RU163879U1

RU163879U1 - DRILLING HEAD

Info

Publication number: RU163879U1
Application number: RU2015127059/03U
Authority: RU
Inventors: Рафаил Улфатович Сираев; Андрей Гелиевич Вахромеев; Владимир Мирославович Иванишин; Ренат Хасанович Акчурин; Сергей Александрович Сверкунов; Марат Наильевич Даутов; Динар Загирович Гарифуллин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-Производственное предприятие "НПП Бурсервис"
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2016-08-10

Abstract

1. Головка бурильная, содержащая корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернорвателя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом, а профиль лопастей армирован рядами резцов таким образом, что резцы первого ряда и резцы, расположенные за резцами первого ряда, располагаются строго один за другим, в линии движения первого резца, отличающаяся тем, что бурильная головка включает два типа лопастей - ведущая и ведомая, причем лопасти ведущая и ведомая расположены попарно, последовательно к оси бурильной головки, профиль ведущей лопасти армирован одним рядом резцов PDC, а профиль ведомой лопасти армирован двумя рядами резцов, где первый ряд резцов - PDC, а второй ряд резцов - импрегнированный алмазной крошкой, при этом резец на ведомой лопасти расположен строго за резцом в ведущей лопасти, причем ведомая лопасть большей толщины на величину 1,6-1,8 от толщины ведущей лопасти, и боковая поверхность каждой лопасти наклонна к оси скважины под одинаковым углом, а межлопастное пространство сохранено одинаковым.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество парных лопастей - ведущая и ведомая, равно двум.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество парных лопастей -ведущая и ведомая, более двух, а именно 3, 4, 5 или 6.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что все лопасти имеют боковой наклон от 20 до 40°.1. A drill head containing a housing with flushing channels and blades, the side surface of which is equipped with calibrating inserts, the housing has an internal cavity for installing a core explorer, as well as a connecting thread for connecting with a core sample, and the profile of the blades is reinforced with rows of incisors so that the incisors of the first rows and incisors located behind the incisors of the first row, are located strictly one after another, in the line of movement of the first incisor, characterized in that the drill head includes two types of blades - leads main and driven, and the leading and driven blades are arranged in pairs, sequentially to the axis of the drill head, the profile of the leading blade is reinforced with one row of PDC cutters, and the profile of the driven blade is reinforced with two rows of cutters, where the first row of cutters is PDC and the second row of cutters is diamond impregnated crumb, while the cutter on the driven blade is located strictly behind the cutter in the leading blade, and the driven blade of greater thickness is 1.6-1.8 of the thickness of the leading blade, and the side surface of each blade is inclined to the axis of the bore equally th angle, and space is saved mezhlopastnoe odinakovym.2. The device according to claim 1, characterized in that the number of paired blades - leading and driven, is equal to two. 3. The device according to claim 1, characterized in that the number of paired blades is the leading and the driven, more than two, namely 3, 4, 5 or 6.4. The device according to claim 1, characterized in that all the blades have a lateral inclination of 20 to 40 °.

Description

Полезная модель относится к устройствам для бурения скважин с отбором керна, к породоразрушающему инструменту, а именно к головкам бурильным, армированным поликристаллическими алмазными зубками (резцами) PDC (Polycrystalline Diamond Cutter) и предназначенным для бурения глубоких нефтяных и газовых скважин с отбором керна.The utility model relates to devices for drilling wells with coring, to a rock cutting tool, namely to drill heads reinforced with polycrystalline diamond teeth (cutters) PDC (Polycrystalline Diamond Cutter) and designed for drilling deep oil and gas wells with coring.

Известны головки бурильные, содержащие корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, а профиль армирован резцами PDC, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернорвателя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом (каталог продукции открытого акционерного общества «ВБМ-групп»: «Буровые долота, калибраторы, центраторы», с. 46, 2010 г.).Known drill heads containing a housing with flushing channels and blades, the side surface of which is equipped with calibrating inserts, and the profile is reinforced with PDC cutters, the housing has an internal cavity for installing a core explorer, as well as a connecting thread for connection to a core sampler (product catalog of the open joint-stock company VBM -groups ”:“ Drill bits, calibrators, centralizers ”, p. 46, 2010).

Недостатком указанных головок бурильных является их низкая износостойкость при бурении с отбором керна, вследствие того, что не реализована возможность размещения наибольшего количества резцов на лопастях, особенно при бурении твердых пород. Этим обусловлена низкая рейсовая/коммерческая скорость при бурении с отбором керна, и как следствие - низкая эффективность.The disadvantage of these drill heads is their low wear resistance when drilling with coring, due to the fact that the possibility of placing the largest number of cutters on the blades, especially when drilling hard rocks, is not realized. This is due to the low traveling / commercial speed when drilling with coring, and as a result - low efficiency.

Известна бурильная головка, содержащая корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, а профиль армирован резцами PDC, таким образом, что на каждой лопасти расположено по два ряда резцов, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернорвателя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом. При этом каждый резец второго ряда расположен между двумя резцами первого ряда (каталог продукции Совместного предприятия закрытого акционерного общества «УДОЛ»: «Инструмент для отбора керна», с. 13, 2010 г).Known drill head containing a housing with flushing channels and blades, the side surface of which is equipped with calibrating inserts, and the profile is reinforced with PDC cutters, so that on each blade there are two rows of cutters, the housing has an internal cavity for installing a core cutter, as well as a connecting thread for connection with a coring shell. Moreover, each second-row incisor is located between two first-row incisors (product catalog of the Joint Venture of the closed joint-stock company “UDOL”: “Coring Tool”, p. 13, 2010).

Недостатком этой бурильной головки является то, что при отборе такой бурильной головкой керна в твердых породах возникают вибрации, которые разрушают резцы PDC, снижая показатель стойкости бурильной головки, ее эффективности. Возникновение вибраций происходит за счет того, что головка бурильная не имеет элементов, играющих роль стабилизаторов.The disadvantage of this drill bit is that when such a drill bit is sampled in core, vibrations occur that destroy the PDC cutters, reducing the drill bit resistance and its effectiveness. The occurrence of vibrations occurs due to the fact that the drill head does not have elements that play the role of stabilizers.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому устройству является бурильная головка, содержащая корпус с промывочными каналами и лопастями равной толщины, расположенными вертикально, параллельно оси скважины и оснащенная калибрующими вставками, а профиль лопастей армирован резцами PDC таким образом, что на каждой лопасти расположено по два ряда резцов, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернорвателя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом (Патент на полезную модель №RU 119012 от 10.08.2012). Принципиальным ее отличием является размещение на лопастях каждого резца второго ряда, играющего роль стабилизирующего элемента, строго за резцом первого ряда, а также его нахождение ниже относительно профиля головки бурильной или на одном уровне с соответствующим резцом первого ряда, или ниже на величину, выбираемую из интервала 0…0,15d, где d - диаметр резцов первого ряда, что позволяет ограничить внедрение резцов первого ряда в условиях смены литологии (с твердого на мягкий, с мягкого на твердый) в слоистом разрезе (и показателей буримости, физико-механических свойств), а также резцам второго ряда принять на себя режуще-скалывающую функцию резцов первого ряда при сработке или утрате резца первого ряда (стачивании, сломе, разрушении). Такая конструкция позволяет увеличить ресурс головки бурильной, но недостаточно эффективна, не обеспечивает резерва повышения рейсовой скорости в анизотропных карбонатных породах с резко различающимися свойствами горной породы (физико-механические свойства, проницаемость, буримость).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed technical device is a drill head containing a housing with flushing channels and blades of equal thickness, arranged vertically parallel to the axis of the well and equipped with calibrating inserts, and the profile of the blades is reinforced with PDC cutters so that on each blade two rows of incisors are located, the body has an internal cavity for installing a core explorer, as well as a connecting thread for connecting to a core sample shell (Utility Model Patent No.RU 119012 dated 08/10/2012). Its principal difference is the placement on the blades of each incisor of the second row, which plays the role of a stabilizing element, strictly behind the incisor of the first row, as well as its lower position relative to the profile of the drill head or at the same level with the corresponding cutter of the first row, or lower by an amount chosen from the interval 0 ... 0.15d, where d is the diameter of the incisors of the first row, which makes it possible to limit the introduction of incisors of the first row in the conditions of a change in lithology (from hard to soft, from soft to hard) in a layered section (and drillability Physico-mechanical properties) and the second row of cutters to assume the cutting function of the shearing cutters of the first row at a drawdown blade or loss of the first row (SEWING, smashing, breaking). This design allows you to increase the resource of the drill head, but not effective enough, does not provide a reserve for increasing the heading speed in anisotropic carbonate rocks with sharply differing rock properties (physical and mechanical properties, permeability, drillability).

Общими недостатками всех вышеперечисленных бурильных головок, в том числе бурильной головки, выбранной в качестве прототипа, являются низкий резерв увеличения рейсовой скорости проходки с отбором керна в слоистых, анизотропных по физико-механическим свойствам и абразивности породах, таких как анизотропно-трещиноватые и неравномерно-окремнелые карбонаты (доломиты) венд-кембрия и рифея ЮТ НГКМ; низкий резерв гидравлических характеристик (недостаточно эффективная гидравлическая программа), не позволяющий обеспечить полный вынос шлама с забоя скважины при поглощении потока бурового раствора. В реальных условиях каждого открывшегося поглощения наблюдается резкое снижение скорости проходки за счет вторичного перемалывания, переизмельчения уже разрушенной горной породы, шлама на забое скважины, что приводит к дополнительным, неэффективным затратам энергии на разрушение горной породы и к снижению эффективности процесса углубки скважины с отбором керна). Следующим недостатком, подтвержденным практикой отбора керна, является то, что при увеличении количества лопастей (с 6 до 12) снижается агрессивность работы бурильной головки PDC модели CDD (прототип) с двумя рядами резцов на каждой лопасти и рейсовая скорость проходки. Также установлено, что одна из технологических проблем, нарушающих оптимальную работу бурильной головки - колебания величины крутящего момента, обусловлена природными геологическими условиями отбора керна.Common shortcomings of all of the above drill heads, including the drill head selected as a prototype, are the low reserve for increasing the heading penetration rate with coring in layered rocks with anisotropic physical and mechanical properties and abrasiveness, such as anisotropic-fractured and non-uniformly silicified carbonates (dolomites) of Vendian Cambrian and Riphean UT OGKM; low reserve of hydraulic characteristics (insufficiently effective hydraulic program), which does not allow to ensure complete removal of sludge from the bottom of the well during absorption of the mud stream. In the real conditions of each absorption that has opened, a sharp decrease in the penetration rate due to secondary grinding, regrinding of the already destroyed rock, sludge at the bottom of the well is observed, which leads to additional, inefficient energy costs for rock destruction and to a decrease in the efficiency of the downhole process with coring) . Another drawback, confirmed by the practice of coring, is that with an increase in the number of blades (from 6 to 12), the aggressiveness of the PDC model CDD drill head (prototype) with two rows of cutters on each blade and the driving speed are reduced. It was also found that one of the technological problems that violate the optimal operation of the drill head - fluctuations in the magnitude of the torque due to the natural geological conditions of coring.

Таким образом, наблюдается комплексное снижение эффективности работы бурголовки - прототипа, вплоть до невозможности продолжить отбор керна.Thus, there is a comprehensive decrease in the efficiency of the burgolovka - prototype, up to the impossibility of continuing the core sampling.

Требуется разработка технического решения, которое при сохранении положительных характеристик прототипа обеспечит эффективность работы головки бурильной через прирост рейсовой скорости в бурении с отбором керна в сложных (анизотропных, неравномерно окремненных) рифейских карбонатных коллекторах, за счет повышения эффективности гидравлической очистки забоя от шлама буровым раствором; оптимизирует величину рабочей нагрузки на резец при увеличении числа лопастей на головке бурильной, через сохранение общего количества работающих резцов на рабочей поверхности головки бурильной, и снижение амплитуды колебаний крутящего момента, следовательно, сохранит агрессивность резания неравномерно окремнелой карбонатной породы; обеспечит эффективность двойного рядного вооружения при переходе от доломитов глинистых к доломитам перекристаллизованным и особенно к доломитам неравномерно окремненным, что в итоге обеспечит комплексное повышение эффективности работы головки бурильной при отборе керна в сложных карбонатных коллекторах.The development of a technical solution is required, which, while maintaining the positive characteristics of the prototype, will ensure the drilling head's working efficiency through an increase in the heading speed in drilling with coring in complex (anisotropic, unevenly siliceous) Riphean carbonate reservoirs, by increasing the efficiency of hydraulic cleaning of the bottom of the mud from drilling mud; optimizes the magnitude of the working load on the cutter with an increase in the number of blades on the drill head, by maintaining the total number of working cutters on the working surface of the drill head, and a decrease in the amplitude of torque fluctuations, therefore, it will preserve the aggressiveness of cutting of uneven siliceous carbonate rock; will ensure the effectiveness of double-line armament in the transition from clay dolomites to recrystallized dolomites and especially to unevenly silicified dolomites, which will ultimately provide a comprehensive increase in the efficiency of the drill head during coring in complex carbonate reservoirs.

Технический результат заявляемой полезной модели - повышение эффективности процесса бурения с отбором керна в сложных анизотропных карбонатных коллекторах рифея через повышение рейсовой скорости в совокупности с эффективной очисткой забоя от шлама в переменных условиях от полной циркуляции до частичного поглощения, снижение крутящего момента при сохранении высокого процента выноса керна.The technical result of the claimed utility model is to increase the efficiency of the coring process in complex anisotropic Riphean carbonate reservoirs by increasing the operating speed combined with effective cleaning of the bottom from sludge under variable conditions from full circulation to partial absorption, reducing torque while maintaining a high percentage of core removal .

Технический результат достигается тем, что предлагаемая головка бурильная содержит корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернорвателя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом (КОС), а профиль лопастей армирован рядами резцов, таким образом, что резцы первого ряда и резцы, расположенные за резцами первого ряда располагаются строго один за другим, в линии движения первого резца, и при этом бурильная головка включает два типа лопастей - ведущая и ведомая, причем лопасти ведущая и ведомая расположены попарно, последовательно к оси бурильной головки, профиль ведущей лопасти армирован одним рядом поликристаллических алмазных резцов PDC, а профиль ведомой лопасти армирован двумя рядами резцов, где первый ряд - резцы PDC, а второй - резцы, импрегнированные алмазной крошкой, при этом первый и второй резцы на ведомой лопасти расположены строго за резцом в ведущей лопасти, ведомая лопасть большей толщины на величину 1,6-1,8 от толщины ведущей лопасти, и боковая поверхность каждой лопасти наклонна к оси скважины под одинаковым углом, а межлопастное пространство сохранено одинаковым, при этом количество парных ведущая - основная, ведомая - вторичная лопастей равно двум, либо более двух (3, 4, 5, 6); все лопасти имеют боковой наклон от 20 до 40°.The technical result is achieved by the fact that the proposed drill head contains a housing with flushing channels and blades, the side surface of which is equipped with calibrating inserts, the housing has an internal cavity for installing a core explorer, as well as a connecting thread for connection to a core sample (KOS), and the profile of the blades is reinforced in rows incisors, so that the incisors of the first row and the incisors located behind the incisors of the first row are located strictly one after the other, in the line of movement of the first incisor, and with this the storm The blade head includes two types of blades - the driving and driven, with the driving and driven blades arranged in pairs, sequentially to the axis of the drill head, the profile of the leading blade is reinforced with one row of PDC polycrystalline diamond cutters, and the profile of the driven blade is reinforced with two rows of cutters, where the first row are cutters PDC, and the second - cutters impregnated with diamond chips, while the first and second cutters on the driven blade are located strictly behind the cutter in the driving blade, the driven blade is thicker by 1.6-1.8 times the thickness of the driving l and the lateral surface of each blade is inclined to the axis of the borehole at the same angle, and the inter-blade space is kept the same, while the number of paired leading - primary, driven - secondary blades is two or more than two (3, 4, 5, 6); all blades have a lateral inclination of 20 to 40 °.

Предлагаемое решение - применение парных, последовательно расположенных лопастей (ведущей и ведомой) разной толщины с однорядным расположением основных резцов PDC на ведущей лопасти, и двухрядным расположением гибридных вспомогательных резцов - PDC в первом ряду, и резцов с импрегнированными вставками (алмазами) во втором ряду на ведомой лопасти, которые располагаются в линии (окружности) движения (резания) первого резца, расположенными на одном уровне или ниже резца PDC первого ряда, по очередности, увеличивая стабильность вращательных движений бурильной головки, снижая вибрации и колебания момента, а также ограничивают глубину зарезки резца PDC. При этом межлопастное пространство одинаково.The proposed solution is the use of paired, sequentially located blades (leading and driven) of different thicknesses with a single-row arrangement of the main PDC cutters on the driving blade, and a two-row arrangement of hybrid auxiliary cutters - PDC in the first row, and cutters with impregnated inserts (diamonds) in the second row on driven blades, which are located in the line (circle) of the movement (cutting) of the first cutter, located at the same level or lower than the PDC cutter of the first row, in turn, increasing the stability of rotational movements Nij drill head, reducing vibration and torque ripple, and also limit the depth kickoff PDC cutter. In this case, the inter-blade space is the same.

Заявляемое техническое решение позволяет сохранить эффективность и, следовательно, высокую рейсовую скорость в условиях бурения с отбором керна по древним карбонатным породам и увеличить ее по сравнению с прототипом благодаря сочетанию двухрядных и однорядных лопастей, где однорядные являются основными (ведущими лопастями), а двухрядные - ведомыми, играя функцию дорезания, доуглубления борозды и увеличения стабильности. Ведущий резец (на ведущей лопасти) удаляет основную часть, до 70-80% объема породы из борозды, ведомый (на ведомой лопасти) - дочищает борозду, импрегнированный резец за ним - ограничивает глубину зарезания. По схеме - ведущий (основной) - ведомый (дочищающий, стабилизирующий).The claimed technical solution allows to maintain efficiency and, therefore, high operating speed in drilling conditions with coring from ancient carbonate rocks and to increase it compared to the prototype due to the combination of double-row and single-row blades, where single-row are the main (leading blades), and double-row are driven playing the function of cutting, deepening the furrow and increasing stability. The leading cutter (on the leading blade) removes the main part, up to 70-80% of the rock volume from the furrow, the driven (on the driven blade) - cleans the furrow, the impregnated cutter behind it - limits the depth of cutting. According to the scheme - leading (main) - driven (cleaning, stabilizing).

Сочетание ведущих и ведомых лопастей позволяет создать бурильную головку с высокой скоростью проходки по неравномерно-чередующейся слоистой толще древне-осадочных анизотропных карбонатных горных пород, в разной степени окремнелых (5-80%), различающихся по физико-механическим свойствам и по буримости.The combination of leading and driven blades allows you to create a drill head with a high penetration rate through an unevenly alternating layered stratum of ancient sedimentary anisotropic carbonate rocks, silicified to varying degrees (5-80%), differing in physical and mechanical properties and drillability.

Импрегнированный резец как ограничитель зарезки на ведомой лопасти обеспечивает сохранение равномерности осевой нагрузки на резец PDC первого ряда в условиях изменяющихся по буримости слоев или участков горных пород.The impregnated cutter as a limiter for cutting on a driven blade ensures that the axial load on the first row PDC cutter remains uniform under conditions of varying drillability of rock layers or sections.

Чередование широкой с двухрядным вооружением и узкой, однорядной лопастей увеличивает площадь межлопастного пространства, чем улучшает отвод шлама, количество которого резко возрастает в единицу времени при увеличении скорости проходки в более мягких или в более трещиноватых горных породах.The alternation of wide with double-row weapons and narrow, single-row blades increases the area of the inter-blade space, which improves the discharge of sludge, the amount of which sharply increases per unit time with an increase in the penetration rate in softer or more fractured rocks.

Дополнительным техническим решением, создающим условия для более эффективного удаления шлама, как в условиях 100% циркуляции, так в условиях частичного (до 40%) поглощения, улучшающим гидравлическую программу промывки забоя и охлаждение резцов, служит изменение наклона боковых граней лопастей на угол от 20 до 40° к оси скважины. При вращении бурильной головки на забое за счет наклона лопастей создается турбулентность потока бурового раствора и дополнительная подъемная сила, которая улучшает гидравлические условия промывки забоя, и способствует улучшению очистки забоя от выбуренной породы.An additional technical solution that creates conditions for more efficient removal of sludge, both in conditions of 100% circulation and in conditions of partial (up to 40%) absorption, improving the hydraulic program for washing the face and cooling the cutters, is to change the angle of the side faces of the blades by an angle from 20 to 40 ° to the axis of the well. When the drill head rotates on the bottom due to the inclination of the blades, turbulence of the drilling fluid stream and additional lifting force are created, which improves the hydraulic conditions for flushing the bottom, and improves the cleaning of the bottom from cuttings.

При работе заявляемого инструмента, резец первого ряда на ведущей лопасти выполняет основную работу по разрушению породы, формированию борозды, в то время как резец первого ряда на ведомой лопасти выполняет вспомогательную функцию - дочищает борозду, сформированную первым резцом, не снижая механической скорости по сравнению с двойными резцами на каждой лопасти прототипа, и ограничивает внедрение первого резца в твердую породу с окремнением разной степени, которое приводит к резкому увеличению осевой силы, либо к возникновению осевых вибраций. Эту же роль ограничения зарезки играет импрегнированный резец второго ряда на ведомой лопасти, который расположен за резцом PDC. Таким образом, улучшаются условия работы резца первого ряда, снижаются контактные напряжения на границе «резец-порода», и увеличивается износостойкость ведущего резца.When the inventive tool is used, the first row cutter on the leading blade performs the main job of destroying the rock, forming a furrow, while the first row cutter on the driven blade performs an auxiliary function - cleans the furrow formed by the first cutter without reducing the mechanical speed compared to double cutters on each blade of the prototype, and restricts the introduction of the first cutter in solid rock with silicification of varying degrees, which leads to a sharp increase in axial force, or to the appearance of axial fractions. The same role of limiting the cutoff is played by the impregnated cutter of the second row on the driven blade, which is located behind the PDC cutter. Thus, the working conditions of the first row cutter are improved, contact stresses at the cutter-rock boundary are reduced, and the wear resistance of the leading cutter is increased.

В случае износа породоразрушающего резца первого ряда на ведущей лопасти, часть работы по разрушению породы выполняет резец первого ряда на ведомой лопасти, далее импрегнированный резец второго ряда на ведомой лопасти. В этом случае резец второго ряда и расположенный в створе за ним импрегнированный резец также ограничивают внедрение резца первого ряда в породу в случае резкого увеличения осевой силы при смене механических свойств горной породы (окремнение, трещиноватость), либо при возникновении осевых вибраций.In case of wear of the rock cutting tool of the first row on the leading blade, part of the work to destroy the rock is performed by the cutter of the first row on the driven blade, then the impregnated cutter of the second row on the driven blade. In this case, the second-row cutter and the impregnated cutter located in the alignment behind it also limit the introduction of the first-row cutter into the rock in the event of a sharp increase in axial force when changing the mechanical properties of the rock (silicification, fracturing), or when axial vibrations occur.

Таким образом, достигается технический результат - обеспечение более высокой рейсовой скорости проходки при бурении с отбором керна бурильной головки по сравнению с прототипом в карбонатных породах с неравномерным окремнением в совокупности с более эффективной очисткой забоя от шлама выбуренной породы в условиях частичного поглощения. Также минимизируется одна из главных проблем, нарушающих оптимальную работу бурильной головки при отборе керна в анизотропных высокоабразивных породах с переменной категорией буримости - колебания величины крутящего момента, обусловленные геологическими условиями отбора керна в анизотропных карбонатных породах с переменной степенью окремнения (5-80%). При этом новое техническое решение сохраняет главное положительное качество прототипа - сниженные вибрации головки бурильной при отборе керна, и, следовательно, обеспечивается комплексное решение задачи, на выполнение которой направлено заявляемое техническое устройство, а именно, повышается эффективность работы головки бурильной при бурении с отбором керна в анизотропном по физико-механическим свойствам с разной степенью окремнения карбонатном геологическом разрезе.Thus, a technical result is achieved - providing a higher running speed of penetration during drilling with coring of the drill bit compared to the prototype in carbonate rocks with uneven silicification, together with a more effective cleaning of the bottom from cuttings cuttings in case of partial absorption. It also minimizes one of the main problems that violate the optimal operation of the drill head during core sampling in anisotropic highly abrasive rocks with a variable drillability category - torque fluctuations due to geological conditions of core sampling in anisotropic carbonate rocks with a variable degree of silicification (5-80%). At the same time, the new technical solution retains the main positive quality of the prototype — reduced vibrations of the drill head during core sampling, and, therefore, provides a comprehensive solution to the task to which the claimed technical device is directed, namely, the work efficiency of the drill head when drilling with coring in anisotropic in physical and mechanical properties with varying degrees of silicification, carbonate geological section.

Сравнение предлагаемого устройства с прототипом выявляет наличие нескольких отличительных признаков:Comparison of the proposed device with the prototype reveals the presence of several distinctive features:

- иное, попарное последовательное расположение лопастей (ведущая, ведомая) и разная их толщина - ведущей лопасти и ведомой лопасти; вторичная, ведомая лопасть большей толщины (1,6-1,8 от толщины тонкой лопасти);- another, pairwise sequential arrangement of the blades (leading, driven) and their different thicknesses - the leading blade and the driven blade; secondary, driven blade of greater thickness (1.6-1.8 of the thickness of a thin blade);

- иное расположение резцов на лопастях ведущей (один ряд PDC) и ведомой (два ряда, где первый ряд PDC и второй ряд - резцы с импрегнированными вставками (алмазами); а лопасти располагаются попарно последовательно, причем на ведомой лопасти оба резца - резец PDC, импрегнированный резец, располагают в линии резания первого резца PDC ведущей лопасти;- a different arrangement of incisors on the leading (one row of PDC) and driven (two rows, where the first row of PDC and the second row are incisors with impregnated inserts (diamonds); and the blades are arranged in pairs in series, with both incisors being a PDC cutter on the driven blade, an impregnated cutter is positioned in a cutting line of a first cutter PDC of a driving blade;

- увеличение межлопастного пространства за счет уменьшения толщины каждой ведущей лопасти, поднимающее эффективность удаления шлама с забоя при резком увеличении скорости проходки в прослоях слабых по буримости пород, либо в зонах дробления, повышенной трещиноватости и в условиях бурения с частичным поглощением промывочной жидкости;- an increase in the inter-blade space due to a decrease in the thickness of each driving blade, increasing the efficiency of removing sludge from the face with a sharp increase in the penetration rate in interbeds of rocks with weak drillability, or in crushing zones, increased fracturing and in drilling conditions with partial absorption of drilling fluid;

- наличие наклона боковой части лопасти, от 20° до 40°, создает условия для активного квазитурбинного движения потока промывочной жидкости, улучшая гидравлическую программу промывки забоя и позволяет продолжить бурение с отбором керна в условиях частичного (до 40%) поглощения, а также увеличивает ресурс головки бурильной.- the presence of a slope of the lateral part of the blade, from 20 ° to 40 °, creates conditions for the active quasiturbine movement of the washing fluid flow, improving the hydraulic program for washing the face and allows you to continue drilling with coring in conditions of partial (up to 40%) absorption, and also increases the resource drill head.

Наличие данных признаков свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».The presence of these signs indicates the compliance of the proposed technical solution to the criterion of "novelty."

В заявке приведены все средства, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, что соответствует критерию «промышленная применимость».The application contains all the means by which it is possible to implement a utility model that meets the criterion of "industrial applicability".

Сущность технического решения поясняется чертежами.The essence of the technical solution is illustrated by drawings.

На фиг. 1 и 2 изображены аксонометрический вид и осевой разрез заявляемой головки бурильной с восемью лопастями, где четыре ведущих и четыре ведомых лопасти расположены попарно; на фиг. 3 и 4 - схематично изображено расположение резцов в лопастях головки бурильной, где на фиг. 3 изображена в разрезе ведомая лопасть; на фиг. 4 изображена в разрезе ведущая лопасть; на фиг. 5 - изображена головка бурильная в действии; на фиг. 6 - изображен процесс разрушения породы еще не изношенными резцами, на фиг. 7 - изображен процесс разрушения породы частично изношенными резцами.In FIG. 1 and 2 show an axonometric view and an axial section of the inventive drill head with eight blades, where four leading and four driven blades are arranged in pairs; in FIG. 3 and 4 - schematically shows the location of the cutters in the blades of the drill head, where in FIG. 3 is a sectional view of a driven blade; in FIG. 4 is a sectional view of a driving blade; in FIG. 5 - shows the drill head in action; in FIG. 6 - shows the process of destruction of the rock is not worn cutters, in Fig. 7 - shows the process of destruction of the rock partially worn incisors.

Устройство (фиг. 1) состоит из корпуса бурильной головки 1, лопастей ведущей 2 и ведомой 3, расположенных попарно, профиль которых армирован резцами PDC 4 и резцами с импрегнированными вставками (алмазами) - 5, где их детализация показывает: резец PDC первого ряда - 4, на ведущей лопасти (фиг. 4), резец PDC первого ряда - 4 и импрегнированный резец второго ряда - 5, а также разновысотность резцов первого и второго ряда - Δ на ведомой лопасти (фиг. 3); Боковые поверхности лопастей наклонные с углом 20-40°. На боковых поверхностях лопастей расположены калибрующие вставки 6. Для вывода буровой промывочной жидкости в корпусе бурильной головки (фиг. 2) предусмотрены промывочные каналы 7. Для предохранения корпуса от эрозии, в месте выхода промывочного отверстия расположены твердосплавные насадки 8. В корпусе бурильной головки выполнена расточка 9 для расположения кернорвателя. Бурильная головка присоединяется к корпусу керноотборного снаряда с помощью резьбы 10, которая, как правило, является конической.The device (Fig. 1) consists of the housing of the drill head 1, the leading blades 2 and the driven 3, arranged in pairs, the profile of which is reinforced with PDC 4 cutters and cutters with impregnated inserts (diamonds) - 5, where their detail shows: PDC cutter of the first row - 4, on the leading blade (Fig. 4), the PDC cutter of the first row - 4 and the impregnated cutter of the second row - 5, as well as the different height of the cutters of the first and second row - Δ on the driven blade (Fig. 3); The lateral surfaces of the blades are inclined with an angle of 20-40 °. Gauge inserts 6 are located on the lateral surfaces of the blades. To flush drilling drilling fluid, flushing channels are provided in the body of the drill head (Fig. 2) 7. To protect the housing from erosion, carbide nozzles are located at the outlet of the flushing hole 8. A bore is made in the housing of the drill head 9 for the location of the core breaker. The drill head is attached to the core of the shell using a thread 10, which, as a rule, is conical.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

От корпуса керноотборного снаряда (КОС) 11 (фиг. 5) бурильной головке 1, которая соединена с корпусом КОС резьбой 10, передаются осевая сила и вращающий момент. Под действием этих сил бурильная головка резцами 4, 5 внедряется в породу 12, и разрушает ее. Поток буровой промывочной жидкости 13, выходя через твердосплавную насадку 8, омывает забой, и удаляет частицы разрушенной породы из призабойной зоны, одновременно с этим охлаждая резцы. Таким образом, бурильная головка углубляется в породу, формируя в центральной части фрагмент породы цилиндрической формы - керн 14, который, минуя кернорватель 15, заходит в полость керноприемной трубы 16, в которой керн впоследствии доставляется на поверхность.Axial force and torque are transmitted from the coring shell body (CBS) 11 (Fig. 5) to the drill head 1, which is connected to the CBS body by a thread 10. Under the influence of these forces, the drill head cutters 4, 5 penetrate into the rock 12, and destroys it. The flow of drilling drilling fluid 13, leaving through the carbide nozzle 8, washes the bottom, and removes particles of the destroyed rock from the bottomhole zone, while simultaneously cooling the cutters. Thus, the drill head goes deeper into the rock, forming in the central part a rock fragment of a cylindrical shape - core 14, which, bypassing the core burrow 15, enters the cavity of the core receiving pipe 16, in which the core is subsequently delivered to the surface.

Claims

1. A drill head containing a housing with flushing channels and blades, the side surface of which is equipped with calibrating inserts, the housing has an internal cavity for installing a core explorer, as well as a connecting thread for connecting with a core sample, and the profile of the blades is reinforced with rows of incisors so that the incisors of the first rows and incisors located behind the incisors of the first row, are located strictly one after another, in the line of movement of the first incisor, characterized in that the drill head includes two types of blades - leads main and driven, and the leading and driven blades are arranged in pairs, sequentially to the axis of the drill head, the profile of the leading blade is reinforced with one row of PDC cutters, and the profile of the driven blade is reinforced with two rows of cutters, where the first row of cutters is PDC and the second row of cutters is diamond impregnated crumb, while the cutter on the driven blade is located strictly behind the cutter in the leading blade, and the driven blade of greater thickness is 1.6-1.8 of the thickness of the leading blade, and the side surface of each blade is inclined to the axis of the bore equally th angle, and mezhlopastnoe space kept the same.

2. The device according to p. 1, characterized in that the number of paired blades - leading and driven, equal to two.

3. The device according to p. 1, characterized in that the number of paired blades-leading and driven, more than two, namely 3, 4, 5 or 6.

4. The device according to p. 1, characterized in that all the blades have a lateral tilt from 20 to 40 °.