Долото для бурения

Полезная модель относится к области бурения скважин в твердых и очень твердых абразивных горных породах.
Необходимость данного технического решения определяется тем, что при работах по искусственному искривлению скважин отклонителями в зауженном стволе возникает проблема раскрепления отклонителя. В связи с этим важно иметь специальный инструмент, который бы позволил проработать определенный интервал скважины с некоторым расширением ствола.
Известно алмазное долото (авторское свидетельство №623951, Е21В 9/36), которое содержит корпус с ниппельной частью и алмазосодержащую матрицу с промывочными отверстиями.
Недостатком данного алмазного долота является его низкая эффективность как средства для проработки и расширения зауженного ствола скважины, за счет его низкой фрезерующей способности.
За прототип нами принято алмазное долото, включающее корпус с резьбой и алмазную матрицу с промывочными каналами (см. В.В. Нескоромных Направленное бурение и основы кернометрии/ Учебник: «Инфра-М», Москва, 2015 г., стр. 217, рис. 4.77).
Недостатком данного долота является его низкая эффективность как средства для проработки и расширения зауженного интервала скважины за счет его низкой фрезерующей способности.
Полезная модель направлена на повышение эффективности проработки интервалов зауженного ствола скважины перед искусственным искривлением в твердых и очень твердых горных породах, за счет создания эксцентриситета режущей части матрицы долота и увеличения фрезерующей способности.
Поставленная задача достигается тем, что долото для бурения, включающее корпус с резьбой, алмазосодержащую матрицу с торцевым и фрезерующим вооружением согласно техническому решению, торцевая поверхность матрицы разделена на две части - основную торцевую, со стандартным насыщением алмазами и дополнительную торцевую с меньшим насыщением алмазами, составляющую сектор с углом от 90 до 180 градусов, а фрезерующая часть матрицы по периметру состоит из последовательно расположенных по ходу вращения долота участков - участка с насыщением, большим стандартного, затем участка со стандартным насыщением фрезерующего вооружения и участка с насыщением фрезерующего вооружения, меньшим стандартного, расположенного на дополнительной торцевой части, при этом участок фрезерующей части матрицы с насыщением фрезерующего вооружения, меньшим стандартного, соответствует дополнительной торцевой части.
Насыщенность алмазами для разных участков алмазного долота рассчитывается по формуле:
где N - насыщенность алмазами матрицы;
a
3
V - объем алмазов в матрице, см;
м
2
V - объем матрицы, см.
Насыщенность N в основном зависит от зернистости алмазов и составляет для отечественного инструмента диаметром 46, 59, 76 мм при зернистости 20-30; 30-40; 40-60 шт/карат, насыщенность соответственно 6,0; 5,7; 4,5% (стандартные значения). У импортного инструмента насыщенность ниже на 20-30%.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показано заявляемое алмазное долото;
на фиг. 2 показана схема поясняющая процесс формирования скважины алмазным долотом и расположение вооружения на торцевой части долота.
Предлагаемое в качестве полезной модели алмазное долото включает корпус с резьбой 1 и алмазосодержащую матрицу 2. Матрица 2 со стороны торца имеет две части. Основная часть 3, ограниченная углом β, имеет стандартное насыщение алмазами. Дополнительная часть 4, имеет меньшее насыщение алмазами. Матрица 2 по всему периметру имеет фрезерующее вооружение, при этом стандартное фрезерующее вооружение 6 ограниченно с одной стороны центральным углом α с основным фрезерующим вооружением 5, имеющим большую насыщенность фрезерующего вооружения от стандартного, а с другой, фрезерующим вооружением 7 на дополнительной части 4, имеющей меньшую насыщенность фрезерующего вооружения.
y
1
Предлагаемое долото работает следующим образом. При бурении долотом, содержащим корпус с резьбой 1, под действием осевой нагрузки и крутящего момента в направлении вращения ω происходит разрушение горной породы алмазосодержащей матрицей 2. Вследствие того, что y долота на дополнительной части 4 торца алмазосодержащей матрицы 2 насыщенность алмазами ниже, чем на основной части 3 алмазосодержащей матрицы 2, возникает неуравновешенность реакций сил F и F резания-скалывания породы резцами и появляется равнодействующая сил резания скалывания ΔF, которая смещена от геометрической оси торца долота (точка О) на расстояние X. Точка О, в этом случае, становится центром мгновенного вращения долота. В результате этого распределения сил долото будет вращаться, прижавшись к стенке скважины своей боковой поверхностью с основным фрезерующим вооружением 5 с размещением в пределах центральным углом α, активно фрезеруя стенку скважины. При этом при работе долота алмазосодержащая матрица 2 защищена по периметру фрезерующим вооружением 5,6 и 7, которое не допускает преждевременного износа.
Таким образом, при работе долота осуществляется расширение и проработка ствола скважины за счет наличия эксцентриситета режущей части торца алмазосодержащей матрицы. Кроме того, представленное долото позволяет снижать естественное искривление скважин в анизотропных горных породах.