RU157176U1 - Коронка для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта - Google Patents

Abstract

Коронка для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта, включающая корпус с резьбой для соединения с буровым ставом, расположенной в верхней его части, и имеющий по центру отверстие для пропуска промывочной воды, забурник с резцами, фронтальные резцедержатели с расположенными на них скважинообразующими резцами, тыловые резцедержатели с расположенными на них резцами обратного хода, стабилизирующие ребра, отличающаяся тем, что стабилизирующие ребра расположены вдоль корпуса винтообразно по отношению к корпусу и смещены в радиальном направлении одно от другого на равное расстояние, а длина стабилизирующих ребер составляет от 1 до 2 величин от диаметра скважины, и в передней части стабилизирующие ребра соединены с фронтальными резцедержателями, а в задней части концы двух стабилизирующих ребер соединены с тыловыми резцедержателями, внешний диаметр по стабилизирующим ребрам меньше диаметра по скважинообразующим резцам на величину от 3 до 5 мм, а внешняя боковая грань скважинообразующего резца параллельна оси скважины.

Description

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при вращательном бурении по пласту горной породы скважин, прямолинейность и выдержанность диаметра которых обеспечивает перемещение по ним цилиндрических устройств (пакеров) для проведения поинтервального гидроразрыва угольного пласта.

К скважинам для поинтервального гидроразрыва угольного пласта предъявляются два условия:

- прямолинейность и минимальный диаметр, достаточные для перемещения по скважине жестких цилиндрических устройств (пакеров);

- максимальный диаметр скважины по ее длине не должен превышать возможность расширения герметизирующих манжет пакера.

Известен снаряд для бурения прямолинейных скважин (патент РФ №2090731, заявка №94026822, класс МПК E21B 7/04, дата приоритета 18.07.1994, дата публикации 20.09.1997). Известный снаряд состоит из коронки, головного звена, двух центраторов и последующих звеньев бурового става. Центраторы выполнены разного диаметра и установлены на головном звене.

Недостатком известного снаряда является то, что возможность его использования ограничена из-за больших габаритов. Применение возможно только при больших диаметрах скважин. А на диаметрах до 100 мм наличие центраторов препятствует промывке скважины.

За прототип принята коронка КДС для бурения дегазационных скважин (научно-производственный журнал федерального агентства по энергетике «Уголь», февраль, 2006, №2, с. 40). Эта коронка содержит опережающий резец - забурник с двумя лезвиями и несколько ножей-расширителей в виде резцов с тремя лезвиями каждый, расположенными в плоскости резания под углом 120 градусов друг к другу. На несущую деталь коронки насажены ножи-расширители. На переднем конце несущей детали выполнена наружная резьба для соединения с опережающим резцом, а на заднем конце выполнена внутренняя резьба для соединения со штангой бурового става. Внутри коронки имеется отверстие для пропуска промывочной воды в зону резания. Коронки КДС оснащены также разбурником обратного хода.

Недостатком известной коронки КДС является то, что она не имеет дополнительных устройств для обеспечения бурения скважин, близкого к прямолинейному.

Бурение горных пород это сложный и трудоемкий процесс, эффективность которого во многом зависит от эксплуатационных возможностей использования бурового инструмента. Основная механическая нагрузка приходится на рабочую часть инструмента, а именно на буровую коронку. Использование разных вариантов буровой коронки позволяет осуществлять бурение скважин с разными заданными параметрами. Для производства работ по гидроразрыву угольного пласта важным считается вопрос надежного закрепления пакера в скважине, а способствует этому наличие прямолинейного участка скважины в месте установки пакера и выдержанность ее диаметра. Полностью предупредить искривление скважины, происходящее под влиянием геологических и технологических причин, невозможно, так как они действуют постоянно по всей длине ствола скважины, однако можно значительно снизить их влияние. Задача по бурению достаточно прямолинейных скважин значительно усложняется в случае их бурения в породах малой прочности, в связи с «биением» буровой коронки, и под углом наклона скважины от 0 до 45 градусов, когда высоко влияние провисания бурового става под действием сил тяжести на положение буровой коронки во время бурения.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение прямолинейности и выдержанности диаметра скважин при их бурении по слабым породам (угольным пластам) под углами наклона от 0 до 45 градусов.

Предлагается коронка для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта, включающая корпус с резьбой для соединения с буровым ставом, расположенной в его задней части и имеющий по центру отверстие для пропуска промывочной воды, забурник с резцами, фронтальные резцедержатели с расположенными на них скважинообразующими резцами, тыловые резцедержатели с расположенными на них резцами обратного хода, стабилизирующие ребра.

Отличием является то, что стабилизирующие ребра расположены вдоль корпуса винтообразно по отношению к корпусу и смещены в радиальном направлении одно от другого на равное расстояние, а длина стабилизирующих ребер составляет от 1 до 2 величин от диаметра скважины и в передней части стабилизирующие ребра соединены с фронтальными резцедержателями, а в задней части концы двух стабилизирующих ребер соединены с тыловыми резцедержателями, внешний диаметр по стабилизирующим ребрам меньше диаметра по скважинообразующим резцам на величину от 3 до 5 мм, а внешняя боковая грань скважинообразующего резца параллельна оси скважины.

Сущность коронки для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта показана на фиг. 1, где показан общий вид предлагаемой коронки, на фиг. 2, где показан вид справа А.

Коронка для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта содержит корпус 1, в задней части которого имеется резьба 2 для соединения с буровым ставом (не показан), а в передней части, которого расположен забурник 3 с резцами 4, показанными на фиг. 1 и фиг. 2. Фронтальные резцедержатели 5 с установленными в них скважинообразующими резцами 6 соединены со стабилизирующими ребрами 7, расположенными винтообразно по отношению к корпусу и смещенными в радиальном направлении одна от другой на равное расстояние. В задней части корпуса 1, после стабилизирующих ребер 7, крепятся тыловые резцедержатели 8 с установленными в них резцами обратного хода 9. Количество стабилизирующих ребер 7 может устанавливаться разное (не менее 2-х) и зависит от интенсивности подачи промывочной жидкости для удаления выбуриваемой мелочи.

Длина стабилизирующих ребер 7 составляет от 1 до 2 величин от диаметра скважины. Использование стабилизирующих ребер длиной меньше указанного диапазона приводит к неустойчивому положению буровой коронки во время бурения. Использование стабилизирующих ребер длиной более указанного диапазона затрудняет процесс удаления выбуриваемой мелочи промывочной жидкостью. Указанное определено путем проведения серии натурных испытаний, позволяет выдерживать диаметр скважины и минимизировать ее криволинейность, снижает размеры отколов в стенках скважины. Признак находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом и является существенным.

Стабилизирующие ребра 7 винтообразно располагаются вдоль корпуса 1, что обеспечивает опору коронки на стенки скважины. Внешняя боковая грань скважинообразующих резцов 6, расположенных на фронтальном резцедержателе 5 параллельна оси скважины, благодаря этому поверхность скважины получается достаточно ровной. Признак находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом и является существенным.

Предлагаемая конструкция коронки, имеющая забурник 3, с расположенными на нем резцами 4, стабилизирующие ребра 7, с внешним диаметром меньше диаметра скважинообразующих резцов 6 на величину 3-5 мм, что позволяет проходить скважины с углом их наклона от 0 до 45 градусов достаточно прямолинейно и получать в сечении окружность правильной формы. При меньшей разности диаметров коронку зажимает деформациями стенок скважины. При большей разности возникает осевое биение буровой коронки. Признак находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.

Тыловые резцедержатели 8 встроены в коронку для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта таким образом, что соединены со стабилизирующими ребрами 7. Тыловые резцедержатели 8 с установленными в них резцами 9 технологически обеспечивают обратный ход буровой коронки, и выемку ее из скважины в случае усадки стенок скважины.

В процессе бурения на коронку передается усилие подачи и крутящий момент, под действием которых коронка начинает вращаться. Забурник 3 внедряется в породу и разрушает ее при помощи резцов 4, создавая при этом опережающую скважину, которую затем расширяют скважинообразующие резцы 6 до заданного диаметра. Это позволяет легко войти инструменту в породу и повысить производительность труда и эффективность бурового инструмента. При этом касание стабилизирующих ребер 7 поверхности скважины, как указано выше, обеспечивает выдержанность диаметра и прямолинейность бурения. Разрушенная порода выносится из скважины промывочной жидкостью, прокачиваемой насосами (не показаны) через бурильную колонну. Удаление выбуриваемой мелочи и промывочной жидкости происходит через полости, образованные между стабилизирующими ребрами 7.

Конструктивно предусмотрено, что внешняя боковая грань скважинообразующего резца 6 параллельна оси скважины. Наличие скважинообразующих резцов 6 с внешней боковой гранью параллельной оси скважины позволяет обеспечить заданный диаметр скважины, таким образом повысить эффективность бурения. Стабилизирующие ребра 7 обеспечивают выдержанность и прямолинейность скважины. Таким образом, признаки в совокупности находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.

Функциональность предлагаемой буровой коронки и возможность обеспечения заявленного технического результата подтверждается экспериментально. Предлагаемая буровая коронка опробована на горных предприятиях Кузбасса.

Для того чтобы провести гидроразрыв угольного пласта в шахтных условиях необходимо пробурить скважину с углом ее наклона от 0 до 45 градусов и с условием, что по этой скважине можно перемещать жесткие цилиндрические устройства - пакеры с относительно небольшим коэффициентом расширения уплотнительных манжет. Поэтому к качеству скважины предъявляются высокие требования по прямолинейности, выдержанности диаметра и качеству ее стенок, следовательно, использование предлагаемого изобретения актуально и возможно по назначению. Предлагаемая буровая коронка обеспечивает предъявляемые к ней требования и может быть с успехом использована при бурении прямолинейных скважин.

Изготовление буровой коронки для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта предполагается в условиях промышленного производства с использованием износостойких твердых сплавов и металлов. Для изготовления резцов возможно использование сверхтвердых материалов, например алмазов и т.д., применяемых в конструкциях буровых коронок.

Claims (1)

1. Коронка для бурения скважин для поинтервального гидроразрыва пласта, включающая корпус с резьбой для соединения с буровым ставом, расположенной в верхней его части, и имеющий по центру отверстие для пропуска промывочной воды, забурник с резцами, фронтальные резцедержатели с расположенными на них скважинообразующими резцами, тыловые резцедержатели с расположенными на них резцами обратного хода, стабилизирующие ребра, отличающаяся тем, что стабилизирующие ребра расположены вдоль корпуса винтообразно по отношению к корпусу и смещены в радиальном направлении одно от другого на равное расстояние, а длина стабилизирующих ребер составляет от 1 до 2 величин от диаметра скважины, и в передней части стабилизирующие ребра соединены с фронтальными резцедержателями, а в задней части концы двух стабилизирующих ребер соединены с тыловыми резцедержателями, внешний диаметр по стабилизирующим ребрам меньше диаметра по скважинообразующим резцам на величину от 3 до 5 мм, а внешняя боковая грань скважинообразующего резца параллельна оси скважины.

   

Images