Бурова головка з генераторною схемою різання і гідромоніторною схемою очищення свердловин

Реферат: Бурова головка включає корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з ріжучими елементами, щонайменше двома калібрувальними елементами, при цьому всі робочі і калібрувальні елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресованих у кріпильні планки, жорстко закріплені на поверхні корпуса, ролики мають кріпильну ділянку і робочу поверхню з різальною кромкою, корпус додатково споряджений бічними отворами для гідромоніторного очищення свердловин, розміщеними у горизонтальних проміжках між робочими органами з ріжучими елементами, з можливістю встановлення в них різьбової пробки-заглушки, і робочі поверхні калібрувальних елементів виконані паралельно вертикальній осі головки. UA 76317 U (12) UA 76317 U UA 76317 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої промисловості, а саме до бурових інструментів і може бути використана при бурінні свердловин у нафтогазовій промисловості. Відома бурова головка американської фірми BAKER CHRPSTENSEN COMPANY, що включає циліндричний корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, виконаними з нахилом в бік бокової стінки свердловини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з ріжучими елементами, виконаними у вигляді роликів з ріжучою кромкою, розміщеними на торцевій поверхні корпуса на виступах, що дугоподібно відходять від центру до периферії [Офіційний сайт американської фірми BAKER CHRPSTENSEN COMPANY http://www.bakerhughes.com/products-and-services/drilling/drill-bitsystems]. Однак, ця бурова головка в багатьох випадках є малопродуктивною, оскільки не передбачає можливості реалізації і оптимізації генераторної схеми різання гірських порід, що, відповідно, впливає на собівартість спорудження свердловин через вузький діапазон можливого вибору оптимальних режимів буріння у відповідності до реальних умов. Найбільш близькою до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю, є бурова головка, яка включає корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, виконаними з нахилом в бік бокової стінки свердловини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, що включають калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по бічній конічній поверхні корпуса і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по торцевій горизонтальній поверхні корпуса, при цьому калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені по бічній конічній поверхні корпуса таким чином, що утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів, розміщених радіально на торцевій поверхні, і завершуються щонайменше двома калібрувальними елементами по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними перпендикулярно до вертикальної осі корпуса з виступом за межі корпуса на віддаль, що відповідає діаметру свердловини, всі робочі і калібрувальні елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресованих у кріпильні планки, жорстко закріплені на поверхні корпуса, ролики мають кріпильну ділянку і робочу поверхню з різальною кромкою, що виступає за корпус бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса по бічній конічній і торцевій горизонтальній поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок різальних елементів з розбурюваною породою під заданим кутом різання α, який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні у відповідності до умов буріння і поступовому збільшенню цього кута по торцевій поверхні радіально від периферії до центру [Бурова головка з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера. Рішення про видачу патенту на корисну модель по заявці № 201202459 від 05.07.2012, Е21В 10/16, Е21В 10/18]. Така конструкція бурової головки, хоч і забезпечує можливість реалізувати і оптимізувати генераторну схему різання гірських порід зі зменшенням собівартості спорудження свердловин можливим підбором оптимальних режимів буріння у відповідності до реальних умов, однак не оснащена соплами для гідромоніторного очищення свердловин, що певним чином обмежує діапазон підбору оптимальних режимів буріння. Крім того, конструкція калібрувальних елементів строго не забезпечує паралельність їх робочій поверхні вертикальної осі головки, що відповідно впливає на точність калібрування свердловин. В основу корисної моделі поставлено задачу винайти конструкцію бурової головки шляхом конструктивного вирішення робочих органів з додатковим оснащенням соплами для гідромоніторного очищення свердловин, забезпечити можливість розширення діапазону підбору оптимальних режимів буріння, і вдосконаленням конструкції калібрувальних елементів підвищити точність калібрування свердловин. Поставлена задача вирішується тим, що в буровій головці з генераторною схемою різання, яка включає корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, виконаними з нахилом в бік бокової стінки свердловини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, які включають калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по бічній конічній поверхні корпуса і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по торцевій горизонтальній і бічній конічній поверхнях корпуса таким чином, що утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів, розміщених радіально на торцевій поверхні, і завершуються щонайменше двома калібрувальними елементами по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними перпендикулярно до вертикальної осі корпуса з виступом за межі корпуса на віддаль, що 1 UA 76317 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відповідає діаметру свердловини, при цьому всі робочі і калібрувальні елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресованих у кріпильні планки, жорстко закріплені на поверхні корпуса, ролики мають кріпильну ділянку і робочу поверхню з різальною кромкою, що виступає за корпус бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса по бічній конічній і торцевій горизонтальній поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок різальних елементів з розбурюваною породою під заданим кутом різання α, який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні і поступовому збільшенню цього кута по торцевій поверхні радіально від периферії до центру, згідно з пропонованою корисною моделлю, корпус додатково споряджений бічними отворами для гідромоніторного очищення свердловин, розміщеними у горизонтальних проміжках між робочими органами з ріжучими елементами, з можливістю встановлення в них сопел гідромоніторного очищення і/або різьбової пробки-заглушки, і робочі поверхні калібрувальних елементів виконані паралельно вертикальній осі головки. Завдяки пропонованим суттєвим ознакам, зокрема додатковому спорядженню корпуса головки бічними отворами для гідромоніторного очищення свердловин, розміщеними у горизонтальних проміжках між робочими органами з ріжучими елементами, оснащення таких отворів різьбою з можливістю встановлення в них сопел гідромоніторного очищення, або різьбової пробки-заглушки, розширюється діапазон можливого підбору оптимальних режимів буріння, як з використанням гідромоніторного очищення свердловин, так і промивки за рахунок торцевих промивальних отворів, встановленням в бічних отворах сопел гідромоніторного очищення, або їх заглушуванням пробками-заглушками. Крім того, виконання робочої поверхні калібрувальних елементів паралельно вертикальній осі стає реальною можливість доведення діаметра свердловини до заданого розміру і надання стінкам свердловини правильної форми, тобто підвищується точність калібрування свердловин. Така конструкція бурової головки дозволяє реалізувати і оптимізувати генераторну схему різання гірської породи, що зменшує собівартість спорудження свердловин, і вибирати в широкому діапазоні оптимальні режими буріння з високою точністю калібрування свердловин у відповідності до реальних умов їх спорудження. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На Фіг. 1 наведена конструкція бурової головки з генераторною схемою різання і гідромоніторною схемою очищення свердловин. На Фіг. 2 - вигляд головки з торця. Бурова головка з генераторною схемою різання і гідромоніторною схемою очищення свердловин включає корпус 1 з центральним 5 і торцевими 6 отворами подачі промивальної рідини. Корпус (1) головки споряджений приєднувальним пристосуванням 8 з конічною різьбою і робочими органами з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, які включають калібрувальні 2 і ріжучі 3 елементи, розміщені на кріпильних планках 4. При цьому калібрувальні (2) і ріжучі (3) елементи розміщені по бічній 9 конічній поверхні корпуса (1) таким чином, що утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів (3), розміщених радіально на торцевій поверхні 10, і завершуються щонайменше двома калібрувальними елементами (2) по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними перпендикулярно до вертикальної осі корпуса (1) з виступом за межі корпуса на віддаль, що відповідає діаметру свердловини. Всі робочі (3) і калібрувальні (2) елементи, виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресовані у кріпильні планки (4), жорстко закріплені на поверхні корпуса (1). Ролики 2 і 3 мають кріпильну ділянку 11 і робочу поверхню з різальною кромкою 12, що виступає за корпус (1) бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса (1) по бічній конічній (9) і торцевій горизонтальній (10) поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок (12) різальних елементів (3) з розбурюваною породою під заданим кутом різання α, який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні у відповідності до умов буріння і поступово збільшується по торцевій поверхні (10) радіально від периферії до центру. При цьому кут α задають в залежності від геологічних умов буріння (типу порід та розрахункових режимів буріння). Корпус головки (1) додатково споряджений бічними отворами 7 для гідромоніторного очищення свердловин, які розміщені у горизонтальних проміжках між робочими органами з ріжучими елементами (3), з можливістю встановлення в них гідромоніторних сопел і/або різьбової пробки-заглушки (на кресленні не наведено), завдяки різьбі 13. Крім того, робочі поверхні калібрувальних елементів (2) виконані паралельно вертикальній осі головки. Бурова головка з генераторною схемою буріння і гідромоніторною схемою очищення свердловин працює так. 2 UA 76317 U 5 10 15 20 25 30 35 Прокалібровану бурову головку з генераторною схемою різання і гідромоніторною схемою очищення свердловин, вибрану для конкретних геологічних умов і підібраних режимів буріння, пристосуванням 8 з конічною різьбою приєднують до бурової колони (на фіг. не наведено) і опускають у свердловину. Режим буріння здійснюють робочими органами з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, які включають калібрувальні 2 і ріжучі 3 елементи. При цьому основне зусилля сприймають ріжучі елементи 3, розміщені радіально на горизонтальній торцевій 10 поверхні корпуса 1. Завдяки встановленню ріжучих елементів 3 в кріпильних планках 4 під заданим кутом α таким чином, що цей кут в кожному ріжучому елементі 3 поступово збільшується від периферії до центру, осьове навантаження при контакті ріжучого елемента 3 з розбурюваною породою розподіляється рівномірно по всій торцевій поверхні 10 головки. Одночасно промивальна рідина поступає через центральний промивальний отвір 5, бічні отвори для гідромоніторного очищення свердловини 7, в яких додатково встановлюють гідромоніторні сопла (на кресленні не наведено), і малі промивальні отвори 6, нахил яких в бік бокової стінки свердловини дозволяє захоплювати і направляти розбурену породу разом з промивальною рідиною на поверхню. При цьому розміщення різальних елементів 3 на бічній конічній поверхні 9 корпуса 1 таким чином, що вони утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів (3), розміщених радіально на торцевій поверхні 10, а впадини між кожним пером утворюють оптимальні канали для руху промивальної рідини, спіралеподібна конфігурація яких створює додатковий ефект турбулентності і зменшує осьове навантаження на бокові ріжучі елементи 3, які також розміщені під заданим кутом α, формують стінки свердловини кожним ріжучим елементом з більшим діаметром, завдяки конічній бічній поверхні 9. Таким чином реалізується генераторна схема різання і гідромоніторна схема очищення свердловини, що не тільки дозволяє зменшити осьове навантаження на бурову головку в цілому, рівномірно розподіляючи зусилля на кожний різальний елемент 3 конструкції, але й високопродуктивно очищувати споруджувану свердловину з підготовкою до експлуатаційного режиму. При цьому завдяки виконанню робочої поверхні калібрувальних елементів 2 паралельно вертикальній осі головки підвищується точність калібрування свердловини, оскільки така конструкція дозволяє довести діаметр свердловини до заданого розміру і надати стінкам свердловини правильної форми. При виборі режиму буріння без гідромоніторного очищення свердловини бічні промивальні отвори для гідромоніторного очищення 7 заглушують пробкою-заглушкою (на кресленні не наведено). Пропонована бурова головка з генераторною схемою різання і гідромоніторною схемою очищення свердловин дозволяє реалізувати і оптимізувати генераторну схему різання гірської породи і гідромоніторну схему очищення свердловин, що зменшує собівартість їх спорудження, за рахунок можливості вибору в широкому діапазоні оптимальних режимів буріння і високої точності калібрування свердловин у відповідності до реальних умов їх спорудження. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 Бурова головка, що містить корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, виконаними з нахилом в бік бокової стінки свердловини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з ріжучими елементами, які виконані з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера та включають калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по бічній конічній поверхні корпуса і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по торцевій горизонтальній і бічній конічній поверхнях корпуса таким чином, що утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів, розміщених радіально на торцевій поверхні, і завершуються щонайменше двома калібрувальними елементами по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними перпендикулярно до вертикальної осі корпуса з виступом за межі корпуса на віддаль, що відповідає діаметру свердловини, при цьому всі робочі і калібрувальні елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресованих у кріпильні планки, жорстко закріплені на поверхні корпуса, ролики мають кріпильну ділянку і робочу поверхню з різальною кромкою, що виступає за корпус бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса по бічній конічній і торцевій горизонтальній поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок різальних елементів з розбурюваною породою під заданим кутом різання α, який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні і поступовому збільшенню цього кута по торцевій поверхні радіально від периферії до центра, яка відрізняється тим, що корпус додатково споряджений бічними отворами для 3 UA 76317 U гідромоніторного очищення свердловин, розміщеними у горизонтальних проміжках між робочими органами з ріжучими елементами, з можливістю встановлення в них різьбової пробкизаглушки, і робочі поверхні калібрувальних елементів виконані паралельно вертикальній осі головки. 4 UA 76317 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5