БУРОВЫЕ СИСТЕМЫ И ГИБРИДНЫЕ БУРОВЫЕ ДОЛОТА ДЛЯ БУРЕНИЯ В ПОДЗЕМНОЙ ПОРОДЕ И СПОСОБЫ, СВЯЗАННЫЕ С НИМИ

1. Буровое долото для бурения в подземном пласте ствола скважины, имеющего калиброванный диаметр, причем буровое долото содержит:
корпус долота, имеющий ось долота, первый конец, выполненный с возможностью соединения с нижним концом бурильной колонны, и второй конец, выполненный с возможностью взаимодействия с подземной породой, при этом корпус долота включает в себя множество лап, расположенных по окружности вокруг оси долота, каждая лапа имеет нижнюю часть, проходящую в осевом направлении от второго конца долота, и каждая нижняя часть имеет набегающую поверхность относительно направления вращения долота вокруг оси долота и тыльную поверхность относительно направления вращения долота;
множество конических шарошек, при этом каждая коническая шарошка установлена в возможностью поворота на нижней части одной из лап и размещена вдоль набегающей поверхности соответствующей лапы, и каждая коническая шарошка имеет ось вращения шарошки, которая расположена на расстоянии в радиальном направлении от оси долота и по существу перпендикулярна плоскости, содержащей ось долота;
при этом каждая шарошка включает в себя первое множество режущих элементов, расположенных в первом ряду, проходящем по окружности вокруг оси вращения соответствующей шарошки, и каждый из первого множества режущих элементов включает в себя плоскую режущую поверхность, которая выполнена с возможностью взаимодействия с подземной породой и ее скалывания, когда корпус долота вращается вокруг оси долота в направлении вращения долота.
2. Буровое долото по п. 1, дополнительно содержащее:
множество разнесенных по окружности фиксированных лопастей, при этом каждая фиксированная лопасть проходит радиально наружу от нижней части одной из лап, и каждая фиксированная лопасть имеет радиально наружную обращенную к породе поверхность, расположенную по окружности между набегающей поверхностью и тыльной поверхностью соответствующей лапы; и
множество режущих элементов, установленных на обращенной к породе поверхности каждой лопасти и выполненных с возможностью взаимодействия с породой и ее скалывания, когда корпус долота вращается вокруг оси долота в направлении вращения долота.
3. Буровое долото по п. 2, в котором каждая шарошка имеет заднюю поверхность, вершину и коническую поверхность, проходящую от задней поверхности до вершины, при этом задняя поверхность каждой шарошки является смежной по окружности с набегающей поверхностью нижней части соответствующей фиксированной лопасти.
4. Буровое долото по п. 2, в котором каждая шарошка установлена с возможностью поворота на цапфе, проходящей от нижней части соответствующей лапы, при этом каждая цапфа разъемно соединена с соответствующей нижней частью.
5. Буровое долото по п. 4, в котором каждая цапфа имеет резьбовое соединение с нижней частью соответствующей лапы.
6. Буровое долото по п. 4, в котором тыльная поверхность нижней части каждой лапы включает в себя создающую зазор выемку, выполненную с возможностью предотвращения мешающего работе взаимодействия с шарошкой, соединенной с нижней частью смежной по окружности лапы.
7. Буровое долото по п. 4, в котором тыльная поверхность нижней части каждой лапы включает в себя создающую зазор выемку, выполненную для обеспечения пространства для удаления шарошки и цапфы, соединенных с нижней частью смежной по окружности лапы.
8. Буровое долото по п. 4, в котором ось конуса каждой шарошки сориентирована под углом ϕ к тыльной поверхности смежной по окружности фиксированной лопасти, которая идет впереди шарошки по направлению вращения долота, при этом каждый угол ϕ является острым углом меньше 45°.
9. Буровое долото по п. 7, в котором каждый угол ϕ меньше 30°.
10. Буровое долото по п. 1, в котором каждая шарошка включает в себя второе множество режущих элементов, расположенных во втором проходящем по окружности ряду, который расположен на расстоянии в осевом направлении от первого проходящего по окружности ряда относительно оси вращения шарошки,
при этом каждый из второго множества режущих элементов включает в себя плоскую режущую поверхность, которая выполнена с возможностью взаимодействия с подземной породой и ее скалывания, когда корпус долота вращается вокруг оси долота в направлении вращения долота.
11. Буровое долото по п. 10, в котором режущая поверхность радиально самого дальнего от оси режущего элемента первого множества режущих элементов относительно оси долота проходит до опорной окружности на виде с конца, при этом опорная окружность образована полным калибрующим диаметром и расположена концентрически вокруг оси долота; и
при этом режущая поверхность радиально самого дальнего от оси режущего элемента второго множества режущих элементов относительно оси долота проходит до опорной окружности на виде с конца.
12. Буровое долото для бурения в подземной породе ствола скважины, имеющего калиброванный диаметр, причем буровое долото содержит:
корпус долота, имеющий ось долота, первый конец, выполненный с возможностью соединения с нижним концом бурильной колонны, и второй конец, выполненный с возможностью взаимодействия с подземной породой, при этом корпус долота включает в себя множество лап, расположенных по окружности вокруг оси долота, каждая лапа имеет нижнюю часть, проходящую в осевом направлении от второго конца долота, и каждая нижняя часть имеет набегающую поверхность относительно направления вращения долота вокруг оси долота и тыльную поверхность относительно направления вращения долота;
множество конических шарошек, при этом каждая коническая шарошка установлена с возможностью поворота на цапфе, соединенной резьбой с нижней частью одной из лап, и каждая шарошка расположена вдоль набегающей поверхности соответствующей лапы;
при этом каждая шарошка включает в себя первое множество режущих элементов, расположенных в первом ряду, проходящем по окружности вокруг оси вращения соответствующей шарошки, и каждый из первого множества режущих элементов включает в себя плоскую режущую поверхность, которая выполнена с возможностью взаимодействия с подземной породой и ее скалывания, когда корпус долота вращается вокруг оси долота в направлении вращения долота.
13. Буровое долото по п. 12, дополнительно содержащее:
множество разнесенных по окружности фиксированных лопастей, при этом каждая фиксированная лопасть проходит радиально наружу от нижней части одной из лап, и каждая фиксированная лопасть имеет радиально наружную обращенную к породе поверхность, расположенную по окружности между набегающей поверхностью и тыльной поверхностью соответствующей лапы;
множество режущих элементов, установленных на обращенной к породе поверхности каждой лопасти и выполненных с возможностью взаимодействия с породой и ее скалывания, когда корпус долота вращается вокруг оси долота в направлении вращения долота.
14. Буровое долото по п. 13, в котором ось вращения каждой шарошки расположена на расстоянии в радиальном направлении от оси долота и по существу перпендикулярна плоскости, содержащей ось долота.
15. Буровое долото по п. 14, в котором каждая шарошка имеет заднюю поверхность, вершину и коническую поверхность, проходящую от задней поверхности до вершины, при этом задняя поверхность каждой шарошки является смежной по окружности с набегающей поверхностью нижней части соответствующей лапы.
16. Буровое долото по п. 12, в котором тыльная поверхность нижней части каждой лапы включает в себя создающую зазор выемку, выполненную для обеспечения пространства для удаления шарошки и цапфы, соединенной с нижней частью смежной по окружности лапы.
17. Буровое долото по п. 12, в котором каждая ось каждой шарошки сориентирована под углом ϕ к тыльной поверхности смежной по окружности фиксированной лопасти, которая идет впереди шарошки по направлению вращения долота, при этом каждый угол ϕ является острым углом меньше 45°.
18. Буровое долото по п. 17, в котором каждый угол ϕ меньше 30°.
19. Буровое долото по п. 12, в котором каждая шарошка включает в себя второе множество режущих элементов, расположенных во втором проходящем по окружности ряду, который расположен на расстоянии в осевом направлении от первого проходящего по окружности ряда относительно оси вращения шарошки,
при этом каждый из второго множества режущих элементов включает в себя плоскую режущую поверхность, которая выполнена с возможностью взаимодействия с подземной породой и ее скалывания, когда корпус долота вращается вокруг оси долота в направлении вращения долота.
20. Буровое долото по п. 19, в котором режущая поверхность радиально самого дальнего от оси режущего элемента первого множества режущих элементов относительно оси долота проходит до опорной окружности на виде с конца, при этом опорная окружность образована полным калибрующим диаметром и расположена концентрически вокруг оси долота; и
при этом режущая поверхность радиально самого дальнего от оси режущего элемента второго множества режущих элементов относительно оси долота, проходит до опорной окружности на виде с конца.
21. Способ бурения ствола скважины в подземном пласте, включающий:
(a) разъемное соединение первой цапфы с лапой корпуса долота, при этом корпус долота имеет ось долота;
(b) соединение с возможностью вращения первой конической шарошки с первой цапфой, при этом первая шарошка имеет первую ось шарошки и множество режущих элементов;
(c) вращение бурового долота вокруг оси долота в направлении резания;
(d) взаимодействие с подземной породой множества режущих элементов, установленных на первой шарошке, во время этапа (с); и
(e) вращение первой шарошки вокруг оси первой шарошки во время этапа (d).
22. Способ по п. 21, в котором лапа включает в себя фиксированную лопасть, имеющую радиально наружную, обращенную к породе поверхность, и множество режущих элементов, установленных на обращенной к породе поверхности, и при этом этап (d) дополнительно включает:
взаимодействие с подземной породой множества режущих элементов, установленных на обращенной к породе поверхности фиксированной лопасти, во время этапа (с).
23. Способ по п. 22, в котором этап (d) дополнительно включает скалывание подземной породы множеством режущих элементов, установленных на обращенной к породе поверхности фиксированной лопасти, и множеством режущих элементов, установленных на первой шарошке, во время этапа (с).
24. Способ по п. 22, в котором этап (а) включает ввинчивание первой цапфы в лапу.
25. Способ по п. 24, дополнительно включающий:
(f) выполнение рейса бурового долота из ствола скважины после этапа (d);
(g) удаление первой шарошки из корпуса долота с помощью вывинчивания первой цапфы из лапы после этапа (f).
26. Способ по п. 25, дополнительно включающий:
(h) разъемное соединение второй цапфы с лапой корпуса долота после этапа (g);
(i) соединение с возможностью вращения второй конической шарошки со второй цапфой, при этом вторая шарошка имеет вторую ось шарошки и множество режущих элементов;
(j) вращение бурового долота вокруг оси долота в направлении резания;
(k) взаимодействие с подземной породой множества режущих элементов, установленных на обращенной к породе поверхности фиксированной лопасти, и множества режущих элементов, установленных на второй шарошке во время этапа (j).
27. Способ по п. 23, в котором первая ось шарошки расположена на расстоянии в радиальном направлении от оси долота и по существу перпендикулярна первой плоскости, содержащей ось долота.
28. Способ по п. 27, в котором первая шарошка имеет заднюю поверхность, вершину и коническую поверхность, проходящую от задней поверхности до вершины;
при этом этап (b) дополнительно включает позиционирование задней поверхности первой шарошки смежно по окружности с фиксированной лопастью.