Головка бурильная

Полезная модель относится к устройствам для бурения скважин с отбором керна, в частности, к головкам бурильным, и может быть использована при строительстве нефтяных и газовых скважин.
Известна бурильная головка, корпус которой имеет ударный плоский торец. Торец расположен над рабочими лопастями. Имеются боковые наклонные каналы, расположенные на боковых поверхностях вертикальных каналов над и под шаром-вибратором и сообщенные с полостью корпуса и с затрубным пространством. Кольцевая полость и вертикальные каналы расположены со стороны торца. Суммарная площадь сечения боковых наклонных каналов не превышает 35-40% от суммарных площадей вертикальных каналов (патент RU 2021473, МПК Е21В 10/36, опубл. 15.10.1994 г.).
Известна головка бурильная, которая содержит корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых наклонна к оси скважины и оснащена калибрующими вставками, а профиль армирован резцами, таким образом, что лопасти основного и вторичного типов разной толщины, расположены попарно, последовательно, и имеют наклон относительно оси скважины, а межлопастное пространство сохранено одинаковым, корпус имеет внутреннюю полость для установки кернователя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом, основная, ведущая лопасть с одним рядом алмазно-твердосплавных резцов (известных как АТП, или АТР, или PDC), а вторичная, ведомая лопасть имеет два ряда резцов, где первый ряд резцов PDC, а второй (только на ведомой лопасти) импрегнированные вставки, причем, каждый резец второго ряда ведомой лопасти размещен строго за резцом первого ряда и находится ниже относительно профиля головки бурильной или на одном уровне с соответствующим резцом первого ряда (патент RU 163879, МПК Е21В 10/43, Е21В 10/54, опубл. 10.08.2016 г.). Принято за прототип.
Недостатком известных головок является возможность размыва керна при отборе глинистых и мягких пород вследствие того, что не реализована защита отбираемого керна от циркуляции промывочной жидкости на забое скважины при бурении.
Технической проблемой, решаемой заявляемым устройством, является максимальная защита отбираемого керна от размыва и загрязнения буровым раствором независимо от типа пород, повышение эффективности работы устройства.
Технический результат - снижение площади контакта промывочной жидкости и отбираемого керна.
Задача решается, а технический результат достигается головкой бурильной, содержащей корпус с промывочными каналами и лопастями, боковая поверхность которых оснащена калибрующими вставками, а профиль армирован резцами, причем корпус имеет внутреннюю полость для установки кернователя, а также присоединительную резьбу для соединения с керноотборным снарядом. В отличие от прототипа лопасти головки бурильной в месте контакта с отбираемым керном соединены между собой с формированием перемычки, а промывочные каналы отклонены от центра и усилены твердосплавными насадками.
Согласно полезной модели, в частных случаях:
- твердосплавные насадки имеют форму проходного сечения в виде круга, щели или сложной геометрической формы с прямой или искривленной осью;
- толщина перемычки между лопастями составляет от 4 до 10 мм;
- резцы изготовлены из твердосплавного материала и/или из твердосплавного материала, импрегнированного алмазной крошкой, и/или использованы алмазные PDC резцы;
- калибрующие вставки выполнены из твердосплавного материала и/или из твердосплавного материала, импрегнированного алмазной крошкой, и/или из алмазного PDC материала;
- ось каждого промывочного канала отклонена от центральной оси корпуса на угол 5- 25°;
- количество лопастей головки бурильной составляет не менее четырех;
- угол установки резцов находится в интервале от 12 до 45°;
- каждая лопасть с тыльной стороны имеет фаску, ширина которой составляет от 20 до 60% толщины лопасти;
- угол фаски с тыльной стороны лопасти составляет 5-45°.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - общий вид головки бурильной;
на фиг. 2 - показана работа головки бурильной в процессе отбора керна.
На фигурах обозначено:
1 - корпус головки бурильной
2 - лопасти на корпусе
3 - резцы
4 - калибрующие вставки
5 - промывочные каналы в корпусе для вывода буровой промывочной жидкости
6 - твердосплавные насадки, расположенные в месте выхода отверстия промывочного канала
7 - расточка для расположения кернорвателя керноотборного снаряда
8 - резьба для присоединения бурильной головки к керноотборному снаряду
9 - перемычка между лопастями
10 - фаска на тыльной части лопасти
11 - корпус керноотборного снаряда
12 - горная порода
13 - поток буровой промывочной жидкости
14 - отбираемый керн
15 - кернорватель
16 - керноприемная труба
Устройство работает следующим образом.
От корпуса 11 керноотборного снаряда бурильной головке передаются осевая сила и вращающий момент. Под действием этих сил бурильная головка резцами 3 внедряется в породу 12 и разрушает ее. Резцы 3 выполняют основную работу по разрушению породы. Бурильная головка углубляется в породу 12, формируя в центральной части фрагмент породы цилиндрической формы - керн 14, который, минуя кернорватель 15, заходит в полость керноприемной трубы 16, в которой керн 14 впоследствии доставляется на поверхность.
Промывочная жидкость поступает в призабойную зону через промывочные каналы 5, охлаждая резцы 3 и вынося разрушенную породу 12 на поверхность. Поток буровой промывочной жидкости 13, выходя из промывочного канала, ось которого отклонена от центральной оси корпуса на угол 5-25°, через твердосплавную насадку 6, омывает забой, не размывая и не загрязняя керн 14, удаляет частицы разрушенной породы из призабойной зоны. Перемычки 9 между лопастями преграждают потоку 13 промывочной жидкости путь до отбираемого керна 14, плавно отклоняя его, тем самым максимально защищая отбираемый керн от размыва. Межлопастные перемычки 9 снижают воздействие промывочной жидкости на керн 14.
Количество лопастей может варьироваться от четырех и более, в зависимости от геологических условий применения головки бурильной.
Угол установки резцов варьируется, преимущественно, в пределах от 12 до 45° в зависимости от твердости буримой породы, а также от места расположения резца в бурильной головке.
Таким образом, промывочная жидкость не размывает и не загрязняет керн при отборе. Улучшаются условия работы устройства, снижаются контактные напряжения на границе «резец-порода», увеличивается износостойкость резцов.
Достигается минимизация воздействия бурового раствора на отбираемый керн, снижение вибрации головки бурильной при отборе керна, что ведет к повышению эффективности работы головки бурильной при отборе керна в сложных условиях с минимизацией воздействия на свойства отбираемого керна.