EA004281B1

EA004281B1 - Буровое долото

Info

Publication number: EA004281B1
Application number: EA200300608A
Authority: EA
Inventors: Петрус Корнелис Криселс; Дьюрре Ханс Зейслинг
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2004-02-26
Also published as: AU2192202A; AU2002221922B2; CA2429862C; EA200300608A1; US6971458B2; WO2002042597A1; CA2429862A1; US20040069540A1; EP1337734A1; DE60144388D1; EP1337734B1; CN1476511A; CN1280516C; NO20032353D0; NO20032353L; ATE504717T1

Abstract

Создано буровое долото для бурения скважины в подземной формации, имеющее центральную продольную ось и донную поверхность, обращенную к забою буровой скважины в процессе бурения буровым долотом, и содержащее основное средство (10) для нагнетания текучей среды, установленное на нижней поверхности, расположенное на выбранном расстоянии в радиальном направлении от центральной продольной оси и предназначенное для выброса основного потока текучей среды в буровую скважину, причем основной поток имеет компонент в поперечной плоскости бурового долота, направленный от средства для нагнетания текучей среды к центральной продольной оси.

Description

Настоящее изобретение относится к буровому долоту, предназначенному для бурения скважины в подземной формации.

Буровые долота обычно действуют на основе вращательного действия режущих элементов на забой скважины. Скорость проникновения таких вращательных буровых долот во многие горные формации повышенной твердости относительно низка. В случае твердых горных пород улучшенные результаты получают посредством использования буровых систем ударного действия, действие которых основано на сочетании вращательного и ударного действия долота на забой скважины. Такие ударные долота обычно имеют режущие элементы (например, с относительно большой полусферической формой), преобладающим действием которых является направленное вниз дробящее действие. В связи с указанным буровое долото создает стружку относительно малого размера, которая во влажной среде имеет повышенную склонность к забиванию ею нижней поверхности бурового долота и забоя буровой скважины. Как только нижняя поверхность бурового долота будет забита массой влажной стружки, получаемой при бурении (что также называют комкованием в долоте), эффективность бурения значительно снижается.

Поэтому цель изобретения заключается в создании бурового долота, которое имеет пониженную склонность к забиванию его нижней поверхности стружкой, образуемой при бурении.

Согласно изобретению создано буровое долото для бурения скважины в подземной формации, имеющее центральную продольную ось и нижнюю поверхность, обращенную к забою скважины в процессе бурения и содержащее основное средство для нагнетания текучей среды, расположенное на нижней поверхности, находящееся на выбранном расстоянии в радиальном направлении от центральной продольной оси и предназначенное для выброса основного потока текучей среды в буровую скважину, причем основной поток имеет компонент в поперечной плоскости бурового долота, направленный от средства для нагнетания текучей среды к центральной продольной оси.

Направление основного средства для нагнетания текучей среды таково, что упомянутый компонент основного потока будет направлен к центральной части нижней поверхности. В результате центральная часть нижней поверхности, которая наиболее склонна к забиванию (например, вследствие относительно невысокой скорости вращения), очищается от стружки, образуемой при бурении.

Буровое долото дополнительно содержит соответствующее вспомогательное средство для нагнетания текучей среды, расположенное на его нижней поверхности, отстоящее от основного средства для нагнетания текучей среды и предназначенное для выброса вспомогательного потока текучей среды в буровую скважину, причем вспомогательный поток имеет компонент в упомянутой поперечной плоскости, направление которого фактически противоположно направлению упомянутого компонента основного потока текучей среды.

В этом случае потоки будут течь перекрестным образом, посредством чего будет обеспечена требуемая очистка донной поверхности долота.

Дополнительно будет обеспечена очистка от стружки, образуемой при бурении забоя буровой скважины.

Далее изобретение будет описано более подробно посредством примера со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых фиг. 1 схематически изображает вид сбоку варианта осуществления конструкции бурового долота согласно изобретению;

фиг. 2 - вид снизу бурового долота согласно фиг. 1 (если смотреть в направлении стрелки 2-2);

фиг. 3 - продольное сечение по линии 3-3 на фиг. 2;

фиг. 4 - продольное сечение нижней концевой части альтернативного бурового долота согласно изобретению.

На фигурах подобные детали обозначены одинаковыми позициями.

На фиг. 1 и 2 показано буровое долото 1 ударного действия, предназначенное для бурения скважины (на чертеже не показана) в подземной формации, имеющее центральную продольную ось 2 и нижнюю поверхность 3, обращенную к забою скважины в процессе бурения буровым долотом 1. Соединитель 4, предназначенный для соединения бурового долота 1 с колонной бурильных труб (на чертеже не показана), расположен в верхнем конце бурового долота 1, при этом множество каналов для бурового раствора проходит в продольном направлении в виде углублений 5, образованных в калиброванной поверхности 5а бурового долота 1. Нижняя поверхность 3 снабжена множеством отстоящих друг от друга полусферических режущих элементов 6.

На фиг. 3, показано, что буровое долото 1 выполнено внутри с каналом 8 для прохождения текучей среды, который сообщен с предназначенной для бурового раствора трубой (не показана) колонны бурильных труб. Канал 8 оснащен основным средством для нагнетания текучей среды, выполненным в форме сопла 10, расположенного на расстоянии в радиальном направлении от центральной продольной оси 2 и выходящего на нижнюю поверхность 3. Основное сопло 10 имеет изогнутый канал 12 для текучей среды, чтобы обеспечивать выброс основного потока 13 текучей среды в буровую скважину в направлении 14 (фиг. 3), имеющем компонент в поперечной плоскости (не показа3 на) бурового долота 1, направленный от сопла 10 к центральной продольной оси 2.

Буровое долото дополнительно снабжено двумя отстоящими друг от друга вспомогательными средствами для нагнетания текучей среды, выполненными в форме сопел 18, 19 (фиг. 2), расположенных на расстоянии от центральной продольной оси 2 и выходящих на нижнюю поверхность 3. Каждое вспомогательное сопло 18, 19 расположено в соответствующем канале для текучей среды (не показан) бурового долота, который сообщен с предназначенной для бурового раствора трубой колонны бурильных труб. Кроме того, каждое вспомогательное сопло 18, 19 направлено таким образом, чтобы нагнетать вспомогательный поток 20, 21 текучей среды в буровую скважину в направлении, имеющем компонент в упомянутой поперечной плоскости, направление которого противоположно направлению упомянутого компонента основного потока текучей среды.

На фиг. 4 представлена альтернативная компоновка сопла, при этом сопло 22 может быть применено вместо вышеупомянутых изогнутых сопел 10, 18, 19. Альтернативное сопло 22 имеет прямой канал 24 для текучей среды и расположено в изогнутом канале 26, чтобы в процессе бурения обеспечивать выброс потока текучей среды в буровую скважину в желаемом направлении (например, в направлении 14).

В течение нормальной работы буровое долото 1 соединено с нижним концом колонны бурильных труб посредством соединителя 4. Колонну бурильных труб опускают в буровую скважину и приводят в действие способом ударного бурения, посредством чего долото одновременно вращается вокруг центральной оси 2 и совершает поступательное движение для обеспечения ударного действия на забой буровой скважины. Вследствие ударного действия полусферических элементов 6 по отношению к забою буровой скважины при бурении будет образовываться стружка, имеющая относительно небольшой размер. Поэтому будет иметь место повышенная тенденция к забиванию нижней поверхности 3 влажными стружками по сравнению с буровыми долотами, действие которых основано только на вращательном действии и которые не совершают ударное действие.

Одновременно с выполнением вращательного движения и ударного действия бурового долота 1 происходит нагнетание бурового раствора через колонну бурильных труб и из нее в соответствующие каналы для текучей среды и в сопла 10, 18, 19. В результате будет обеспечен выброс основного потока 13 и вспомогательных потоков 20, 21 текучей среды из соответствующих сопел 10, 18, 19 в пространство между нижней поверхностью 3 и забоем буровой скважины. Благодаря обеспечивающей придание направления компоновке сопел 10, 18, 19 потоки 13, 18, 19 проходят в режиме перекрестного течения, при этом поток 13 протекает к центру концевой поверхности 3, а потоки 18, 19 проходят в направлении, противоположном направлению потока 13 по обеим его сторонам. При этом будет достигнуто то, что центральная часть концевой поверхности 3 в целом будет очищена от стружек, образуемых при бурении, посредством потока 13, и что наружная зона нижней поверхности 3, в общем, будет очищена от стружек, образуемых при бурении, посредством потоков 18, 19. Кроме того, потоки 13, 18, 19 также служат для эффективной очистки от стружек забоя буровой скважины.

Обычная работа бурового долота с альтернативным сопловым устройством, показанным на фиг. 4, подобна обычной работе бурового долота, показанного на фиг. 3

Claims

1. Буровое долото для бурения скважины в подземной формации, содержащее центральную продольную ось и нижнюю поверхность, обращенную к забою буровой скважины в процессе бурения, и имеющее основное средство для нагнетания текучей среды, установленное на нижней поверхности, расположенное на выбранном расстоянии в радиальном направлении от центральной продольной оси и предназначенное для выброса основного потока текучей среды в буровую скважину, причем основной поток имеет компонент в поперечной плоскости бурового долота, направленный от средства для нагнетания текучей среды к центральной продольной оси, при этом имеется вспомогательное средство для нагнетания текучей среды, установленное на нижней поверхности, отстоящее от основного средства для нагнетания текучей среды и предназначенное для выброса вспомогательного потока текучей среды в буровую скважину, при этом вспомогательный поток имеет компонент в упомянутой поперечной плоскости, фактически направленный противоположно направлению упомянутого компонента основного потока текучей среды в режиме перекрестного течения.

2. Буровое долото по п.1, которое выполнено с множеством отстоящих друг от друга вспомогательных средств для нагнетания текучей среды.

3. Буровое долото по п.2, в котором вспомогательные средства для нагнетания текучей среды предназначены для выброса вспомогательного потока с обеих сторон от основного потока при выполнении бурения.

4. Буровое долото по любому одному из пп.1-3, в котором при выполнении бурения, по существу, имеется один основной поток текучей среды.

5. Буровое долото по любому одному из пп.1-4, в котором каждое средство для нагнета5 ния текучей среды включает сопло для нагнетания текучей среды.

6. Буровое долото по любому одному из пп.1-5, которое представляет собой буровое до- лото ударного действия, снабженное множеством отстоящих друг от друга режущих элементов, расположенных на нижней поверхности.