RU201798U1

RU201798U1 - SPREADING TOOL

Info

Publication number: RU201798U1
Application number: RU2020121452U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Селиванов; Яков Владимирович Клюйков
Original assignee: Акционерное общество "Пермнефтемашремонт"
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2021-01-13

Abstract

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности. Предлагается породоразрушающий инструмент для осуществления способа бурения горных пород содержащий кольцевой полый корпус 1 с наружными 2 и торцевыми 3 лопастями, в которых закреплены скважинно- и кернообразующие резцы 4, 5 и центральное кернообразующее отверстие 6, выполненное в нижней части корпуса 1, промывочную систему для его охлаждения и очистки забоя от шлама потоком жидкости.В верхней части корпуса выполнена резьба 7 для соединения винтовым забойным двигателем или буровыми трубами, внутренняя часть корпуса снабжена неосесимметричной поверхностью 8, наклоненной относительно оси породоразрушающего инструмента, в которой выполнено отверстие 9, промывочной системы.Полость центрального кернообразующего отверстия 6 корпуса 1 в верхней части выполнено диаметром 10 больше диаметра 11 кернообразующего отверстия в нижней части корпуса.Породоразрушающим инструментом осуществляют двухэтапное разрушение породы. На первом этапе заглубленной торцевой частью инструмента осуществляют бурение кольцевым забоем и нарезание короткого керна, с одновременной калибровкой стенок скважины. На втором - разрушение полученного керна дроблением, и/или резаньем, и/или прикладыванием циклической боковой нагрузки или комбинацией этих приемов с целью получения циклических напряжений в основании керна приводящих к появлению трещин и разрушению породы.Технический результат - повышение эффективности и надежности бурения скважин в крепких и в очень крепких породах, в особенности при наклонно-направленном бурении. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the oil and gas industry. A rock-cutting tool is proposed for implementing the method of drilling rocks containing an annular hollow body 1 with outer 2 and end 3 blades, in which borehole and core-forming cutters 4, 5 are fixed and a central core-forming hole 6, made in the lower part of the body 1, a flushing system for it cooling and cleaning the bottomhole from cuttings with a fluid flow. In the upper part of the body there is a thread 7 for connection with a screw downhole motor or drill pipes, the inner part of the body is equipped with a non-axisymmetric surface 8, inclined relative to the axis of the rock cutting tool, in which hole 9 is made, of the flushing system. the core-forming hole 6 of the housing 1 in the upper part is made with a diameter 10 greater than the diameter 11 of the core-forming hole in the lower part of the housing. The rock-cutting tool is used to carry out a two-stage destruction of the rock. At the first stage, the buried end part of the tool is used for drilling with an annular bottom and cutting a short core, with simultaneous calibration of the borehole walls. At the second stage - the destruction of the obtained core by crushing, and / or cutting, and / or applying a cyclic lateral load or a combination of these techniques in order to obtain cyclic stresses at the core base leading to the appearance of cracks and rock destruction. hard and very hard formations, especially in directional drilling. 2 wp f-ly, 2 dwg

Description

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности в частности к породоразрушающему инструменту для бурения горных пород.The utility model relates to the oil and gas industry, in particular, to rock cutting tools for drilling rocks.

Известно долото для бурения горизонтальных скважин включает корпус с присоединительной резьбой, породоразрушающие элементы, промывочные каналы, в том числе центральный наклонный промывочный канал, выполненный со стороны забоя, армированный износостойким покрытием или оснащенный керноломом с отбойными штырями. Вооружение долота выполнено в виде режущих рядов последовательно размещенных друг за другом породоразрушающих зубьев, расположенных на однозаходных, двух- или более заходных конических винтовых лопастях, разделенных коническими винтовыми канавками для выхода с забоя промывочной жидкости и частиц выбуренной породы. При этом оптимальная величина угла подъема конических винтовых лопастей находится в пределах 48°÷75°. Оптимальным углом наклона отверстия под керн к оси долота является его величина в пределах 15°÷23°. Оптимальная величина диаметра отверстия под керн составляет 12%÷18% от наружного диаметра долота. Промывочные каналы для очистки забоя от выбуренной породы направлены из центрального канала в наружные винтовые канавки с наклоном под острым углом к их поверхности в сторону направления восходящего потока промывочной жидкости.Known bit for drilling horizontal wells includes a housing with a connecting thread, rock-cutting elements, flushing channels, including a central inclined flushing channel made from the side of the face, reinforced with a wear-resistant coating or equipped with a core breaker with bump pins. The bit structure is made in the form of cutting rows of rock-cutting teeth sequentially placed one after the other, located on single-thread, two- or more lead-in conical helical blades, separated by conical helical grooves for the exit from the bottom of the drilling fluid and particles of cuttings. In this case, the optimal value of the angle of elevation of the conical helical blades is within 48 ° ÷ 75 °. The optimum angle of inclination of the hole for the core to the bit axis is its value within 15 ° ÷ 23 °. The optimal value of the hole diameter for the core is 12% ÷ 18% of the outer diameter of the bit. The flushing channels for cleaning the bottom hole from the cuttings are directed from the central channel to the outer screw grooves with an inclination at an acute angle to their surface in the direction of the ascending flow of the drilling fluid.

При забуривании и углублении в породу долота центральная часть породы забоя в виде керна оказывается внутри наклоненного к оси долота канала. Износостойкие зубки-керноломы, или армированная износостойким материалом наклонная поверхность стенки в этом канале, встречают керн и легко его разрушают в процессе бурения. Долото в основном предназначено при работе в мягких и средних породах. (пат. РФ №2360096 МПК Е21В 10/00, опуб. 27.06.09 г.)When drilling and deepening into the rock of the bit, the central part of the bottomhole rock in the form of a core is inside the channel inclined to the axis of the bit. Wear-resistant core-breaker teeth, or an inclined wall surface reinforced with wear-resistant material in this channel, meet the core and easily break it during drilling. The bit is primarily intended for use in soft to medium formations. (Patent RF No. 2360096 IPC E21B 10/00, publ. 27.06.09)

Выше описанное изобретение взято в качестве прототипа для предлагаемого устройства.The above described invention is taken as a prototype for the proposed device.

Недостатки устройства-прототипа недостаточная эффективность и надежность бурения скважин в крепких и в очень крепких породах, в особенности при наклонно-направленном бурении.The disadvantages of the prototype device are insufficient efficiency and reliability of well drilling in hard and very hard rocks, especially in directional drilling.

Проблема, решаемая полезной моделью - создание простой и надежной конструкции породоразрушающего инструмента, свободной от недостатков прототипа.The problem solved by the utility model is the creation of a simple and reliable design of a rock cutting tool, free from the shortcomings of the prototype.

Вышеуказанная проблема решается, и достигается технический результат с помощью указанных в формуле полезной модели существенных признаков, таких как породоразрушающий инструмент характеризуется тем, что содержит кольцевой полый корпус 1 с наружными 2 и торцевыми 3 лопастями, в которых закреплены скважинно- и кернообразующие резцы 4, 5, при этом наружные лопасти 2 выполнены под наклоном к оси инструмента предпочтительно под углом 5-30°, и центральное кернообразующее отверстие 6, выполненное в нижней части корпуса 1, промывочную систему для его охлаждения и очистки забоя от шлама потоком жидкости, в верхней части корпуса выполнена резьба 7 для соединения винтовым забойным двигателем или буровыми трубами, внутренняя часть корпуса снабжена неосесимметричной поверхностью 8, наклоненной относительно оси породоразрушающего инструмента предпочтительно под углом 5-30°, в которой выполнено отверстия 9, промывочной системы, при этом полость центрального кернообразующего отверстия 6 корпуса 1 в верхней части выполнено диаметром 10 больше на 10-20% диаметра 11 кернообразующего отверстия в нижней части корпуса.The above problem is solved, and the technical result is achieved using the essential features indicated in the formula of the utility model, such as the rock cutting tool is characterized by the fact that it contains an annular hollow body 1 with external 2 and end 3 blades, in which borehole and core-forming cutters 4, 5 are fixed , while the outer blades 2 are made inclined to the tool axis, preferably at an angle of 5-30 °, and the central core-forming hole 6, made in the lower part of the housing 1, a flushing system for cooling it and cleaning the bottom from cuttings with a liquid flow, in the upper part of the housing a thread 7 is made for connection with a screw downhole motor or drill pipes, the inner part of the body is provided with a non-axisymmetric surface 8, inclined relative to the axis of the rock cutting tool, preferably at an angle of 5-30 °, in which holes 9 are made of the flushing system, while the cavity of the central core-forming hole 6 of the body 1 in ve The upper part is made with a diameter of 10 more by 10-20% of the diameter 11 of the core-forming hole in the lower part of the body.

Согласно п. 2 формулы полезной модели резцы 4, 5, выполнены из алмазного РДС материала и/или снабжены твердосплавным покрытием, импрегнированным алмазной крошкой 12.According to clause 2 of the utility model formula, the cutters 4, 5 are made of diamond RDS material and / or equipped with a hard-alloy coating impregnated with diamond chips 12.

Согласно п. 3 формулы полезной модели в отверстия 9 промывочной системы установлены гидромониторные насадки 13 из износостойкого материала.According to clause 3 of the formula of the utility model, jet nozzles 13 made of wear-resistant material are installed in the holes 9 of the flushing system.

Выше перечисленная совокупность существенных признаков породоразрушающего инструмента позволяет получить следующий технический результат - повышение эффективности разрушения полученного керна и ускорение процесса бурения в целом, особенно в крепких и очень крепких породах.The above-listed set of essential features of a rock-cutting tool allows you to obtain the following technical result - an increase in the efficiency of destruction of the obtained core and acceleration of the drilling process in general, especially in hard and very hard rocks.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где приведена на фиг. 1 - конструкция породоразрушающего инструмента, общий вид. На фиг. 2 - разрез нижней части корпуса фиг. 1.The utility model is illustrated by the drawings, which are shown in FIG. 1 - construction of rock cutting tool, general view. FIG. 2 is a sectional view of the lower part of the body of FIG. one.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит кольцевой полый корпус 1 с наружными 2 и торцевыми 3 лопастями, в которых закреплены скважинно-и кернообразующие резцы 4, 5 при этом наружные лопасти 2 выполнены под наклоном к оси инструмента предпочтительно под углом 5-30°, и центральное кернообразующее отверстие 6, выполненное в нижней части корпуса 1. Инструмент снабжен промывочной системой для его охлаждения и очистки забоя от шлама потоком жидкости. В верхней части корпуса выполнена резьба 7 для соединения с винтовым забойным двигателем или буровыми трубами. Внутренняя часть корпуса снабжена неосесимметричной поверхностью 8, (фиг. 2) наклоненной относительно оси породоразрушающего инструмента под углом 5-30° (угол является оптимальным, подобран экспериментальным путем), в которой выполнены отверстия 9 промывочной системы. Полость центрального кернообразующего отверстия 6 корпуса 1 в верхней части выполнено диаметром 10 на 10-20% (соотношение размеров является оптимальным, подобрано экспериментальным путем), больше диаметра 11 кернообразующего отверстия в нижней части корпуса.The proposed device (Fig. 1) contains an annular hollow body 1 with outer 2 and end 3 blades, in which the downhole and core-forming cutters 4, 5 are fixed, while the outer blades 2 are made inclined to the tool axis, preferably at an angle of 5-30 °, and a central core-forming hole 6, made in the lower part of the housing 1. The tool is equipped with a flushing system for cooling it and cleaning the bottom of the hole from cuttings with a liquid flow. In the upper part of the body there is a thread 7 for connection with a screw downhole motor or drill pipes. The inner part of the body is equipped with a non-axisymmetric surface 8 (Fig. 2) inclined relative to the axis of the rock cutting tool at an angle of 5-30 ° (the angle is optimal, selected experimentally), in which holes 9 of the flushing system are made. The cavity of the central core-forming hole 6 of the housing 1 in the upper part is made with a diameter of 10 by 10-20% (the size ratio is optimal, selected experimentally), larger than the diameter 11 of the core-forming hole in the lower part of the housing.

Резцы 4,5 выполнены из алмазного РДС материала и/или снабжены твердосплавным покрытием, импрегнированным алмазной крошкой 12. Наружные лопасти 2 выполнены под наклоном к оси инструмента предпочтительно под углом 5-30° (угол является оптимальным, подобран экспериментальным путем), а в отверстия 9 промывочной системы установлены гидромониторные насадки 13 из износостойкого материала. Насадки создают гидромониторный эффект (увеличивают скорость струи промывочной жидкости, что способствует появлению эффекта размыва породы и увеличивает эффективность выноса шлама из зоны резанья), а также уменьшают (исключают) размыв самого инструмента промывочной жидкостью.Cutters 4,5 are made of diamond RDS material and / or equipped with a hard-alloy coating impregnated with diamond grit 12. The outer blades 2 are made inclined to the tool axis, preferably at an angle of 5-30 ° (the angle is optimal, selected experimentally), and in the holes 9 of the flushing system installed hydromonitor nozzles 13 made of wear-resistant material. The nozzles create a jetting effect (increase the speed of the jet of the flushing fluid, which contributes to the appearance of the erosion effect of the rock and increases the efficiency of the removal of cuttings from the cutting zone), and also reduce (eliminate) the erosion of the tool itself by the flushing fluid.

Предлагаемый инструмент используется в следующей последовательности.The proposed tool is used in the following sequence.

Способ бурения горных пород, включает бурение кольцевым забоем, вращением выше описанного породоразрушающего инструмента и очисткой забоя от шлама потоком промывочной жидкости через породоразрушающий инструмент посредством бурового насоса. В процессе вращения долота, породоразрушающим инструментом осуществляют двухэтапное разрушение породы, на первом этапе выступающей частью инструмента осуществляют бурение кольцевым забоем и нарезание керна, с одновременной калибровкой стенок скважины На втором - разрушение полученного керна дроблением, и/или резаньем, и/или прикладыванием циклической боковой нагрузки с целью получения циклических напряжений в основании керна приводящих к появлению трещин и разрушению породы или комбинацией этих приемов, и выносом шлама промывочной жидкостью из забоя. Особенность прикладываения боковой циклической нагрузки приведена ниже. После формирования короткого керна торцевой частью инструмента, керн «проходит» внутрь инструмента и упирается в заглубленный торец инструмента. Торец представляет собой неосесимметричную поверхность (в наиболее простом виде - плоскость наклоненную к оси вращения инструмента под углом 5-30°). Так как плоскость наклонена, сила реакции соприкосновения керна и плоскости так же наклонена к оси вращения инструмента. Таким образом появляется две составляющих силы реакции: осевая (может быть использована для резанья или дробления) и радиальная, которая вращается вместе с инструментом вокруг оси инструмента и создающей циклическую боковую нагрузку. Для создания эффекта деформации керна под действием боковой силы в инструменте предусмотрено расширение внутреннего диаметра.The method of drilling rocks includes drilling with an annular face, rotating the above-described rock cutting tool and cleaning the bottom of the hole from cuttings with a stream of drilling fluid through the rock cutting tool by means of a mud pump. During the rotation of the bit, the rock cutting tool carries out a two-stage destruction of the rock, at the first stage, the protruding part of the tool carries out drilling with an annular face and cutting the core, with simultaneous calibration of the borehole walls At the second stage, the destruction of the obtained core by crushing, and / or cutting, and / or applying a cyclic lateral loads in order to obtain cyclic stresses at the base of the core leading to the appearance of cracks and destruction of the rock or a combination of these techniques, and the removal of cuttings by the drilling fluid from the bottom hole. The peculiarity of applying a lateral cyclic load is given below. After the formation of a short core with the end part of the tool, the core "passes" into the tool and abuts against the recessed end of the tool. The end face is a non-axisymmetric surface (in its simplest form, a plane inclined to the axis of rotation of the tool at an angle of 5-30 °). Since the plane is inclined, the reaction force of the core-plane contact is also inclined to the axis of rotation of the tool. Thus, two components of the reaction force appear: axial (can be used for cutting or crushing) and radial, which rotates with the tool around the tool axis and creates a cyclic lateral load. To create the effect of deformation of the core under the action of lateral force, an expansion of the inner diameter is provided in the tool.

Таким образом в процессе вращения с подачей промывочной жидкости породоразрушающий инструмент осуществляет двухэтапное разрушение породы, на первом этапе выступающей торцевой частью инструмента осуществляют бурение кольцевым забоем и нарезание короткого керна, с одновременной калибровкой стенок скважины. На втором - разрушение полученного керна дроблением, и/или резаньем, и/или прикладыванием циклической боковой нагрузки или комбинацией этих приемов с целью получения циклических напряжений в основании керна приводящих к появлению трещин и разрушению породы, и последующим выносом шлама промывочной жидкостью из забоя.Thus, in the process of rotation with the supply of drilling fluid, the rock cutting tool carries out a two-stage destruction of the rock, at the first stage, with the protruding end part of the tool, drilling with an annular bottom and cutting a short core is carried out, with simultaneous calibration of the borehole walls. On the second - the destruction of the obtained core by crushing, and / or cutting, and / or by applying a cyclic lateral load or a combination of these techniques in order to obtain cyclic stresses at the base of the core leading to the appearance of cracks and destruction of the rock, and the subsequent removal of cuttings by the drilling fluid from the bottomhole.

Данное описание рассматривается как материал, иллюстрирующий полезную модель, сущность которой и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.This description is considered as material illustrating a utility model, the essence of which and the scope of patent claims are defined in the following formula, a set of essential features and their equivalents.

Claims

1. Rock-cutting tool, characterized in that it contains an annular hollow body 1 with outer 2 and 3 end blades, in which the borehole and core-forming cutters 4, 5 are fixed, while the outer blades 2 are made inclined to the tool axis, preferably at an angle of 5- 30 °, and a central core-forming hole 6, made in the lower part of the housing 1, a flushing system for cooling it and cleaning the bottom from cuttings with a fluid flow, in the upper part of the housing there is a thread 7 for connecting a screw downhole motor or drill pipes, the inner part of the housing is equipped with a non-axisymmetric surface 8, inclined relative to the axis of the rock cutting tool, preferably at an angle of 5-30 °, in which holes 9 are made of the flushing system, while the cavity of the central core-forming hole 6 of the body 1 in the upper part is made with a diameter of 10 10-20% larger than the diameter 11 of the core-forming hole at the bottom of the case.

2. Tool according to claim 1, characterized in that the cutters 4, 5 are made of diamond PDC material and / or are provided with a hard-alloy coating impregnated with diamond chips 12.

3. The tool according to claim. 1, characterized in that the holes 9 of the flushing system are equipped with jet nozzles 13 made of wear-resistant material.