коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах (варианты)

Формула изобретения

1. Коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах, содержащая корпус с промывочными каналами и установленный в его полости посредством вертикально закрепленного штифта запорный орган с лопастями, отличающаяся тем, что запорный орган снабжен несколькими радиально закрепленными штифтами, а корпус выполнен с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, в которой установлен упругий элемент, причем наружные концы радиальных штифтов установлены в кольцевой расточке корпуса между ее верхним торцом и упругим элементом.

2. Коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена, по меньшей мере, с двумя промывочными каналами, расположенными симметрично относительно продольной оси корпуса.

3. Коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах, содержащая корпус с промывочными каналами и установленный в его полости посредством вертикально закрепленного штифта запорный орган с лопастями, отличающаяся тем, что она снабжена несколькими дополнительными каналами, оснащенными шаровыми клапанами и размещенными симметрично относительно продольной оси запорного органа, при этом на дне корпуса выполнены карманы для шаровых клапанов.

4. Коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах по п.3, отличающаяся тем, что карманы на дне корпуса выполнены в его периферийной части.

5. Коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах по п.3, отличающаяся тем, что шаровые клапаны установлены в верхней части дополнительных каналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин в пластах с повышенным содержанием газа, где процесс бурения часто сопровождается микровыбросами.

Известна коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах, содержащая корпус и запорный орган, установленный в полости корпуса (см. авт. св. СССР № 316846, кл. Е21В 10/36, 1971 г.).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах, содержащая корпус с промывочными каналами и установленный в его полости посредством вертикально закрепленного штифта запорный орган с лопастями (см. авт.св. СССР № 451832, кл. Е21В 10/00, 1975 г.).

К недостаткам известных коронок - аналога и прототипа - следует отнести малую надежность срабатывания их запорного узла при микровыбросах. Это объясняется тем, что усилие при выбросе газа действует на запорный орган только с одной стороны, а именно со стороны промывочного канала. Действие эксцентричной нагрузки может привести к заклиниванию запорного органа и не может защитить полость бурового стаза от попадания шлама. Этому способствует также и выполнение запорного органа с дебалансной вставкой, создающей дополнительную эксцентричную нагрузку на запорный орган. Другим недостатком известных коронок является значительное время срабатывания запорного органа, что также снижает эффективность их работы по защите от попадания шлама в полость бурового става. По этой причине велика вероятность попадания шлама в полость бурового става во время срабатывания запорного органа, что в последующем может привести к возникновению аварийной ситуации из-за заклинивания запорного органа попавшим в полость бурового става шламом.

К недостаткам данной коронки следует отнести также и вероятность попадания угольной пыли в полость бурового става и на обратные конические поверхности клапана в процессе спуска инструмента. Это также способствует заклиниванию клапана со всеми вытекающими последствиями, указанными выше.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение безопасности проведения работ и надежности срабатывания запорного органа и как следствие этого - повышение эффективности работы коронки благодаря исключению непроизводительных затрат времени на очистку бурового става от попавшего в его полость бурового шлама.

Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в коронке для бурения скважин в высокогазоносных пластах, содержащей корпус с промывочными каналами и установленный в его полости посредством вертикально закрепленного штифта запорный орган с лопастями, согласно изобретению, запорный орган снабжен несколькими радиально закрепленными штифтами, а корпус выполнен с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, в которой установлен упругий элемент, причем наружные концы радиальных штифтов установлены в кольцевой расточке корпуса между ее верхним торцом и упругим элементом, при этом коронка выполнена, по меньшей мере, с двумя промывочными каналами, расположенными симметрично относительно продольной оси корпуса.

По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что коронка для бурения скважин в высокогазоносных пластах, содержащая корпус с промывочными каналами и установленный в его полости посредством вертикально закрепленного штифта запорный орган с лопастями, согласно изобретению, снабжена несколькими дополнительными каналами, оснащенными шаровыми клапанами и размещенными симметрично относительно продольной оси запорного органа, при этом на дне корпуса выполнены карманы для шаровых клапанов.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что карманы на дне корпуса выполнены в его периферийной части, а шаровые клапаны установлены в верхней части дополнительных каналов.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает коронку в рабочем положении, сечение А-А на фиг.2, а на фиг.2 - вид со стороны рабочего торца коронки.

Буровая коронка содержит корпус 1 с промывочными каналами 2 и установленный в полости корпуса 1 запорный орган 3 с лопастями 4 в его верхней части. Запорный орган 3 установлен через шарик 5 на вертикальном штифте 6, который закреплен в глухом пазу корпуса 1. Запорный орган 3 снабжен несколькими радиально закрепленными штифтами 7, а корпус 1 выполнен с кольцевой расточкой 8 на внутренней поверхности, в которой установлен упругий элемент 9, причем наружные концы радиальных штифтов 7 установлены в кольцевой расточке 8 между ее верхним торцом 10 и упругим элементом 9. При этом ход упругого элемента 9 выбирается таким образом, чтобы в транспортном положении штифты 7 занимали такое положение, при котором запорный орган 3 перекрывал бы проходное сечение ниппеля 14. Это исключает попадание буровой мелочи в полость бурового става и в зазор между обратным конусом запорного органа 3 и нижней частью ниппеля, образующего для него седло.

По обоим вариантом коронка выполнена, по меньшей мере, с двумя промывочными каналами 2, расположенными симметрично относительно продольной оси корпуса 1.

По второму варианту коронка снабжена несколькими дополнительными каналами 11, оснащенными шаровыми клапанами 12 и размещенными симметрично относительно продольной оси запорного органа 3. Симметричная схема расположения промывочных 2 и дополнительных 11 каналов относительно продольной оси корпуса при условии выполнения их с одинаковым поперечным сечением обеспечивает равномерное нагружение запорного органа 3 и тем самым уменьшает вероятность его заклинивания при возникновении газовых микровыбросов. Для разрушения породы используются породоразрушающие вставки 13 в виде твердосплавных пластин или синтетических алмазных вставок. Вооружение коронки выбирается в зависимости от крепости разбуриваемых пород. Коронка через ниппель 14 соединяется с буровым ставом, посредством которого и спускается в скважину. При нормальном процессе бурения очистной агент (жидкость или газ) из бурового става через канал 15 в ниппеле 14 подается в каналы 2 в корпусе 1 и направляется на забой скважины, проходя через лопасти 4. Последние создают крутящий момент, который передается на запорный орган 3, что также уменьшает вероятность заклинивания запорного органа 3. Благодаря оснащению дополнительных каналов 11 шаровыми клапанами 12 в рабочем положении каналы 11 закрыты и они не нарушают заданную схему промывки скважины. В момент микровыброса шаровые клапаны 12 открываются и через основные 2 и дополнительные каналы 11 газ, как правило метановый, поступает в полость коронки и воздействует на нижний торец запорного органа 3. При этом шаровые клапаны 12 благодаря расположению их в верхней части дополнительных каналов 11 моментально выбрасываются и под действием центробежных сил попадают в карманы 16, расположенные в периферийной части дна корпуса 1. Запорный орган 3 под действием давления газа поднимается вверх и перекрывает проходное сечение ниппеля 14, предотвращая попадание шлама в полость бурового става. Учитывая наличие дополнительных каналов 11, давление на запорный орган 3 увеличивается в несколько раз, что резко сокращает время его срабатывания. Этому способствует также и наличие упруго элемента 9. Это практически исключает попадание шлама в полость бурового става.

Применение предложенной коронки повышает как безопасность работ, так и ее эффективность благодаря исключению непроизводительных затрат времени на очистку бурового става от попавшей буровой мелочи.