СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ И КАЛИБРОВАНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
METHOD FOR ENLARGEMENT AND REAMING OF WELL SHAFT

Изобретение относится к способам расширения - увеличения диаметра и калибрования ствола скважины.
Известен способ расширения и калибрования скважины с помощью алмазных коронок и/или алмазных расширителей с использованием принципа истирающего действия (Рябчиков С.Я., Храменков В.Г., Брылин В.И. Технология и техника бурения геологоразведочных и геотехнологических скважин: Томский политехнический университет - Учебное пособие. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010. - 494 с. - стр.39-45, 48-50).
К недостаткам данного способа можно отнести:
- отсутствие центрации по заранее пробуренному стволу скважины, что обуславливает отклонение от профиля скважины;
- беспорядочное расположение алмазов в матрице затрудняет прогнозирование съема породы со стенок скважины;
недостаточно надежное закрепление алмазов в матрице, что приводит к их выпадению в процессе работы и преждевременному износу инструмента.
Известен способ расширения и калибрования скважины шарошечным долотом и/или шарошечным расширителем режуще-скалывающего, дробящего и дробяще-скалывающего действия (Рябчиков С.Я., Храменков В.Г., Брылин В.И. Технология и техника бурения геологоразведочных и геотехнологических скважин: Томский политехнический университет - Учебное пособие. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010. - 494 с. - стр.45-47, 48-50).
Недостатками данного способа является:
- как и у предыдущего аналога, отсутствие центрации по заранее пробуренному стволу скважины, что обуславливает отклонение от профиля скважины;
- высокий уровень вибраций, так как применяемый шарошечный инструмент представляет собой инструмент дробяще-скалывающего действия;
- снижение стойкости инструмента из-за наличия в опорах шарошек подшипников с телами качения, скольжения или комбинированных, так как возможно возникновение заклинок;
- низкие эксплуатационные показатели - износостойкость и механическая скорость бурения.
Наиболее близким к предлагаемому способу по принципу действия, является выбранный в качестве ближайшего аналога способ расширения и калибрования ствола скважины, с помощью инструмента, содержащего шарошки, включающего полый корпус с промывочным каналом вдоль оси инструмента и промывочным отверстием на торце, нижняя часть корпуса имеет торцевую и боковые поверхности, а верхняя хвостовая часть устройства имеет форму цилиндра, оканчивающегося резьбой, причем нижняя часть корпуса состоит из имеющей цилиндрическую форму пилотной центрирующей части, на боковой поверхности которой выполнены промывочные каналы, и расширяющей части (патент РФ RU 2276246, C2, 10.05.2006, всего 12 с.: п.1 формулы, фиг.2).
Использование данного изобретения позволило решить проблему центрации инструмента в стволе скважины и исключить отклонения от направления заранее пробуренного ствола, однако же, ему присущи все остальные вышеперечисленные недостатки шарошечного инструмента.
Задача изобретения заключается в разработке способа расширения и калибрования ствола скважины, при реализации которого улучшаются эксплуатационные показатели (проходка на долото и механическая скорость).
Поставленная задача решается тем, что расширение и калибрование ствола скважины производят с помощью инструмента режуще-скалывающего действия - долота, включающего полый корпус с промывочным каналом вдоль оси инструмента и промывочным отверстием на торце, нижняя часть корпуса имеет торцевую и боковые рабочие поверхности, армированные вооружением, а верхняя хвостовая часть устройства имеет форму цилиндра, оканчивающегося резьбой, причем нижняя часть корпуса состоит из имеющей цилиндрическую форму пилотной центрирующей части, на боковой поверхности которой выполнены промывочные каналы и расширяющей лопастной части, имеющей форму цилиндра большего диаметра, в межлопастном пространстве которой размещены промывочные отверстия.
На торцевой рабочей поверхности пилотной центрирующей части нижней части корпуса может быть выполнен промывочный канал.
В качестве вооружения могут быть использованы резцы из твердосплавного материала, и/или алмазные PDC резцы, и/или резцы из твердосплавного материала, импрегнированного алмазной крошкой.
На торцевой рабочей поверхности пилотной центрирующей части нижней части корпуса в качестве вооружения предпочтительнее использование твердосплавных резцов.
Боковая рабочая поверхность пилотной центрирующей части нижней части корпуса может быть усилена вставками из любого износостойкого материала (PDC, твердый сплав, твердый сплав с импрегнированной алмазной крошкой и т.д.).
На расширяющей лопастной части нижней части корпуса в качестве вооружения предпочтительнее использование алмазных PDC резцов, гораздо менее склонных к истиранию.
Расширяющая лопастная часть нижней части корпуса может быть усилена вставками из любого износостойкого материала (PDC, твердый сплав, твердый сплав с импрегнированной алмазной крошкой и т.д.).
Количество лопастей и резцов определяется геометрическими размерами и условиями работы, и должно обеспечивать максимальную эффективность процесса расширения ствола скважины.
При осуществлении способа - работе долота по расширению и калиброванию ствола скважины, благодаря имеющемуся на долоте вооружению происходит равномерное распределение нагрузки на каждую единицу вооружения и обеспечивается сплошной равномерный съем породы скважины, что значительно увеличивает ресурс работы долота (проходку на долото) и механическую скорость расширения и калибрования скважины. Для создания режущего действия требуется осевая нагрузка на порядок меньшая, чем для шарошечных долот при тех же или больших скоростях работы. Повышение механической скорости процесса расширения и калибрования также обусловлено наличием острой режущей кромки вооружения, низкой скоростью его износа и эффектом самозатачивания во время бурения.
Наличие вооружения на торцевой рабочей поверхности пилотной центрирующей части нижней части корпуса дополнительно обеспечивает возможность разбуривания завалов и пробок, образованных разрушенной ранее породой.
Таким образом, приведенные выше сведения обеспечивают решение задачи, на выполнение которой направлено заявляемый способ, а именно, улучшение эксплуатационных показателей (проходки на долото, механической скорости).
В заявке приведены все средства, с помощью которых возможно осуществление способа.
Сущность технического решения поясняется чертежами долота специального в различных предпочтительных вариантах его реализации и его описанием.
На фиг.1, 3, 5 изображен вид снизу устройства в предпочтительных вариантах его реализации.
На фиг.2, 4, 6 изображен общий вид устройства в предпочтительных вариантах его реализации.
На фиг.2 устройство состоит из полого корпуса 1 с промывочным каналом расположенным внутри корпуса вдоль его оси (на фигурах не показан). Условно устройство делится на две части: армированная вооружением нижняя часть I и верхняя хвостовая часть II часть устройства в форме цилиндра, оканчивающегося резьбой. Нижняя часть устройства состоит из имеющей цилиндрическую форму пилотной центрирующей части Iа, и расширяющей лопастной части Iб, имеющей форму цилиндра большего диаметра. Пилотная центрирующая часть Iа с промывочным каналом 6 и промывочным отверстием 4 на торце армирована вооружением в виде твердосплавных (в данном варианте исполнения) резцов 2 на торце для разбуривания завалов и пробок, образованных разрушенной ранее породой. Расширяющая лопастная часть Iб предназначена для расширения и калибрования ствола скважины, выполнена в виде цельнофрезерованных (в данном варианте исполнения) лопастей армированных вооружением в виде резцов 3, в межлопастном пространстве выполнены промывочные отверстия 4. Боковая рабочая поверхность пилотной центрирующей части с промывочными каналами 6 и расширяющая лопастная часть нижней части корпуса усилена вставками 5 из износостойкого материала (в данном варианте исполнения).
Способ осуществляется следующим образом.
От трубы бурильной долоту передаются осевая сила и вращающий момент. Под действием этих сил долото резцами 3 внедряется в породу и разрушает ее. Поток буровой промывочной жидкости, выходя через промывочные отверстия 4, омывает забой и удаляет частицы разрушенной породы из призабойной зоны, одновременно с этим охлаждая резцы. Таким образом, долото углубляется в породу, и расширяет существующий ствол скважины. Пилотная центрирующая часть Iа нижней части корпуса центрирует долото по заранее пробуренному стволу скважины, исключая отклонение от заданного направления.
Конкретный пример реализации способа.
Способ расширения и калибрования ствола скважины с помощью долота в варианте исполнения, приведенном на фиг.1, 2 был апробирован при бурении скважины №1202 ИГ, партия «Сибайский филиал» ОАО «Башкиргеология», участок Вишневский. Работа по расширению и калибровке стенок скважины производилась в следующих породах: агломерато-глыбовых туфах андезитового состава и кварц-плагиоплазовых дацитах долотом производства ОАО НПП «Бурсервис» -BS-76/93 ED 613-001. Расширение 76 мм скважины до 93 мм. Показаны следующие результаты - механическая скорость 2,5 м/ч, максимальная проходка на долото 200 м, отклонений от первоначального профиля скважины нет.
В аналогичных условиях работы скорость расширения ствола скважины шарошечным долотом не превышала 0,8 м/ч, максимальная проходка на долото 13 м.