устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин

Формула изобретения

1. Устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающее буровое долото, корпус которого снабжен высокопрочными резцами и узлом соединения с бурильными трубами, отличающееся тем, что корпус бурового долота выполнен пустотелым и снабжен отверстиями, с корпусом жестко соединена труба, торцы которой снабжены кольцеобразными перегородками, а внутри трубы размещены мелющие тела, выполненные в виде шаров или стержней.

2. Устройство для бурения по п.1, отличающееся тем, что корпус бурового долота выполнен в виде усеченного конуса, полусферы, полуэллипсоида или эллиптического параболоида.

3. Устройство для бурения по п.1, отличающееся тем, что корпус бурового долота выполнен из стержневых элементов, соединенных кольцеобразными ребрами жесткости.

4. Устройство для бурения по п.1, отличающееся тем, что кольцеобразная перегородка со стороны долота снабжена расположенными вне трубы радиальными ребрами, соединенными с направляющим конусом, вершина которого размещена внутри трубы, причем диаметр направляющего конуса в сечении кольцеобразной перегородки меньше диаметра отверстия кольцеобразной перегородки.

5. Устройство для бурения по п.1, отличающееся тем, что перед противолежащей буровому долоту кольцеобразной перегородкой установлена дополнительная перфорированная перегородка, снабженная размещенными в зазоре между перегородками радиальными ребрами, ребра соединены с направляющим конусом с вершиной вне трубы, причем диаметр направляющего конуса в сечении перегородки меньше диаметра отверстия кольцеобразной перегородки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам бурения скважин и предназначено, в основном, для бурения наклонно-горизонтальных скважин в грунтах, представляющих собой слабоцементированный глиной или суглинком каменистый кусковой материал.

Известно устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающее два разъемных подвижных корпуса, один из которых соединен с долотом, а второй - с бурильными трубами (см. патент RU №2244795 С1, МКИ 7 Е21В 7/08, «Устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин», дата публикации 20.01.2005 г.). Устройство отличается сложной конструкцией и не может быть использовано для бурения в грунтах с кусковым, каменистым материалом.

Наиболее близким к настоящему изобретению является устройство для бурения, включающее конусообразный корпус с высокопрочными резцами и узлом соединения с бурильными трубами (см., например, А.И.Булатов и А.Г.Аветисов. «Справочник инженера по бурению», 2-е издание, книга 3, стр.103-106, рис.2-36, Москва, Изд. «Недра», 1995 год). Недостатком данного устройства при его конструктивной простоте является также практическая невозможность использования для бурения скважин в грунтах с кусковым, каменистым материалом.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании универсального устройства для бурения, способного работать в грунтах с обычными характеристиками и в грунтах с каменистыми, кусковыми включениями.

Достигаемый технический результат состоит в формировании скважины с надежным закреплением ее стенок, в рациональной организации вывода из скважины грунта совместно с буровыми растворами или водой при отказе от использования буровых растворов, в ускорении темпов проходки скважины.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата в устройстве для бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающем буровое долото, корпус которого снабжен высокопрочными резцами и узлом соединения с бурильными трубами, корпус бурового долота выполнен пустотелым и снабжен отверстиями, с корпусом жестко соединена труба, торцы которой снабжены кольцеобразными перегородками, а внутри трубы размещены мелющие тела, выполненные в виде шаров или стержней. Корпус бурового долота выполнен в виде усеченного конуса, полусферы, полуэллипсоида или эллиптического параболоида. Корпус бурового долота выполнен из стержневых элементов, соединенных кольцеобразными ребрами жесткости. Кольцеобразная перегородка со стороны долота снабжена расположенными вне трубы радиальными ребрами, соединенными с направляющим конусом, вершина которого размещена внутри трубы, причем диаметр конуса в сечении перегородки меньше диаметра отверстия перегородки. Перед противолежащей буровому долоту кольцевой перегородкой установлена дополнительная перфорированная перегородка, снабженная размещенными в зазоре между перегородками радиальными ребрами, ребра соединены с направляющим конусом с вершиной вне трубы, причем диаметр конуса в сечении перегородки меньше диаметра отверстия перегородки.

Сущность настоящего изобретения состоит в следующем.

Работоспособность буровых долот известных конструкций при проходке наклонных или горизонтальных скважин в наиболее часто встречающихся типах грунтов не вызывает сомнений. Несопоставимо хуже дело обстоит при работе долота известной конструкции в грунтах с кусковыми каменистыми включениями, слабоцементированными глиной или суглинком. Глина или суглинок интенсивно вымываются бурильными растворами или водой. Каменистые включения отжимаются к стенкам скважины. При дальнейшем продвижении вперед устройства для бурения каменистые включения, оставшиеся практически в первоначальном состоянии, при отсутствии цементирующих составляющих обрушиваются и заваливают уже пройденную скважину. Повторное бурение результатов не дает.

Положительный результат при проходке может быть получен при условии измельчения каменистых включений и выноса их буровыми растворами или водой.

В настоящем изобретении реализована именно эта возможность. При выполнении бурового долота пустотелым каменистые включения попадают в полость долота через отверстия в корпусе. Присоединенная к буровому долоту труба с кольцевыми перегородками на торцах при размещении внутри трубы мелющих тел в виде шаров или стержней играет роль, соответственно, шаровой или стержневой мельницы. При этом естественно необходим правильный выбор числа оборотов бурового долота. Соответствующие теоретические положения могут быть легко установлены (см., например, П.М.Сиденко. «Измельчение в химической промышленности», М., Издательство «Химия», 1977, стр.174-211). Естественно, что практически равный диаметру долота диаметр трубы целесообразно принимать ориентировочно не меньшим 500-600 мм. Имеющиеся практические данные работы стержневых мельниц позволяют также легко установить ориентировочную скорость движения бурового долота на основании известной производительности стержневой или шаровой мельницы. При применении при бурении буровых растворов или воды работа трубы со стержневой насадкой принимает характер, присущий мельницам мокрого помола. В этом случае, например, при диаметре бурового долота на уровне 900 мм, затрачиваемой мощности на дробление 20-30 кВт, числе оборотов 33 об/мин и при конечной крупности дробленного материала <1 мм производительность дробления составляет 2,7 т/ч. Данная цифра легко трансформируется в скорость проходки на уровне 3 м/ч (см., например, П.М.Сиденко «Измельчение в химической промышленности», М., Издательство «Химия», 1977, стр.169, таблицы 23 и 24).

Выполнение корпуса бурового долота целесообразно в виде усеченного конуса, полусферы, полуэллипсоида или эллиптического параболоида из стержневых элементов, соединенных кольцеобразными ребрами жесткости. При оснащении кольцеобразных перегородок радиальными ребрами, соединенными с направляющими конусами, формируется целесообразный вариант загрузки кусков в трубу и выгрузки из нее измельченного материала.

Конструкция устройства для бурения по настоящему изобретению эскизно представлена на чертеже.

Устройство для бурения содержит корпус 1. На данном чертеже корпус 1 имеет конусообразную форму и выполнен из стержневых элементов 2, соединенных кольцеобразными ребрами жесткости 3. Корпус 1 снабжен высокопрочными резцами 4 и узлом соединения с бурильными трубами 5. Выполнение корпуса 1 из стержневых элементов реализует два основных признака настоящего изобретения: корпус 1 является пустотелым и не обладает сплошной поверхностью. С корпусом жестко соединена труба 6, торцы которой снабжены кольцеобразными перегородками 7 и 8. Внутри трубы 6 размещены мелющие тела 9 (в данном варианте - стержни с длиной, несколько меньшей расстояния между перегородками 7 и 8). Корпус 1 может быть выполнен в виде полусферы, полуэллипсоида или эллиптического параболоида. Кольцеобразная перегородка 7 со стороны долота снабжена расположенными вне трубы радиальными ребрами 10, соединенными с направляющим конусом 11, вершина которого размещена внутри трубы, причем диаметр конуса в сечении перегородки меньше диаметра отверстия в перегородке 7. Перед противолежащей буровому долоту кольцевой перегородкой 8 установлена дополнительная перфорированная перегородка 12, снабженная размещенными в зазоре между перегородками 8 и 12 радиальными ребрами 13. Ребра 13 соединены с направляющим конусом 14 с вершиной вне трубы, причем диаметр конуса 14 в сечении перегородки меньше диаметра отверстия в перегородке 8.

При бурении предлагаемым устройством целесообразно, как указано выше, принимать величину диаметра устройства не менее 500-500 мм. В этом случае устройство для бурения целесообразно протягивать после формирования скважины малого диаметра. Конструкция устройства в данном случае полностью соответствует приведенной на чертеже. При необходимости проталкивания устройства изменяется место расположения узла крепления с бурильными трубами. Естественно появляется необходимость введения дополнительных конструктивных элементов, которые однако не являются существенными и очевидны для специалиста. Поэтому в данном описании конструктивный вариант, реализующий проталкивание устройства для бурения, нами не рассматривается.

Устройство для бурения по настоящему изобретению работает следующим образом.

Бурильные трубы, обеспечивающие вращение устройства для бурения и подведение бурильных растворов, соединяют с узлом крепления 5. При протягивании устройства для бурения на грунт воздействует корпус 1. Выполнение корпуса из стержневых элементов 2, которые соединены в единый узел кольцеобразными ребрами жесткость 3, и оснащение стержневых элементов 2 высокопрочными резцами 4 позволяет не только разрушать грунт, но и попадать достаточно крупным неразрушенным кускам, в частности каменистым включениям, внутрь корпуса. Благодаря радиальным ребрам 10 и направляющему конусу 11 куски далее попадают внутрь трубы 6. В трубе 6 мелющие стержни 9 разрушают каменистые включения. Работу стержней 9 именно внутри трубы 6 обеспечивают в данном варианте кольцеобразная перегородка 7 и дополнительная перфорированная перегородка 12. Дополнительная перфорированная перегородка 12 обеспечивает также и определенную крупность помола исходных кусковых каменистых включений. Благодаря подаче воды или бурильного раствора измельчение материала носит характер мокрого помола. Прошедший через отверстия в перегородке 12 размолотый грунт, благодаря радиальным ребрам 13 и направляющему конусу 14, выгружается из устройства для бурения. Уровень материала в трубе 6 обеспечивают кольцеобразные перегородки 7 и 8. Устройство для бурения предлагаемого типа обеспечивает сохранение состояния грунта вне скважины практически в исходном состоянии, что обеспечивает целостность скважины и предотвращает обрушение грунта с завалом скважины. Размолотые каменистые включения выводят из скважины благодаря подаче воды или бурильного раствора в общепринятом для данного процесса количестве.

Таким образом, предлагаемым изобретением формируется особый тип универсального устройства для бурения, способного работать в грунтах с обычными характеристиками и в грунтах с каменистыми, кусковыми включениями. При работе предлагаемого устройства для бурения получают скважину с надежным закреплением ее стенок. Предлагаемое устройство для бурения обеспечивает рациональный вывод из скважины грунта совместно с буровыми растворами или водой при отказе от использования буровых растворов и ускорение темпов проходки скважин.