Долото для бурения на обсадной колонне
BIT FOR DRILLING ON CASING STRING

Изобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам для бурения скважины, изготовленных из разбуриваемых материалов, и могут быть использованы для бурения на обсадной колонне.
Известен буровой башмак (патент US № 7096982 В2, МПК Е21В 10/20, опубл. 29.08.2006 г.), включающий цилиндрический корпус с установленным в нем узлом из разбуриваемого металла, такого как алюминий, и резьбовой конец для присоединения к колонне обсадных труб. Инструмент включает лопасти с резцами PDC для разрушения горной породы, внутренние полости и каналы для подачи промывочной жидкости к забою, медные, керамические или твердосплавные насадки, установленные на выходе из этих каналов. В одном из конструктивных исполнений на башмаке внутренняя выдвигаемая разбуриваемая часть представляет узел, состоящий из сердечника и седла, через который осуществляется промывка и который является толкательным элементом в процессе раскрытия лопастей по мере достижения проектного забоя, после чего башмак разбуривается стандартным PDC долотом.
Известно долото для бурения на обсадной колонне (патент РФ № 156923, МПК Е21В 10/64, опубл. 20.11.2015 г., бюл. № 32), включающее корпус с отверстиями и раздвижные лопасти с резцами PDC для разрушения горной породы, разбуриваемый узел, состоящий из седла и сердечника с отверстиями, на которые установлены насадки. Разбуриваемый узел выполнен из полимерного материала, в качестве полимерного материала используют полиамид.
Недостатками этих устройств являются:
- после бурения необходимого интервала и активации долота с раздвижением лопастей происходит отрыв лопастей от корпуса и при дальнейшем углублении скважины из-под этого долота постоянные зацепы спускаемых компоновок за лопасти приводят к аварийной ситуации, связанной с их заклиниванием;
- недостаточная прочность раздвижных лопастей долота при бурении, что может привести к отрыву и заклиниванию лопасти в процессе бурения, как следствие, к созданию аварийной ситуации;
- многоэлементная конструкция долота, включающая раздвижные лопасти,
взаимодействующие с сердечником и седлом, подвержена зашламовыванию, кроме того, сложная в изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является долото для бурения на обсадной колонне (патент RU № 2730159, МПК                     Е21В 10/64, опубл. 19.08.2020 г., бюл. № 23) включающее корпус с отверстиями, лопасти с резцами PDC для разрушения горной породы. Корпус с отверстиями выполнен заодно с режущими лопастями с резцами PDC из разбуриваемого материала, также долото включает переводник с калибрующими лопастями, имеющий внутреннюю резьбу для соединения с колонной обсадных труб и выполненный из неразбуриваемого материала, причем корпус с отверстиями с выполненными заодно режущими лопастями с резцами PDC соединен с переводником внутренней конической упорной резьбой, при этом между режущими лопастями с резцами PDC выполнены укороченные режущие лопасти, ограниченные зоной разбуривания, кроме того, в зоне разбуривания уменьшена ширина режущих лопастей.
Недостатками этого устройства являются:
- сложность изготовления устройства, так как неразбуриваемый переводник с калибрующими лопастями изготавливается отдельно от корпуса, после чего свинчивается с корпусом с режущими лопастями;
-  при свинчивании или при работе происходит дополнительная затяжка переводника с калибрующими лопастями, что приводит к смещению калибрующих лопастей относительно режущих лопастей;
- возможность засорения промывочных отверстий при цементировании обсадной колонны через эти отверстия, что может привести к дополнительным затратам для создания дополнительных отверстий;
- возможность слома ниппельной части долота из-за хрупкости и неоднородности разбуриваемого материала и недостаточной толщины в сечении;
- вибрация, подклинивания компоновки, сколы резцов PDC долота при разбуривании этого устройства, так как резцы PDC устройства большого диаметра не вдавливаются в стенки скважины и могут застревать в зазоре между обсадной трубой и стенками скважины;
- невозможность разбурить переводник с калибрующими лопастями в случае необходимости.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются создание простой конструкции долота за счет изготовления корпуса с режущими и калибрующими лопастями монолитной конструкции из разбуриваемого материала, а также повышение надежности за счет увеличения толщины сечения, исключение заклинивания компоновок при его разбуривании и исключение дополнительных затрат при цементировании обсадной колонны.
Технические задачи решаются долотом для бурения на обсадной колонне, включающим корпус из разбуриваемого материала с промывочными отверстиями, выполненный заодно с режущими лопастями с резцами PDC, калибрующие лопасти.
Новым является то, что калибрующие лопасти выполнены заодно с корпусом с режущими лопастями с резцами PDC, корпус с калибрующими и режущими лопастями с резцами PDC выполнен монолитным из разбуриваемого материала и оснащен ниппельной резьбой, а также снабжен отверстиями с заглушками со срезными винтами и центральным каналом, при этом диаметр резцов PDC составляет 6-8 % описанного диаметра долота, а минимальная толщина стенки долота, образуемая центральным каналом и наружной поверхностью резьбы корпуса - не менее 30 мм.
На фигуре показано долото для бурения на обсадной колонне с частичным разрезом.
Долото для бурения на обсадной колонне (фигура) включает корпус 1 с промывочными отверстиями 2, режущие лопасти 3 с резцами PDC 4 для разрушения горной породы, калибрующие лопасти 5. Калибрующие лопасти 5 выполнены заодно с корпусом 1 с режущими лопастями 3 с резцами PDC 4. Корпус  1 с калибрующими 5 и режущими 3 лопастями с резцами PDC 4 выполнен монолитным из разбуриваемого материала, например, чугуна,  и оснащен ниппельной резьбой 6. Корпус 1 снабжен отверстиями 7 с заглушками 8 со срезными винтами 9 для цементирования обсадной колонны (на фигуре не показана) вместе с долотом по окончании бурения в случае засорения промывочных отверстий 2 и центральным каналом 10. Диаметр d резцов PDC 4 составляет 6-8 % описанного диаметра долота D, например, долото диаметром 215,9 мм оснащено резцами PDC диаметром 13-16 мм. Минимальная толщина стенки долота, образуемая центральным каналом 10 и наружной поверхностью резьбы 6 корпуса 1, составляет не менее 30 мм для исключения слома при работе устройства из-за неоднородности разбуриваемого материала.
Долото для бурения на обсадной колонне работает следующим образом.
Долото соединяют с колонной обсадных труб (на фигуре не показана) по ниппельной резьбе 6 и спускают на забой скважины. Колонну обсадных труб начинают вращать с одновременной подачей промывочной жидкости (бурового раствора) с осевой нагрузкой вниз, осуществляя процесс бурения.  Промывочная жидкость через колонну обсадных труб через промывочные отверстия 2 в процессе бурения размывает породу, эффективно очищая забой, и охлаждает резцы PDC 4. Благодаря толщине стенки, образуемой центральным каналом 10 и наружной поверхностью резьбы 6 корпуса 1 не менее 30 мм, корпус 1 воспринимает ударные нагрузки и крутящий момент без разрушения. Благодаря тому, что корпус с режущими 3 с резцами PDC 4 и калибрующими 5 лопастями выполнен монолитным из разбуриваемого материала, например, чугуна, при работе не происходит смещения калибрующих лопастей 5 относительно режущих лопастей 3. После бурения заданного интервала в скважину подается цементный раствор для цементирования обсадной колонны через промывочные отверстия 2. При засорении промывочных отверстий 2 повышением давления, например, до 12 МПа, воздействуя на заглушки 8 разрушают срезные винты 9, производят цементирование обсадной колонны через отверстия 7. Благодаря наличию заглушек 8 со срезными винтами 9 исключаются дополнительные затраты по созданию дополнительных отверстий. По завершению процесса цементирования в скважину спускается компоновка для разбуривания долота. Благодаря тому, что корпус 1 выполнен монолитным из разбуриваемого материала, а диаметр d резцов PDC 4 составляет 6-8 % описанного диаметра долота D, отсутствует вибрация, подклинивания компоновки, сколы резцов PDC долота при разбуривании, так как резцы PDC 4 устройства вдавливаются в стенки скважины, как следствие, значительно сокращается время разбуривания и исключаются аварийные ситуации.
Предлагаемое долото для бурения на обсадной колонне является простой конструкцией за счет изготовления корпуса с режущими и калибрующими лопастями монолитной конструкции из разбуриваемого материала, а также повышается надежность при работе устройства за счет увеличения толщины стенки долота, исключение заклинивания компоновок при его разбуривании и исключение дополнительных затрат при цементировании обсадной колонны.