ДОЛОТО С РАЗДВИГАЮЩИМИСЯ ЛОПАСТЯМИ

Полезная модель относится к геолого-разведочной отрасли, а именно, к буровому породоразрушающему инструменту для вращательного бескернового бурения. Может применятся для увеличения диаметра скважины в породах I-IV категории по буримости или для самостоятельной углубки забоя скважины.
Необходимость увеличения диаметра скважины в ее нижней части, возникает при освоении гидрогеологических и технологических скважин для подземного выщелачивания руд. В гидрогеологических и технологических скважинах при бурении с глинистым раствором по всему стволу на стенках скважин образуется плотная глинистая корка-кольматаж. Частицы глины проникают в поры и трещины и плотно их закупоривают, уменьшая продуктивность пластов. Для восстановления циркуляции необходимы специальные меры по декольматажу этих интервалов.
В расширении ствола возникает необходимость и при недостаточном зазоре между фильтром и стенками скважины. Увеличение диаметра обеспечивает расчетную производительность и долговечность работоспособности скважины. Перспектива разбурки нижнего интервала скважины на больший диаметр без изменения диаметра основного ствола, всегда привлекала внимание специалистов, но практически не решалась.
Из области техники известно «Устройство для расширения скважин» по авторскому свидетельству №1479600, дата публикации 15.05.1989 г. Корпус 1 устройства выполнен с пазами 2 и каналами 8 и 9 для промывочной жидкости. В корпусе 1 размещен подпружиненный поршень 17 со штоком 19, а в нижнем конце корпуса 1 закреплено опережающее долото. В пазах 2 размещены раздвижные лопасти /Л/ 3, выступающие за габарит опережающего долота до их раздвижения. В Л 3 выполнены конические гнезда 23, пазы и наклонные прорези, через которые проходят направляющие Л 3. В корпусе 1 выполнены радиальные отверстия 14, размещенные между Л 3 и штоком 19, в которых установлены шаровые фиксаторы 15 с возможностью одновременного взаимодействия с коническими гнездами 23 и штоком 19. Под действием промывочной жидкости поршень 17 со штоком 19 перемещается вниз, вытесняя фиксаторы 15 в гнезда 23, и Л 3 оказываются запертыми в сложенном положении. При бурении долото разбуривает скважину, которая тут же разбуривается краями Л 3. Для бурения расширенной скважины отключают подачу напорной жидкости. Поршень 17 со штоком 19 перемещается вверх. Фиксаторы 15 утапливаются в отверстия 14 и освобождают Л 3.
Недостатками данного устройства является то, что устройство предназначено для скважин диаметром более 250 мм и может быть использовано для скважин, пройденным при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений. Устройство сложное и дорогое в изготовлении и не предназначено для скважин малого диаметра 112-190 мм и для расширения стволов скважин.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является буровое раздвижное долото по заявке на изобретение №93012867, дата публикации 10.03.1993 г., которое относится к горному делу и может быть использовано в качестве породоразрушающего инструмента для бурения глубоких скважин с одновременным увеличением диаметра ствола. Цель изобретения - создание возможности беспрепятственного перемещения долота в обсадных трубах при спуске инструмента на забой и при подъеме его из скважины. Долото содержит корпус с центральным промывочным каналом и наклонными пазами, в которых размещены раздвижные лопасти с породоразрушающими элементами. Для удержания лопастей в рабочем положении долото снабжено шайбой с упорами и гнездами в них и фиксаторами шайбы относительно корпуса долота. При спуске на забой лопасти находятся в крайнем нижнем положении под действием собственной массы. При постановке на забой лопасти раздвигаются под действием осевой нагрузки, обеспечивая расширение ствола одновременно с бурением.
Недостатки устройства заключаются в том, что устройство сложное и дорогое в изготовлении и не предназначено для скважин малого диаметра 112-190 мм и для расширения стволов скважин. Устройство предназначено для скважин диаметром более 250 мм и может быть использовано для скважин, пройденным при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений.
Задача, на решение которой направлена полезная модель - создание простого, дешевого и надежного устройства для увеличения диаметра скважины в породах I-IV категории по буримости или для самостоятельной углубки забоя скважины.
Для решения задачи предложено долото с раздвигающимися лопастями, содержащее корпус с внутренним отверстием, выполняющим роль центрального промывочного канала, и пазами, в которых установлены лопасти с породоразрушающими элементами, причем долото имеет не менее чем двух раздвигающихся лопастей с прорезями под оси. Оси выполнены или в виде потайных болтов со спецголовками или в виде болтов с конусной проточкой и крепятся в пазах корпуса. В свою очередь корпус выполнен с двумя противоположными резьбовыми частями и не менее чем двумя горизонтальными промывочными отверстиями, а в его внутреннем отверстии последовательно установлены возвратная пружина и плунжер с вертикальными пазами переменной глубины, нижняя часть которого имеет меньший диаметр и вставляется в пружину. Дополнительно долото снабжено заглушкой-гайкой и армированным наконечником с гидромониторным отверстием. Корпус и армированный наконечник с гидромониторным отверстием также снабжены породоразрушающими элементами.
Технический результат заключается в том, что разработанная конструкция отличается от существующих по следующим параметрам:
1) привод лопастей долота осуществляется через пазы плунжера, что повышает надежность и качество работы.
2) Возможно изготавливать долота данной конструкции от малого диаметра - 112 мм до большого - 450-500 мм.
3) Долото универсально, может быть использовано для разбурки отдельных интервалов ствола скважины и для самостоятельного бурения с целью углубки скважины в породах I-IV категориях.
4) Лопасти взаимозаменяемые и при износе возможна установка новых.
На фиг. 1 показан вид устройства с двумя лопастями сбоку в разрезе, на фиг. 2 - вид сверху в разрезе А-А, на фиг. 3 - вид сверху в разрезе Б-Б, на фиг. 4 - наконечник армированный вид сбоку в разрезе и на фиг. 5 - наконечник армированный вид сверху.
Устройство состоит из корпуса 1, снабженного резьбовыми частями 2 для соединения с утяжеленными бурильными трубами и 3 для соединения с дополнительными устройствами, например, с заглушкой - гайкой, внутренним отверстием 4, выполняющим роль центрального промывочного канала, и пазами 5. В пазы 5 устанавливают лопасти 6, которые крепятся на осях 7, причем на лопастях 6 имеются прорези 8 для передвижения лопастей по осям 7 в горизонтальной плоскости. В корпусе 1 над лопастями 6 выполнены промывочные отверстия 9 (на фиг. 1 показаны пунктирной линией). Во внутреннем отверстии 4 корпуса 1 последовательно установлены плунжер 10 с фрезерованными. вертикальными пазами 11 переменной глубины и возвратная пружина 12. Нижняя часть плунжера 10 имеет меньший диаметр для установки в возвратную пружину 12. Лопасти 6 и корпус 1 долота по наружному диаметру армированы породоразрушающими элементами 13, например, пластинами твердого сплава ВК-8. В свою очередь оси 7 выполнены или в виде потайных болтов со спецголовками, для режима разбуривания, или в виде болтов с конусной проточкой, для режима бурения. Дополнительно долото снабжено заглушкой - гайкой 14, для режима разбуривания, и армированным наконечником 15 с гидромониторным отверстием, для режима бурения, которые крепятся к резьбовой части 3 корпуса 1.
Долото работает следующим образом.
При сборке первым в корпус 1 вставляют плунжер 10, затем в пазы 5 устанавливают лопасти 6, которые крепятся на осях 7. Далее устанавливают возвратную пружину 12 и вся конструкция поджимается и закручивается заглушкой-гайкой 14.
Долото соединяют с утяжеленными бурильными трубами через резьбовую часть 2 на корпусе 1. При подаче промывочной жидкости через колонну бурильных труб и корпус 1, плунжер 10 под давлением промывочной жидкости опускается вниз до промывочных отверстий 9, сжимая возвратную пружину 12. За счет изменяющейся глубины-вертикальных пазов 11 на плунжере 10, лопасти 6 выдвигаются наружу, занимая рабочее положение. Промывочная жидкость через внутренние отверстие 4 и промывочные отверстия 9 устремляется в скважину, одновременно удерживая плунжер 10 и лопасти 6 в рабочем состоянии. Постепенно вращая и опуская вниз колонну бурильных труб с долотом, производят разбурку ствола скважины на величину выдвигающихся лопастей 6. Для калибровки разбуренного интервала, рекомендуется проработать ствол несколько раз, путем подъема и опускания колонны с интенсивной промывкой качественным раствором и вращением долота. После разбурки подачу промывочной жидкости прекращают. Под действием возвратной пружины 12 плунжер 10 поднимается вверх до исходного положения, а лопасти 6 втягиваются, обеспечивая начальный диаметр долоту. После подъема долото разбирают, осматривают, чистят, смазывают, собирают и проверяют выдвижение лопастей.
При необходимости углубки ствола скважины, т.е. режима бурения, долото подготавливают следующим образом: убирают плунжер 10, возвратную пружину 12, заглушку-гайку 14, меняют оси 7 - потайные болты со спецголовками на болты с конусной проточкой, обеспечивающие закрепление лопастей 6 в заданном положении. Вместо заглушки-гайки 14 на резьбовую часть 3 корпуса 1 накручивают армированный наконечник 15. Процесс бурения ведут как обычным долотом. Промывочная жидкость через внутреннее отверстие 4 и гидромониторное отверстие в армированном наконечнике 15 попадает на забой, а лопасти 6 омываются через промывочные отверстия 9 в корпусе 1. Вращая колонну бурильных труб с долотом, производят углубку забоя скважины. Разрушение забоя ведется гидромониторной струей жидкости, армированным наконечником 15, армированным конусом 1 и лопастями 6 посредством породоразрушающих элементов 13.