ДОЛОТО ДЛЯ БУРЕНИЯ С ОБСАДНОЙ ТРУБОЙ ИЛИ ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ-ХВОСТОВИКОМ И ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЕ
DRILL BIT WITH CASING PIPE OR CASING-SHANK AND ITS MANUFACTURING

ПРЕДПОСЫЛКИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники [0001]
Настоящее раскрытие, в общем, относится к долоту для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком и его изготовлению.
Предшествующий уровень техники
[0002] Патентная заявка США 5,950,742 раскрывает способы и соответствующее оборудование для бурения скважины в подземных пластах, с помощью которых буровое долото прикрепляется к одному концу первой колонны трубопровода, такой как обсадная колонна, которая обычно не используется для бурения, а также продвижения первой колонны трубопровода и бурового долота в подземный пласт для расширения существующей скважины, очистки скважины или создания новой боковой скважины. Это продвижение останавливается, и предпринимаются шаги для создания продольного отверстия через буровое долото. После этого вторая колонна трубопровода продвигается через отверстие в буровом долоте и в подземный пласт для дальнейшего расширения, очистки или создания боковой скважины.
[0003] Патентная заявка США 5,957,225 раскрывает способ и компоновку хвостовика для бурения в нестабильных или обедненных пластах, которые поддерживают регулирование скважины от обрушения, например, в местах, куда проникают рыхлые пласты, и/или минимизируют потери текучей среды, например, в пластах с пониженным давлением, где существуют дифференциальные давления. Способ и компоновка хвостовика включают в себя обеспечение хвостовика, имеющего часть его, которая поддается высверливанию, так что после установки хвостовика бурение может продолжаться глубже в неустойчивые пласты с минимальным повреждением долота, использованного для высверливания части хвостовика, поддающейся высверливанию. В одной форме хвостовик имеет башмак, который включает в себя шарошечные лопасти, каждая из которых имеет набор резцов на ней. Рельефные пазы формируются в лопастях между резцами, так что, когда башмак и его лопасти высверливаются, буровое долото будет вырезано через пазы, освобождая резцы башмака для транспортировки к поверхности с помощью буровой текучей среды, тем самым минимизируя повреждающий контакт долота с резцами башмака. Предпочтительно, башмак имеет конструкцию со смещенным центром и сбалансированную от вибраций. В другой форме хвостовик имеет предварительно собранный с ним отклонитель и предварительно сформированное окно из поддающегося высверливанию материала, примыкающее к отклонителю, так что после бурения в неустойчивом пласте с помощью компоновки хвостовика и его установки в нем, последующее бурение за пределами хвостовика происходит путем приведения в действие бурового долота в скважине и сверления до тех пор, пока оно не войдет в зацепление с отклонителем, который направит его к окну для бурения через него.
[0004] Патентная заявка США 6,443,247 раскрывает буровой башмак обсадной трубы, приспособленный для крепления к обсадной колонне и включающий в себя наружную секцию для бурения, выполненную из относительно твердого материала, такого как сталь, и внутреннюю секцию, выполненную из легко поддающегося высверливанию материала, такого как алюминий. Буровой башмак дополнительно включает в себя устройство для управляемой замены наружной секции для бурения, позволяющее просверлить башмак с помощью стандартного бурового долота и последовательно внедряемое с помощью обсадной колонны или хвостовика с уменьшенным диаметром.
[0005] Патентная заявка США 6,848,517 раскрывает сопло бурового долота, обеспечивающее сквозной канал для прохождения буровой текучей среды через буровое долото. Сопло изготавливается из материала или материалов, которые могут быть просверлены с помощью стандартного оборудования для бурения скважин. Материал (материалы) выбираются так, чтобы обеспечить такую поверхность сквозного канала, которая имеет относительно высокую устойчивость к эрозии, чтобы выдерживать абразивное и коррозионное воздействие протекающей струей текучей среды. Описываются варианты осуществления, использующие твердую комбинацию хрома/меди и единый материал из резины.
[0006] Патентная заявка США 7,066,253 раскрывает башмак для направления колонны в скважине, включающий в себя кольцевой корпус из относительно твердого материала и носовую часть из относительно мягкого материала, которые взаимно сцеплены так, что, когда носовая часть просверливается, все остальные части удерживаются напротив кольцевого корпуса. Взаимное сцепление осуществляется с помощью связи в виде ласточкина хвоста. Варианты осуществления описываются для башмака, как башмака-расширителя, так и бурового долота для работы в обсадной трубе.
[0007] Патентная заявка США 7,096,982 раскрывает способ и устройство для бурения с обсадной трубой, включающее в себя буровой башмак, сконфигурированный для последующего бурения через него в месте нахождения, с резцами, способными удерживаться на нем, в ответ на силы, возникающие при бурении ствола скважины, но способные быть удаленными из оболочки, через которую следующий буровой башмак будет проходить при прорезании бурового башмака в месте его нахождения. Буровой башмак включает в себя один или более профилей на нем, в которых выявляются лопасти, несущие резцы для бурения пласта. Профили включают в себя, по меньшей мере, один выступ на них, который получается внутри соответствующего паза в лопастях. Лопасти также могут быть сконфигурированы так, чтобы иметь противоположные секции, которые конфигурируются по отношению друг к другу так, чтобы иметь заключенный между ними угол менее чем девяносто градусов.
[0008] Патентная заявка США 7,216,727 раскрывает буровое долото для буровой обсадной трубы в скважине. Буровое долото конструируется из комбинации относительно мягких и относительно твердых материалов. Пропорции материалов выбираются таким образом, чтобы буровое долото обеспечивало требуемую резку и выбуривание скважины, при этом было бы способно просверливаться с помощью следующего бурового долота. Предусматриваются способы нанесения твердых материалов на корпус из мягкого материала.
[0009] Патентная заявка США 7,395,882 раскрывает долото обсадной трубы, которое может включать в себя композитную структуру для бурения секции обсадной трубы в подземном пласте, и которое может включать в себя часть, выполненную с возможностью быть просверленной сквозь нее. Раскрываются режущие элементы и способы использования. Раскрываются клеющее вещество, мягкий припой, материал для электрической развязки и нанесение твердого припоя режущего элемента. Раскрываются различное количество абразивных материалов, характеристики и размер режущих элементов. Раскрываются телескопические секции обсадной трубы и долота. Раскрываются аспекты и варианты осуществления, включающие в себя: по меньшей мере, одну калиброванную секцию, простирающуюся от носовой части, по меньшей мере, одну заднюю, по отношению к направлению вращения, канавку, сформированную, по меньшей мере, в одной из множества лопастей, удаляемые лопасти, причем передняя грань содержит суперабразивный материал, по меньшей мере, одно сопло для буровой текучей среды и втулку, канавки для предпочтительного разрушения, по меньшей мере, одну шарошку, прикрепленную к носовой части, по меньшей мере, один датчик, конструкции удержания дискретного режущего элемента и ударные вставки.
[0010] Патентная заявка США 8,074,749 раскрывает землеройный элемент с характерными особенностями для облегчения пробуривания. В одном варианте осуществления землеройный элемент для бурения скважины с обсадной трубой или хвостовиком включает в себя трубчатый корпус и головку. Головка крепится к концу корпуса или формируется вместе с его концом, имеет торец и боковую сторону, изготавливается из высокопрочного материала и имеет отверстие, образованное через торец. Землеройный элемент дополнительно включает в себя лопасть. Лопасть формируется на головке, простирается с боковой стороны и вдоль торца и изготавливается из высокопрочного материала. Землеройный элемент дополнительно включает в себя резцы, расположенные вдоль лопасти; а также адаптер сопла. Адаптер сопла имеет отверстие, образованное сквозь него, соединяется в продольном и вращательном направлении с головкой и изготавливается из поддающегося высверливанию материала. Землеройный элемент дополнительно включает в себя сопло, расположенное в отверстии адаптера и прикрепленное к адаптеру сопла.
[0011] Патентная заявка США 8,561,729 раскрывает концевой инструмент обсадной трубы, имеющий шарообразный (или чашеобразный) корпус, определенный стенкой, имеющей внешнюю выпуклую поверхность и внутреннюю вогнутую поверхность напротив внешней выпуклой поверхности. Шарообразный корпус имеет центральную ось. Внутренняя вогнутая поверхность не является осесимметричной по отношению к центральной оси, в то время как внешняя выпуклая поверхность является осесимметричной по отношению к центральной оси. Неосесимметричная конфигурация обеспечивается в одной реализации посредством присутствия ряда структур поднятых выступов или площадок, сформированных на внутренней вогнутой поверхности. В другой реализации неосесимметричная конфигурация обеспечивается каналами, сформированными на внутренней вогнутой поверхности.
[0012] Патентная заявка США 8,887,836 раскрывает долота для очистки скважины, включающие в себя корпус долота, по меньшей мере, одну режущую конструкцию на корпусе долота и хвостовик, сконфигурированный для прикрепления корпуса долота к бурильной колонне. Буровые системы для очистки скважин включают в себя долото для очистки скважины, соединенное с бурильной колонной. Долото для очистки скважины может включать в себя корпус долота обсадной трубы и хвостовик, прикрепленный к корпусу долота обсадной трубы и к бурильной колонне. Долото обсадной трубы может быть прикреплено к хвостовику, имеющему соединительную часть, выполненную с возможностью прикрепления к бурильной колонне, для формирования долот для очистки скважины, для очистки, по меньшей мере, секции скважины. Кроме того, долото обсадной трубы может быть продвинуто в скважину с помощью бурильной колонны для очистки скважины.
[0013] Патентная заявка США 8,960,332 раскрывает землеройный элемент с характерными особенностями для облегчения пробуривания для бурения с применениями обсадной трубы или хвостовика. В одном варианте осуществления долото обсадной трубы включает в себя трубчатый корпус; нос, прикрепленный к одному концу трубчатого корпуса, причем нос включает в себя опору лопасти и содержит поддающийся высверливанию материал; лопасть, прикрепленную к опоре лопасти, использующей соответствующие профили; резцы, расположенные вдоль лопасти; а также сопло, расположенное в носу.
[0014] Патентная заявка США 9,085,939 раскрывает долота обсадных труб, включающие в себя корону долота, имеющую, по существу, пустую внутреннюю полость. Корона долота имеет лопасти на ее торцевой части, причем лопасти включают в себя множество режущих элементов, прикрепленных к ним. Корона долота дополнительно включает в себя композитную вставку, расположенную, по меньшей мере, внутри, по существу, внутренней полости. Долота обсадной трубы также включают в себя оболочку отвержденных наружных поверхностей, находящуюся, в радиальном направлении, вне зоны высверливания. Долота обсадных труб дополнительно включают в себя режущие элементы на короткой подложке. Также раскрываются способы формирования долота обсадной колонны.
[0015] Патентная заявка США 2011/0209922 раскрывает концевой инструмент обсадной трубы, имеющий оправку и корпус, который определяется стенкой, имеющей наружную поверхность и внутреннюю поверхность напротив наружной поверхности. Корпус изготавливается из кристаллического вольфрамового порошка и связующего материала. Внутренняя поверхность включает в себя ряд структур поднятых выступов или площадок. Корпус включает в себя множество лопастей на внешней поверхности. Каждая лопасть имеет множество резцов. Каналы лопастей и каналы резцов на лопастях улучшают фрагментацию корпуса во время высверливания концевого инструмента обсадной трубы.
СУЩНОСТЬ РАСКРЫТИЯ
[0016] Настоящее раскрытие, в общем, относится к долоту для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком и его изготовлению.
[0017] В одном варианте осуществления долото для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком включает в себя: трубчатый шток, изготовленный из высокопрочного металла или сплава; головку: имеющую режущий торец с внутренним конусом, внешнее плечо и промежуточный нос между конусом и плечом; прикрепленную к концу штока; и изготовленную из нежелезного металла или сплава; множество лопастей, сформированных как единое целое с головкой, изготовленных из нежелезного металла или сплава и каждая из которых простирается от центра режущего торца до плеча; множество сверхтвердых резцов, установленных вдоль каждой лопасти; множество колиброванных бобышек, сформированных как единое целое со штоком; а также сочленение заподлицо, сформированное между каждой лопастью и соответствующей калиброванной бобышкой. Устойчивость к деформации высокопрочного металла или сплава равна, по меньшей мере, двухкратной величине устойчивости к деформации нежелезного металла или сплава.
[0018] В другом варианте осуществления долото для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком включает в себя головку, имеющую режущий торец с внутренним конусом и промежуточным носом и изготовленную из нежелезного металла или сплава; трубчатый шток, прикрепленный к головке, имеющий наружное плечо режущего торца и изготовленный из высокопрочного металла или сплава; множество внутренних лопастей, сформированных как единое целое с головкой, изготовленных из нежелезного металла или сплава и каждая из которых простирается от центра режущего торца до носа; множество сверхтвердых резцов, установленных вдоль каждой внутренней лопасти; множество внешних лопастей, сформированных как единое целое со штоком, изготовленных из высокопрочного металла или сплава, и каждая из которых имеет изогнутую плечевую часть и калиброванную часть; множество сверхтвердых резцов, установленных вдоль каждой плечевой части; а также сочленение заподлицо, сформированное между каждой внутренней и внешней лопастями. Устойчивость к деформации высокопрочного металла или сплава равна, по меньшей мере, двухкратной величине устойчивости к деформации нежелезного металла или сплава.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0019] Таким образом, способ, в котором описанные выше признаки настоящего раскрытия могут быть поняты подробно, более конкретное описание раскрытия, кратко обобщенное выше, может быть выполнено посредством ссылки на варианты осуществления, некоторые из которых проиллюстрированы в прилагаемых чертежах. Следует отметить, однако, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типовые варианты осуществления этого раскрытия и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, поскольку раскрытие может допускать другие одинаково эффективные варианты осуществления.
[0020] Фиг. 1A-1I иллюстрируют изготовление головки долота для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия.
[0021] Фиг. 2А-2Н иллюстрируют изготовление штока бурового долота.
[0022] Фиг. 3А-3С иллюстрируют сборку головки и штока.
[0023] Фиг. 4A-4F иллюстрируют изготовление сочленения в замок, скрепляющего головку и шток.
[0024] Фиг. 5А иллюстрирует настройку диаметра калибра бурового долота. Фиг. 5В иллюстрирует установку сопел в головку.
[0025] Фиг. 6А-6D иллюстрирует укомплектованное буровое долото.
[0026] Фиг. 7А иллюстрирует высверливание бурового долота. Фиг. 7В иллюстрирует сборку головки и штока альтернативного бурового долота для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия.
[0027] Фиг. 8А-8D иллюстрируют укомплектованное альтернативное буровое долото.
[0028] Фиг. 9 иллюстрирует модификацию альтернативного бурового долота в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0029] Фиг. 1A-1I иллюстрируют изготовление головки 1h долота 1 (фиг. 6A) для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком (не показаны) в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия. Обращаясь конкретно к фиг. 1А, кусок круглой заготовки 2 может быть получен с металлообрабатывающего завода. Круглая заготовка 2 может быть изготовлена из металла или сплава. Металл или сплав может быть нежелезным, например, на основе никеля. Сплав на основе никеля может представлять собой никель-медный сплав, имеющий содержание никеля в диапазоне от пятидесяти пяти до семидесяти пяти процентов и имеющий содержание меди в диапазоне от 25 до 45 процентов.
[0030] Обращаясь конкретно к фиг. 1В и 1С, круглая заготовка 2 может быть установлена в токарном станке (не показан). Токарный станок может быть ручным или с ЧПУ. Круглая заготовка 2 может быть повернута в токарном станке для формирования узла 3h для соединения внахлест на ее внешней поверхности, на ее монтажном конце. Круглая заготовка 2 может затем быть повернута в токарном станке для формирования камеры 4, проходящей от монтажного конца, и гнезда 5 с резьбой, проходящего от камеры. Круглая заготовка 2 может затем быть повернута в токарном станке для формирования конуса 6t на ее внутренней поверхности смежного с монтажным концом и фаски 6с на ее внешней поверхности, смежной с монтажным концом. Круглая заготовка 2 может затем быть повернута в токарном станке для формирования внутреннего конуса 7с на ее режущем торце, внешнего плеча 8 на режущем торце и промежуточного носа 7n между конусом и плечом. Режущий торец может быть расположен на конце круглой заготовки 2 напротив монтажного конца. Круглая заготовка с проточенными элементами 3-8 будет теперь обозначаться как болванка.
[0031] Обращаясь конкретно к фиг. 1D-1G, болванка может быть удалена из токарного станка и установлена на фрезерном станке (не показан) для формирования головки 1h из болванки. Фрезерный станок может быть ручным или с ЧПУ. Фрезерный станок может быть приведен в действие, чтобы вырезать каналы для текучей среды в режущем торце болванки, тем самым формируя множество лопастей 9 между смежными каналами для текучей среды. Фрезерный станок может далее быть приведен в действие для высверливания множества (показано шесть) отверстий 10 в болванке. Отверстия 10 могут проходить от каналов для текучей среды и до камеры 4 болванки.
[0032] Лопасти 9 могут включать в себя одно или более (показана пара) первичных лопастей 9а, b и одно или более (показана пара) вторичных лопастей 9с, d. Лопасти 9 могут быть разнесены вокруг режущего торца и могут выступать из нижней и боковой частей головки 1h. Каждая из первичных лопастей 9a, b может простираться от центра режущего торца до плеча 8. Первичные лопасти 9a, b могут простираться главным образом в радиальном направлении вдоль конуса 7c и носа 7n с небольшой спиральной кривизной и, главным образом, в продольном направлении вдоль плеча 8 с небольшой спиральной кривизной. Одно или более (показана пара) отверстий 10 (внутренние отверстия) могут быть расположены рядом с центром режущего торца. Каждая из вторичных лопастей 9c, d может простираться от места на режущем торце, прилегающего к соответствующему внутреннему отверстию 10, до плеча 8. Вторичные лопасти 9c, d могут простираться главным образом в радиальном направлении вдоль носа 7n с небольшой спиральной кривизной и, главным образом, в продольном направлении вдоль плеча 8 с небольшой спиральной кривизной. Поскольку лопасти 9 формируются как единое целое с головкой 1h, лопасти также изготавливаются из того же материала, что и головка.
[0033] Фрезерный станок может быть далее приведен в действие, чтобы вырезать ряд карманов 11 вдоль передней кромки каждой лопасти 9а-d. Для первичных лопастей 9а, b каждый ряд карманов 11 может простираться от центра режущего торца до плечевого конца соответствующей лопасти. Для вторичных лопастей 9c, d каждый ряд карманов 11 может простираться от места, прилегающего к соответствующему внутреннему отверстию, до плечевого конца соответствующей лопасти. Фрезерный станок может быть далее приведен в действие для формирования изогнутого среза 12h в плечевом конце каждой лопасти 9a-d. Изогнутые срезы 12h могут соответствовать небольшой спиральной кривизне лопастей 9.
[0034] Обращаясь конкретно к фиг. 1H, головка 1h может быть удалена из фрезерного станка и доставлена на станцию обработки (не показана). Станция обработки может быть ручной или автоматизированной. На станции обработки слой 13h наплавки из твердого сплава может быть нанесен на лопатки 9 для повышения их устойчивости к стиранию и/или эрозии. Наплавка 13h из твердого сплава может быть керамической или металлокерамической, такой как карбид или карбид, цементированный металлом или сплавом. Наплавка 13h из твердого сплава может быть нанесена на часть передней грани, часть задней грани и нижнюю/наружную поверхность каждой лопасти 9a-d. Участки передней и задней граней с наплавкой из твердого сплава могут простираться от переднего и заднего краев каждой лопасти 9а-d до или мимо их средних частей. Карманы 11 могут быть замаскированы от наплавки 13h из твердого сплава.
[0035] Обращаясь конкретно к фиг. 1I, головка 1h затем может быть перенесена со станции обработки на станцию установки резцов. Станция установки резцов может быть ручной или автоматизированной. На станции установки резцов, в карманы 11 могут быть установлены резцы 14, например, посредством пайки твердым припоем. Каждый резец 14 может включать в себя сверхтвердую режущую пластину, такую как поликристаллический алмаз, прикрепленный к твердой подложке, такой как металлокерамика, тем самым образуя композит, такой как поликристаллический алмазный композит (PDC). Металлокерамика может быть карбидом, цементированным металлом группы VIIIB.
[0036] Фиг. 2А-2Н иллюстрируют изготовление штока 1s бурового долота 1. Обращаясь конкретно к фиг. 2А и 2D, нефтепромысловый трубчатый элемент 15 может быть получен с завода-изготовителя. Трубчатый элемент 15 может иметь узел 16 для резьбового соединения, такой как муфту с внутренней резьбой, которая сформирована на его первом продольном конце для сборки бурового долота 1 как части обсадной трубы или обсадной колонны-хвостовика. Трубчатый элемент 15 также может иметь воротник 17, сформированный на его внешней поверхности и на его втором продольном конце. Воротник 17 может простираться только вдоль части длины трубчатого элемента, например, между одной десятой и половиной длины трубчатого элемента. Трубчатый элемент 15 может быть изготовлен из металла или сплава, который является более прочным, чем сплав головки, такой как имеющий устойчивость к деформации, превышающую двух-, двух- с половиной или трехкратную величину устойчивости к деформации сплава головки или равную ей. Металл или сплав трубчатого элемента 15 может быть высокой прочности, такой как сталь. Сталь трубчатого элемента 15 может быть простой углеродистой, нержавеющей или низколегированной, такой как сталь SAE 41xx.
[0037] Обращаясь конкретно к фиг. 2В и 2Е, трубчатый элемент 15 может быть установлен в токарном станке. Трубчатый элемент 15 может быть повернут в токарном станке, чтобы сформировать узел 3s для соединения внахлест на его внутренней поверхности, на его втором конце. Узел 3s для соединения внахлест может принимать узел 3h для соединения внахлест для формирования сочленения 3 внахлест (фиг. 3B). Трубчатый элемент 15 может далее быть повернут для настройки длины воротника 17.
[0038] Обращаясь конкретно к фиг. 2С, 2F и 2G, трубчатый элемент 15 может быть удален из токарного станка и установлен во фрезерном станке для формирования из него штока 1s. Фрезерный станок может быть приведен в действие, чтобы прорезать пазы для шлама в воротнике 17, тем самым формируя множество калиброванных бобышек 18 между смежными пазами для шлама. Каждая калиброванная бобышка 18 может совмещаться с соответствующей лопастью 9а-d головки 1h, и каждый паз для шлама может совмещаться с соответствующим каналом для текучей среды на головке, тем самым определяя калиброванную секцию бурового долота 1. Калиброванные бобышки 18 могут простираться вдоль воротника 17 главным образом в продольном направлении с небольшой спиральной кривизной. Фрезерный станок может быть далее приведен в действие для формирования изогнутого среза 12s в конце каждой бобышки 18, смежной со вторым концом штока 1s. Изогнутые срезы 12h могут соответствовать небольшой спиральной кривизне калиброванных бобышек 18. Изогнутые срезы 12h могут принимать изогнутые срезы 12s для формирования сочленений 12 заподлицо (фиг. 6B). Поскольку калиброванные бобышки 18 формируются как единое целое со штоком 1s, калиброванные бобышки 18 также изготавливаются из того же материала, что и шток.
[0039] Альтернативно, фрезерный станок может быть дополнительно приведен в действие для формирования карманов вдоль и поперек наружной поверхности калиброванных бобышек 18.
[0040] Обращаясь конкретно к фиг. 2H, шток 1s может быть удален из фрезерного станка и доставлен на станцию обработки. На станции обработки слой наплавки 13s из твердого сплава может быть нанесен на калиброванные бобышки 18 для повышения их устойчивости к стиранию и/или эрозии. Наплавка 13s из твердого сплава может быть керамической или металлокерамической, такой как карбид или карбид, цементированный металлом или сплавом. Наплавка 13s из твердого сплава может быть нанесена на часть передней грани, часть задней грани и наружную поверхность каждой бобышки 18.
[0041] Альтернативно, шток 1s может быть перенесен к станции установки резцов для установки защитных приспособлений в карманы. Защитные приспособления могут быть изготовлены из твердого материала, такого как керамика или металлокерамика, или сверхтвердого материала, такого как алмаз. Керамика или металлокерамика может быть карбидом, цементированным металлом или сплавом, а алмаз может быть композитным или пропитанным сегментом.
[0042] Фиг. 3А-3С иллюстрируют сборку головки 1h и штока 1s. Зажим 19 может быть использован для облегчения процесса сборки. Зажим 19 может включать в себя фланец 19f, стержень 19r с резьбой и гайку 19n. Стержень 19r с резьбой может быть завинчен в гнездо 5 головки 1h, а фланец 19f может быть завинчен в муфту 16 с внутренней резьбой, расположенной на штоке 1s. Уплотнительная прокладка 20, такая как уплотнительное кольцо, может быть вставлена в узел 3s для соединения внахлест, расположенный на штоке 1s. Стержень 19r может быть вставлен в штангу 1s и принят в отверстие, образованное через фланец 19f, когда узлы 3h, s для соединения внахлест совмещаются, а изогнутые срезы 12h, s выравниваются. Гайка 19n может быть завинчена на конце стержня 19r с резьбой рядом с фланцем 19f, тем самым закрепляя головку 1h на месте. Уплотнительная прокладка 20 может быть изготовлена из эластомерного материала и может быть под упругим напряжением за счет сцепления фаски 6с с ней.
[0043] Фиг. 4А-4F иллюстрируют изготовление сочленения 21 в замок, скрепляющего головку 1h и шток 1s. Сжатые головка 1h и штанга 1s могут быть установлены на фрезерном станке для формирования сочленения 21 в замок. Фрезерный станок может быть приведен в действие для высверливания одной или более (показано четыре) приемных полостей 21r через узел 3s для соединения внахлест, расположенный на штоке 1s и в узле 3h для соединения внахлест, расположенном на головке 1h. Крепежный элемент, такой как штифт 21p, может затем быть вставлен в каждую приемную полость 21r и иметь часть, проходящую в гнездо головки соответствующей приемной полости, и часть, проходящую в отверстии штока соответствующей приемной полости, тем самым соединяя головку 1h и шток 1s в направлении вращения и в продольном направлении. Каждый штифт 21p может быть изготовлен из того же материала, что и головка 1h. Каждая приемная полость 21r может затем быть закрыта заглушкой 21g, сформированной сваркой, тем самым закрепляя соответствующий штифт 21p на месте и герметизируя приемную полость от протечек. Зажим 19 может затем быть удален.
[0044] Фиг. 5А иллюстрирует настройку диаметра калибра бурового долота 1. Шлифовальный станок (не показан) может затем быть использован для стачивания самого наружного резца 14o каждой лопасти 9а-d для настройки диаметра калибра бурового долота 1.
[0045] Фиг. 5В иллюстрирует установку сопел 22 в головку 1h. Сопло 22 может затем быть вставлено в каждое отверстие 10 и вмонтировано в нем, например клеем. Каждое сопло может быть изготовлено из материала, стойкого к эрозии, такого как керамика или металлокерамика. Керамика или металлокерамика может быть карбидом или карбидом, цементированным металлом или сплавом. Клеящее вещество может быть полимером, таким как термореактивный материал. Каждое сопло 22 может быть втулкой и иметь монтажное плечо, сформированное на его внешней поверхности для зацепления с монтажным плечом, сформированным в соответствующем отверстии 10. Каждое сопло 22 может иметь длину, большую, чем толщина головки 1h (между камерой 4 и нижней частью головки), так что часть сопла проходит в камеру 4 (фиг. 6В), тем самым препятствуя ее эрозии.
[0046] Фиг. 6А-6D иллюстрирует укомплектованное буровое долото 1. В процессе работы буровое долото 1 может быть собрано как часть обсадной колонны-хвостовика (не показана). Обсадная колонна-хвостовик может включать в себя подвеску, пакер, сочленения хвостовика, муфту с обратным клапаном и буровое долото 1, присоединенное на ее нижней части. Буровое долото 1 может быть особенно полезно для расширения скважины через проблемный, например, неустойчивый или обедненный пласт. Собранная обсадная колонна-хвостовик может быть введена в действие в скважине с использованием рабочей колонны, соединенной с ней, до того как буровое долото 1 достигает башмака обсадной колонны, уже установленной в скважине. Буровая текучая среда, такая как грязь, может быть откачана через рабочую колонну и обсадную колонну-хвостовик, а буровое долото 1 вращается и продвигается, чтобы высверлить башмак обсадной трубы. Продвижение обсадной колонны-хвостовика может продолжаться до тех пор, пока буровое долото 1 не расширит скважину через проблемный пласт. Подвеска хвостовика может затем быть установлена напротив обсадной трубы. Цементная суспензия может быть прокачана через обсадную колонну-хвостовик и в кольцевой зазор, образованный между обсадной колонной-хвостовиком и скважиной. Затем может быть установлен пакер хвостовика, а рабочая колонна извлечена из скважины.
[0047] Фиг. 7А иллюстрирует высверливание бурового долота 1. Буровая колонна (не показана) может затем быть приведена в действие в скважине. Буровая колонна может включать в себя закрепленный резец, такой как PDC, или шарошечное второе буровое долото. Буровая колонна может быть приведена в действие в скважине до того как второе буровое долото достигнет муфты с обратным клапаном обсадной колонны-хвостовика. Буровая текучая среда может быть прокачана через буровую колонну, второе буровое долото вращается и продвигается, чтобы высверлить муфту с обратным клапаном. Продвижение буровой колонны может продолжаться до тех пор, пока второе буровое долото не достигнет головки 1h. Конус 6t может направить второе буровое долото в зацепление с головкой 1h. Второе буровое долото может высверлить внутреннюю часть 23 головки 1h через камеру 4 и конус 6t. Внутренняя часть 23 головки 1h также может включать в себя конус 7c и нос 7n режущего торца. Несмотря на то, что часть штифтов 21p может быть высверлена, может оставаться достаточное количество штифтов, чтобы удерживать головку 1h соединенной со штоком 1 в направлении вращения и в продольном направлении, тем самым облегчая высверливание, не позволяя головке вращаться вместе со вторым буровым долотом. Оставшаяся внешняя часть головки 1h может дополнительно включать в себя плечо 8. После того, как второе буровое долото высверлит головку 1h, бурение скважины может возобновиться.
[0048] Буровое долото 1 может быть одинаково полезно для бурения с обсадной колонной вместо обсадной колонны-хвостовика. Существенным отличием является то, что обсадная колонна подвешивается от устья скважины вместо существующей обсадной колонны в скважине.
[0049] Альтернативно, буровое долото 1 может быть высверлено до цементирования обсадной трубы или обсадной колонны-хвостовика в скважине.
[0050] Фиг. 7В иллюстрирует сборку головки 25h и штока 25s альтернативного бурового долота 25 (фиг. 8А) для бурения с обсадной трубой или обсадной колонной-хвостовиком в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия. Подобно долоту 1, кусок круглой заготовки (не показан) может быть получен с металлообрабатывающего завода. Круглая заготовка может быть изготовлена из того же материала, который был рассмотрен выше для круглой заготовки 2. Круглая заготовка может быть установлена в токарном станке. Круглая заготовка может быть повернута в токарном станке, чтобы сформировать узел 26h для соединения внахлест на ее наружной поверхности, на ее монтажном конце. Круглая заготовка может быть далее повернута в токарном станке для формирования камеры 27 (фиг. 8D), простирающейся от ее монтажного конца и гнезда 28 с резьбой (фиг. 8D), проходящего из камеры. Круглая заготовка может быть далее повернута в токарном станке для формирования конуса 29t (фиг. 8D) на ее внутренней поверхности рядом с монтажным концом и фаски 29c (фиг. 8D) на ее внешней поверхности рядом с монтажным концом. Круглая заготовка может быть далее повернута в токарном станке для формирования внутреннего конуса 30с (фиг. 8В) на ее режущем торце и промежуточного носа 30n (фиг.8В) на режущем торце. Режущий торец может быть расположен на конце круглой заготовки напротив монтажного конца. Круглая заготовка с выточенными элементами 26-30 теперь будет называться болванкой.
[0051] Болванка может быть удалена с токарного станка и установлена на фрезерном станке. Фрезерный станок может быть приведен в действие, чтобы вырезать каналы для текучей среды на режущем торце болванки, сформировав тем самым множество лопастей 31 между смежными каналами для текучей среды. Фрезерный станок может быть далее приведен в действие для высверливания множества (показано восемь) отверстий 39 в болванке. Отверстия 39 могут простираться от каналов для текучей среды и до камеры 27 болванки.
[0052] Лопасти 31 могут включать в себя одну или более (показано четыре) первичных лопастей 31p и одну или более (показано четыре) вторичных лопастей 31s. Лопасти 31 могут быть разнесены вокруг режущего торца и могут выступать из нижней части головки 25h. Каждая из первичных лопастей 31p может простираться от центра режущего торца до носа 30n. Первичные лопасти 31p могут простираться в радиальном направлении вдоль конуса 30c и носа 30n. Каждая из вторичных лопастей 31s может простираться в радиальном направлении от периферии конуса 30с и вдоль носа 30n. Поскольку лопасти 31 формируются как единое целое с головкой 25h, лопасти также изготавливаются из того же материала, что и головка. Фрезерный станок может быть далее приведен в действие, чтобы вырезать ряд карманов вдоль передних краев каждой лопасти 31p, s. Для первичных лопастей 31p каждый ряд карманов может простираться от центра режущего торца до носового конца соответствующей лопасти. Для вторичных лопастей 31s каждый ряд карманов может простираться от периферии конуса 30c до носового конца соответствующей лопасти. Фрезерный станок может быть далее приведен в действие для формирования скошенного среза 32h в носовом конце каждой лопасти 31p, s.
[0053] Головка 25h может быть удалена из фрезерного станка и доставлена на станцию обработки. На станции обработки слой наплавки из твердого сплава (не показан, см. фиг. 8А предварительной заявки на патент США № 62/361,739, поданной 13 июля 2016 года, которая включена в данный документ посредством ссылки во всей ее полноте), может быть нанесен на лопасти 31 для повышения их устойчивости к стиранию и/или эрозии. Наплавка из твердого сплава может быть керамической или металлокерамической, такой как карбид или карбид, цементированный металлом или сплавом. Наплавка из твердого сплава может быть нанесена на часть передней грани, часть задней грани и нижнюю поверхность каждой лопасти 31p, s. Части передней и задней грани с нанесенной наплавкой могут простираться от переднего и заднего края каждой лопасти 31p, s до ее средних частей или мимо них. Карманы могут быть замаскированы от наплавки из твердого сплава. Головка 25h может затем быть перенесена со станции обработки к станции установки резцов. На станции установки резцов, резцы 34 могут быть установлены в карманы, таким способом как пайка твердым припоем. Резцы 34 могут быть похожи на резцы 14.
[0054] Нефтепромысловый трубчатый элемент (не показан) может быть получен с завода-изготовителя. Трубчатый элемент может иметь узел с резьбовым соединением, такой как муфта с внутренней резьбой, сформированный на его первом продольном конце для сборки альтернативного бурового долота 25 как части обсадной трубы или обсадной колонны-хвостовика. Трубчатый элемент также может иметь воротник, сформированный на его внешней поверхности и на его втором продольном конце. Воротник может простираться только вдоль части длины трубчатого элемента, например, между одной десятой и половиной длины трубчатого элемента. Трубчатый элемент может быть изготовлен из того же материала, который был описан выше для трубчатого элемента 15.
[0055] Трубчатый элемент может быть установлен в токарном станке. Трубчатый элемент может быть повернут в токарном станке, чтобы сформировать узел 26s для соединения внахлест на его внутренней поверхности на его втором конце. Узел 26s для соединения внахлест может принимать узел 26h для соединения внахлест для формирования сочленения 26 внахлест (фиг. 8D). Трубчатый элемент может далее быть повернут, чтобы настроить длину воротника.
[0056] Трубчатый элемент может быть удален из токарного станка и установлен на фрезерном станке для формирования из него штока 25s. Фрезерный станок может быть приведен в действие, чтобы вырезать пазы для шлама в воротнике, тем самым формируя множество лопастей 35 между смежными пазами для шлама. Каждая лопасть 35 может совмещаться с соответствующей лопастью 31 головки 25h, и каждый паз для шлама может совмещаться с соответствующим каналом для текучей среды, расположенным на головке. Каждая лопасть 35 может иметь изогнутую плечевую часть 35 и прямую калиброванную часть 35g, тем самым определяя внешнее плечо режущего торца и калиброванной секции альтернативного бурового долота 25. Лопасти 35 могут простираться вдоль воротника в продольном направлении. Фрезерный станок может быть далее приведен в действие, чтобы вырезать ряд карманов вдоль переднего края плечевой части 35s каждой лопасти. Фрезерный станок может быть далее приведен в действие для формирования скошенного среза 32 на плечевом конце каждой лопасти 35. Скошенные срезы 32h могут принимать скошенные срезы 32s для формирования сочленений 32 заподлицо (фиг. 8D). Поскольку лопасти 35 формируются как единое целое со штоком 25, лопасти 35 также изготавливаются из того же материала, что и шток.
[0057] Альтернативно, фрезерный станок может быть далее приведен в действие для формирования карманов вдоль и поперек наружной поверхности калиброванных частей 35g.
[0058] Шток 25s может быть удален из фрезерного станка и доставлен на станцию обработки. На станции обработки слой наплавки из твердого сплава (не показан, см. фиг. 8A предварительной заявки 739) может быть нанесен на лопасти 35, чтобы повысить их устойчивость к стиранию и/или эрозии. Наплавка из твердого сплава может быть керамической или металлокерамической, такой как карбид или карбид, цементированный металлом или сплавом. Наплавка из твердого сплава может быть нанесена на часть передней грани, часть задней грани и наружную поверхность каждой лопасти 35. Шток 25s может затем быть перенесен со станции обработки на станцию установки резцов. На станции установки резцов, резцы 34 могут быть установлены в карманы плечевых частей 35s, таким способом как пайка твердым припоем.
[0059] Альтернативно, защитные приспособления также могут быть установлены в карманах калиброванных частей 35g на станции установки резцов. Защитные приспособления могут быть изготовлены из твердого материала, такого как керамика или металлокерамика, или сверхтвердых материалов, таких как алмаз. Керамика или металлокерамика может быть карбидом, цементированным металлом или сплавом, и алмаз может быть композитом или пропитанным сегментом.
[0060] Зажим (не показан), подобный зажиму 19, может быть использован для облегчения процесса сборки. Уплотнительная прокладка 36 (фиг. 8D), такая как уплотнительное кольцо, может быть вставлена в узел 26s для соединения внахлест, расположенный на штоке 25s. Стержень зажима может быть вставлен в шток 26s и принят в отверстие, образованное через фланец зажима, когда узлы 26h, s для соединения внахлест совмещаются, а скошенные срезы 32h, s выравниваются. Гайка зажима может быть привинчена на конце стержня с резьбой рядом с фланцем, тем самым закрепляя головку 26h на месте. Уплотнительная прокладка 36 может быть изготовлена из эластомерного материала и может быть под упругим напряжением посредством сцепления фаски 29с с ней.
[0061] Сжатые головка 26h и шток 26s могут быть установлены во фрезерном станке для формирования сочленения в замок, скрепляющего головку и шток. Фрезерный станок может быть приведен в действие для просверливания одной или более приемных полостей через узел 26s для соединения внахлест, расположенный на штоке 25 и в узле 26h для соединения внахлест, расположенном на головке 25h. Крепежный элемент, такой как штифт 37p, может затем быть вставлен в каждую приемную полость и иметь часть, проходящую в гнездо 37s головки соответствующей приемной полости, и часть, проходящую в отверстие 37h штока соответствующей приемной полости, тем самым соединяя головку 25h и шток 25s в направлении вращения и в продольном направлении. Каждый штифт 37p может быть изготовлен из того же материала, что и головка 25h. Каждая приемная полость может быть закрыта заглушкой 37g (фиг. 8C), образованной путем сварки, тем самым закрепляя соответствующий штифт 37p на месте и герметизируя приемную полость от протечек. Затем зажим может быть удален.
[0062] Шлифовальный станок (не показан) может затем быть использован для стачивания самого наружного резца каждой лопасти 35 для настройки диаметра калибра альтернативного бурового долота 25. Сопло 38 (фиг. 8В) может затем быть вставлено в каждое отверстие 39 и вмонтировано в нем таким способом как приклеивание. Материал сопла и клеящего вещества может быть аналогичен описанным выше для сопла 22. Каждое сопло 38 может быть муфтой и иметь монтажное плечо, сформированное на его внешней поверхности для зацепления с монтажным плечом, сформированным в соответствующем отверстии 32. Каждое сопло 38 может иметь длину, большую, чем толщина головки 25h (между камерой 27 и нижней частью головки), так что часть сопла проходит в камеру (фиг. 8D), тем самым предотвращая ее эрозию.
[0063] Фиг. 8А-8D иллюстрируют укомплектованное альтернативное буровое долото 25. Использование и высверливание альтернативного бурового долота 25 может быть аналогично описанным выше для бурового долота 1, за исключением того, что, по существу, вся головка 25h высверливается вместо только внутренней части 23.
[0064] Фиг. 9 иллюстрирует модификацию альтернативного бурового долота 25 согласно другому варианту осуществления настоящего раскрытия. После формирования лопастей 35 фрезерный станок может быть далее приведен в действие для высверливания запасного отверстия через стенку штока 26s в одном из пазов для шлама. Запасное отверстие может затем быть закрыто путем установки на модифицированный шток хрупкого элемента, такого как разрывный диск 40. Запасное отверстие может быть использовано, если сопла забиваются, особенно при цементировании обсадной трубы или обсадной колонны-хвостовика. Давление в камере 27 может увеличиваться до достижения давления разрыва, вскрывая таким образом разрывной диск 40.
[0065] Альтернативно, долото 1 также может быть модифицировано, чтобы включить запасное отверстие и разрывной диск.
[0066] Хотя вышеизложенное направлено на варианты осуществления настоящего раскрытия, могут быть разработаны другие и дополнительные варианты осуществления настоящего раскрытия без отступления от его основного объема, а объем изобретения определяется последующими пунктами формулы изобретения.