равным 18 град; на других четырех лопастях, которые находятся в секторе Б равным 172 град и не совпадают в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса, алмазные резцы установлены с отрицательным передним углом, равным 13 град; пилотная часть корпуса имеет семь гидромониторных каналов 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 Фаменского ярусов на скважине Верхне-Ветлянского месторождения Самарской обл. В результате бурения заявленным алмазным долотом были получены положительные результаты, связанные с бурением и одновременным расширением скважины под установку перекрывателя ОЛКС-216, что также позволило существенно сократить сроки строительства скважины, а также качественно сформировать ствол под установку перекрывателя. Полученные положительные результаты доказывают эффективность применения заявленного бурового алмазного долота при бурении зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины под установку перекрывателя.

На фиг. 1(а-б) представлена схема бурового алмазного долота для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины.

На фиг. 2 показана схема разбиения пилотной части корпуса алмазного долота на секторы.

Используемая литература

1. Патент РФ №2361999. Бицентричное буровое долото / Ищбаев Г.Г.,. Балута А.Г., Шарипов А.Н. Опубл. 20.07.2009, бюл. №20.

2. Патент РФ №2601709. Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости / Гладков В.П., Шохин М.Г., Журавлев А.Н., Саенко С.А. Опубл. 10.11.2016, бюл. №31.

Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины, содержащее корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, выступающие над ним лопасти, оснащенные термостойкими алмазными резцами двойного прессования с минимальным количеством кобальта в верхнем слое, каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов с проходными диаметрами не менее 16 мм, отличающееся тем, что корпус долота имеет эксцентричную расширительную часть, на лопастях которой установлены алмазные резцы с отрицательным передним углом в пределах 20-25°, при этом алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса, имеют передний отрицательный угол в пределах 15-18°, а алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, не совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса долота, имеют передний отрицательный угол в пределах 12-15°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к угольной промышленности, а точнее к буровым резцам с твердосплавными режущими вставками. Технический результат заключается в увеличении ресурса и области применения резца для вращательного бурения на горные породы с коэффициентом крепости по М.М Протодьяконову до f=10…12.

Изобретение относится к горному делу, а точнее к буровому инструменту ударно-поворотного действия. Технический результат заключается в снижении энергоемкости процесса бурения и трудоемкости при изготовлении буровой коронки.

Группа изобретений относится к области бурения. Забойное бурильное устройство содержит корпус блока подшипников, образующий продольную ось и верхнюю и нижнюю части, причем верхняя часть корпуса блока подшипников выполнена с возможностью соединения с бурильной колонной, по меньшей мере один блок кольцевых подшипников, установленный в корпусе блока подшипников, и центральную часть бурового долота, по существу расположенную у нижнего конца корпуса блока подшипников и соединенную с ним, при этом центральная часть выполнена с возможностью вращения относительно продольной оси и имеет лопасти, присоединенные к ней, причем лопасти несут на себе множество резцов, при этом резцы выполнены с возможностью входа в контакт с подземным пластом породы, хвостовик, выступающий из центральной части, причем хвостовик выполнен интегральным или как одно целое с центральной частью или неразъемно соединен с центральной частью, и шпиндель, сцепляющийся с хвостовиком и образующий неразъемное соединение с ним.

Изобретение относится к вращательному шарошечному буровому долоту. Технический результат заключается в повышении долговечности долота.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым долотам, преимущественно режущего типа. Технический результат заключается в повышении эффективности работы бурового долота.

Группа изобретений относится к способам формирования монокристаллического режущего элемента для бурового долота с закрепленными резцами и к буровому долоту для бурения буровой скважины.

Ручной бур // 2636335
Изобретение относится к конструкции ручного бура, предназначенного для формирования отверстий в грунте, в частности при установке столбов, заборов, ограждений, при установке свай для фундаментов, при посадке кустов и деревьев, при взятии проб грунта, при откачке грунтовой воды глубинными насосами, при формировании горизонтальных и наклонных скважин под коммуникации, трубопроводы, кабели.

Ручной бур // 2636071
Изобретение относится к конструкции ручного бура, предназначенного для формирования отверстий в грунте, в частности при установке столбов, заборов, ограждений, при установке свай для фундаментов, при посадке кустов и деревьев, при взятии проб грунта, при откачке грунтовой воды глубинными насосами, при формировании горизонтальных и наклонных скважин под коммуникации, трубопроводы, кабели.

Изобретение относится к режущему элементу для бурового инструмента. Технический результат заключается в повышении эффективности резания.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающим долотам для бурения твердых и крепких пород вращательным и ударно-вращательным способом.

Изобретение относится к бурению стволов скважин в подземных формациях и более конкретно к системам и способам балансировки нагрузки и распределения гидравлической энергии между отдельными скважинными режущими инструментами.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к способам для бурения. Технический результат заключается в повышении эффективности бурения компенсационных шпуров и скважин в одну стадию.

Предложены варианты системы и способа уравновешивания нагрузки и распределения гидравлической энергии между скважинными режущими инструментами. Техническим результатом является повышение эффективности бурения.

Изобретение относится к области бурения грунта. Буровой инструмент содержит элемент буровой штанги, выполненный с возможностью присоединения к приводу вращения и приведения во вращение вокруг оси бурения, корпус типа рамы и по меньшей мере один разрабатывающий зуб, который установлен в корпусе с возможностью радиальной регулировки между втянутым положением в корпусе и рабочим положением, в котором по меньшей мере один разрабатывающий зуб радиально выступает из корпуса.

Группа изобретений относится к разбуривателям для подземных каналов и к режущим лезвиям для использования в указанных разбуривателях. Технический результат заключается в обеспечении сопротивления усилиям кручения.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к калибраторам, обеспечивающим сохранность заданного диаметра скважины. Технический результат заключается в повышении эффективности работы калибратора.

Группа изобретений относится к вариантам концевого инструмента обсадной колонны, обеспечивает эффективное, равномерное пробуривание концевого инструмента, улучшенную фрагментацию концевого инструмента при его пробуривании, повышение эффективности работы инструмента при бурении и разбуривании, повышение устойчивости к разрушению, абразивному воздействию, ударным нагрузкам.

Изобретение относится к способам расширения - увеличения диаметра и калибрования ствола скважины. Техническим результатом является исключение отклонения от направления заранее пробуренного ствола и улучшение эксплуатационных показателей - проходки на долото и механической скорости.

Изобретение относится к опорно-центрирующим устройствам, используемым в компоновке низа бурильной колонны при наклоннонаправленном бурении нефтяных и газовых скважин.

Группа изобретений относится к горной промышленности, а именно к устройствам и способам для расширения скважины. Технический результат состоит в повышении эффективности расширения скважины.

Изобретение относится к лопастным долотам режуще-скалывающего действия для бурения толщи горных пород под нефть и газ или другого назначения. Технический результат заключается в уменьшении сил резания на резцах долота, увеличении их износостойкости и скорости бурения. Лопастное долото с износостойкой цилиндрической режущей структурой включает корпус с присоединительной резьбой, центральным каналом и выходными отверстиями, защищенными твердосплавным покрытием лопастями с калибрующей частью, основным режущим профилем с множеством PDC резцов. PDC резцы установлены от центральной оси долота до номинального диаметра долота включительно и выполнены с толщиной алмазного слоя в интервале от 0,5 до 3 мм, имеют выщелоченный слой в диапазоне от 0,1 до 1 мм и фаску в пределах от 0,05 до 1,5 мм. Оси PDC резцов образуют с направлением резания угол в интервале от 40 до 90°. Процесс резания происходит фаской, торцевой и цилиндрической поверхностью алмазного слоя PDC резца. 9 ил.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому для бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат заключается в расширении области применения буровых алмазных долот, а именно в использовании данного типа долота при бурении зон поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины под установку профильного перекрывателя, а также в улучшении сбалансированности долота за счет уравновешивания сил резания. Буровое алмазное долото для бурения зоны поглощения промывочной жидкости с одновременным расширением скважины содержит корпус с резьбой для присоединения к колонне бурильных труб, выступающие над ним лопасти, оснащенные термостойкими алмазными резцами двойного прессования с минимальным количеством кобальта в верхнем слое, каналы для подачи промывочной жидкости и твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов с проходными диаметрами не менее 16 мм. Корпус долота имеет эксцентричную расширительную часть, на лопастях которой установлены алмазные резцы с отрицательным передним углом в пределах 20-25°. Алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса, имеют передний отрицательный угол в пределах 15-18°. Алмазные резцы, установленные на лопастях пилотной части корпуса, не совпадающие в угловом положении с лопастями расширительной части корпуса долота, имеют передний отрицательный угол в пределах 12-15°. 2 ил.

Наверх