Результаты исследований по созданию инновационных алмазных долот для бурения боковых стволов

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

Результаты исследований по созданию инновационных алмазных долот для бурения боковых стволов

Р.М. Богомолов,

А.М. Гринев, Н.И. Дедов

Аннотация

Приводятся результаты исследований в разработке инновационной конструкции алмазных долот малого диаметра для строительства боковых стволов наклонных и горизонтальных скважин. На основе анализа различных вариантов формы и работы алмазных долот разработаны рекомендации по созданию принципиально новых долот с эффектом самозавинчивания, компенсирующим недостающую осевую нагрузку от веса бурильной колонны, недостаточную для разрушения породы на забое и интенсивной работы алмазного долота.

Ключевые слова: боковые стволы, алмазное долото, отсадная колонна, скорость бурения.

R.M. Bogomolov, A.M. Grinyov, N.I. Dedov. Results of researches on creation of the innovative diamond chisels for drilling of lateral trunks

The results of researches in development of an innovative design of diamond chisels of small diameter for construction of lateral trunks of inclined planes and horizontal wells are given. On the basis of the analysis of various options of a form and work of diamond chisels the recommendations about creation of essentially new chisels with the effect of self-screwing up compensating missing axial loading from the weight of a boring column, insufficient for destruction of breed on a face and a hard work of a diamond chisel are developed.

Keywords: lateral trunks, diamond chisel, upsetting column, drilling speed.

Горизонтальные боковые стволы, забуриваемые через боковые отверстия-окна в отсадной колонне, диаметр которых заведомо меньше диаметра этой колонны. Поэтому диаметры долот, применяемых для бурения боковых стволов должны быть еще меньшими, чем диаметры отверстия-окна в отсадной колонне, обычно это долота диаметром 124 мм. Вес колонны бурильных труб, соответствующий применению с долотами указанного малого размера, особенно в неглубоких горизонтах, часто бывает недостаточным для обеспечения осевой нагрузки на долото для интенсивного разрушения породы на забое.

Это приводит к резкому снижению механической скорости бурения, увеличению интенсивности абразивного истирания корпуса и вооружения долота; снижению эффективности бурения.

Обеспечением интенсивности осевого нагружения долота занимались ученые в нашей стране и за рубежом. Например, в 1970 годц авторы патента США [1], создали конический винтовой бур для бурения горных пород, имевший центральный сменный наконечник заостренной формы, игравший роль пилотного направления при начале бурения, а также винтовое лезвие, закрепленное на центральной штанге. Следуя за закрепленным наконечником, винтовое лезвие постепенно разрушало породу и обеспечивало смещение ее винтовой кромкой в сторону устья скважины.

Контакт конического непрерывного лезвия с конической поверхностью стенки получаемой скважины резко снижая вибрации и биение долота, присущие шарошечным долотам, когда диаметр получаемой при бурении скважины больше диаметра долота. Вибрации и биение долота, неизбежные при шарошечном бурении, способствуют его преждевременному разрушению. инновационный алмазный долото бурильный самозавинчивание

Однако, при применении винтового бура, по мере затупления острого наконечника снижается интенсивность разрушения и без того малая линейная скорость резцов, близких к оси долота, где теоретически она вообще близка к нулю. Долото «зависает» на центральной зоне забоя, поскольку линейная скорость разрушения породы в ней, отстает от линейной скорости разрушения в периферийной зоне, где она максимальна.

Позже, в 1987 году, авторы патента США [2] заменили малоээфективное однозаходное на многозаходное винтовое расположение лопастей, при которой периферийная поверхность лопастей, обращенная к стенке скважины, а также торцевая их поверхность, были вооружены алмазными резцами. Кроме того, горизонтальная проекция расположения лопастей, в совокупности, полнее перекрывала всю длину окружности долота по его наибольшему диаметру.

Но и у этой конструкции, как и у предыдущей была перегруженность вооружением в центральной зоне, способствующая снижению механической скорости и «зависанию» долота на забое.

В 2009 году в ОАО «Волгабурмаш» разработано долото с алмазным вооружением, [3] и предназначенное для бурения дополнительных боковых стволов с эффектом самозавинчивания и с отбором керна.

Вооружение этого долота представлено в виде алмазных резцов на двух или более заходных непрерывных конических винтовых лопастях, разделенных каналами для прохода из центральной части долота к поверхности забоя промывочной жидкости. Часть промывочной жидкости была направлена в зазор между стенкой отверстия под керн и образующимся столбиком керна. Этот зазор обеспечивает охлаждение и промывку породоразрушающих элементов на торце долота, обуривающих керн. Элементы вооружения в виде алмазных резцов, расположенных снаружи лопастей исключали биение долота в скважине и обеспечивали эффект завинчивания в дополнение к осевой нагрузке от веса бурильной колонны.

Однако, конструкция керноприемника не позволяла из-за малых габаритов стенки в самой нижней части разместить достаточно мощные и стойкие породоразрушающие элементы, обуривающие основание керна. Кроме того, сам столбик керна в значительной мере препятствовал проходу промывочной жидкости для очистки забоя. Слишком большое число витков, одновременно находившихся в контакте со стенкой скважины снижал эффект самозавинчивания долота.

В 1914 году в результате исследований появилась новая инновационная конструкция алмазного долота РДС малого диаметра для бурения боковых стволов, обладающая мировой новизной, созданная в СамГТУ и в ОАО «Волгабурмаш» [4]. Эта конструкция, подобно «шурупу-саморезу» способна ввинчиваться в породу при самой осевой нагрузке или вообще без нее, лишь только с приложением увеличивающегося крутящего момента от мощного гидропривода долота. Эта конструкция лишена недостатков вышеприведенных базовых конструкций с использованием их преимуществ.

Вершина этого долота выполнена в виде удлиненного выступа с диаметром основания, равным d = (0,6ч0,7)D и высотой h = (0,4ч0,6)D от наружного диаметра долота, оснащенного РДС-элементами, расположенными в плоскостях, близких к параллельным оси долота, на двух или более лопастях и промывочными отверстиями с насадками, образующего при бурении предварительную нишу. Начиная с этой ниши, конические винтовые лопасти с породообразующими элементами последовательно разрушают оставшуюся породу на стенке от диаметра выступа до диаметра долота, с увеличенным эффектом самозавинчивания.

На рис. 1 и 2 показан общий вид нового инновационного долота. Долото имеет корпус 1, с конической присоединительной резьбой 2, шейкой 3, закрепления и раскрепления на бурильной колонне, пояс 5, предназначенного для размещения калибрующих зубков РДС или твердосплавных, корпус имеет наклонные винтовые лопасти 7. Для размещения породоразрушающих элементов 8, наклонные винтовые канавки-пазы 9 для восходящего потока промывочной жидкости с забоя, на удлиненном выступе 10 долота диаметром d и высотойh расположены две или более лопасти 11 с зубьями 12, расположенными в плоскостях, близких к параллельным оси долота. Позицией 13 обозначены промывочные боковые отверстия с износостойкими насадками, а позицией 14 - промывочные каналы на выступе.

Долото работает следующим образом. При забуривании и углублении в породу центральная часть забоя в виде ниши оказывается разбуренной в первую очередь вершиной удлиненного выступа, оснащенной мощными зубками РДС. При входе в эту нишу зубья РДС на боковых конических винтовых лопастях врезаются в оставшуюся на стенке скважины породу с увеличенным эффектом самозавинчивания. Наличие этого эффекта сводит на нет возможность биения долота и стабилизирует работу вооружения. При работе в мягких и средних по твердости породах, для которых долото предназначено, значительно вырастают проходка и механическая скорость бурения, что подтверждается испытанием опытных образцов в стендовых и промысловых условиях.

Список литературы

1. Патент США 3537537 МПК Е21С 13/04, 1970 г.

2. Патент США №5004057, МПК Е21С 10/46, 1987 г.

3. Патент США №5004057 МПК Е21С 10/46, 1987 г.

4. Патент РФ №2360096, МПК Е218 10/00, 2009 г. Долото РДС для бурения горизонтальных скважин.

5. Р.М. Богомолов, И.Н. Некрасов, С.М. Крылов, А.И. Дедов, А.М. Гринев, К.С. Серых. Патент РФ №2520317 С2, МПК Е21В 10/43, 2014 г.

Размещено на Allbest.ru