Долото обсадной колонны и расширительное долото обсадной колонны

Долото обсадной колонны и расширительное долото обсадной колонны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ

Настоящая заявка заявляет приоритет заявки Соединенных Штатов на патент №12/793,489, поданной 3 июня, 2010 г., которая заявляет приоритет предварительной заявки Соединенных Штатов на патент №61/184,635, поданной 5 июня, 2009 г., описание которой данной ссылкой включается в настоящее описание.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к бурению скважин и, в частности, к буровым инструментам, используемым в конце обсадной колонны или обсадной трубы буровой скважины. Настоящее изобретение касается буровых инструментов (и способов формирования буровых инструментов), прикрепляемых к обсадной колонне или обсадной трубе колонны. В контексте данного изобретения термины обсадная колонна и обсадная труба используются как эквивалентные.

ПРЕДПОСЫЛКИ

В стандартных способах бурения проходящая в продольном направлении колонна, содержащая секции буровой трубы, прикрепляется к буровому долоту большего чем буровая труба диаметра. После того как выбранная часть буровой скважины была пробурена, бурильная колонна извлекается и колонна из трубчатых элементов меньшего чем буровая скважина диаметра, известная как обсадная колонна, помещается в буровую скважину. После чего кольцевое пространство между стенкой буровой скважины и внешней стороной обсадной колонны заполняется тампонажным раствором посредством закачки тампонажного раствора вниз через башмак обсадной колонны или через башмак расширительного долота, расположенные в конце обсадной колонны.

Альтернативный способ, предназначенный для решения проблемы неэффективности при осуществлении многократных спускоподъемных операций в буровой скважине при обычном способе бурения, рассмотренном выше, известен как бурение с обсадной колонной. В этом способе при операции бурения применяется буровое долото, называемое долотом обсадной колонны, которое прикреплено к концу обсадной колонны. Долото обсадной колонны функционирует не только для бурения толщи пород, а также и для направления обсадной колонны в буровой скважине. Долото обсадной колонны остается на месте во время последующего тампонирования цементом обсадной колонны на месте. Обсадная колонна, таким образом, входит в буровую скважину, поскольку буровая скважина сформирована долотом обсадной колонны. Это исключает необходимость одной или нескольких дополнительных спускоподъемных операций для извлечения обсадной колонны и бурового долота после достижения необходимой глубины, на которой необходимо тампонирование цементом.

В обоих способах может быть необходимо дополнительное бурение сверх конечной глубины обсадной колонны. Если необходимо, то оператор должен пробурить концевой инструмент (башмак или долото) обсадной колонны, для того чтобы достичь лежащей под ним породы. Как правило, это осуществляется посредством применения фрезерной насадки, которая специально предназначена для прорезания материала, из которого изготовлен башмак. Это привело к разработке концевых инструментов обсадной колонны, которые могут пробуриваться быстрее. Преимущественно такие концевые инструменты используют алюминиевый сплав в качестве основного материала корпуса для носовой части расширительного долота или несущей режущую структуру поверхности концевого инструмента. Совсем недавно концевые инструменты обсадной колонны, изготовленные из легированной стали, производились заводским путем и применялись в обсадной колонне перед тем, как быть пробуренными специально сконструированными PDC-долотами для пробуривания, которые содержат дополнительную отдельную сильно выступающую режущую структуру из карбида вольфрама, предназначенными для осуществления пробуривания.

Исследования уровня техники, относящиеся к работе обсадной колонны, рассмотрены ниже. Все ссылки, рассмотренные в настоящем описании, включаются посредством ссылки.

Патент Соединенных Штатов №6,062,326, Strong et al., раскрывает башмак/расширительное долото обсадной колонны с режущими средствами. Башмак/расширительное долото содержит канавки (лопасти), которые в одном варианте осуществления вмещают PDC-резцы вдоль диаметра и поперек носовой части инструмента. Раскрыт инструмент, который выполнен или из поддающегося бурению алюминия или из материала, не поддающегося бурению. В одном варианте осуществления носовая часть выполнена сегментируемой с сегментами, шарнирно закрепленными на внешней части инструмента таким образом, что носовые сегменты могут выталкиваться и следовать перед тампонированием цементом или как часть процесса тампонирования цементом.

Патенты Соединенных штатов №№6,401,820 и 6,659,173, Kirk et al., описывают башмак с элементами расширительного долота и носовой частью, выполненными из алюминиевого или цинкового сплава для обеспечения возможности пробуривания носовой части.

Патент Соединенных Штатов №6,443,247, Wardley, описывает буровой башмак обсадной колонны с внешней буровой частью, выполненной из твердого материала, такого как сталь, и внутренней частью, выполненной из материала, легко поддающегося бурению, такого как алюминий. Он также включает устройство для перемещения внешней буровой секции радиально наружу.

Патент Соединенных Штатов №6,848,517, Wardley, описывает поддающуюся бурению насадку бурового долота, используемую в буровом долоте, бурение которой предполагается.

Патент Соединенных Штатов №7,066,253, Baker, описывает башмак обсадной колонны или башмак расширительного долота с внешним корпусом из относительно твердого материала и носовой частью из относительно мягкого материала, которые соединены между собой. Последующее буровое долото используется для пробуривания основной части мягкого материала, оставляя кожух из мягкого материала во внутренней окружности твердого материала.

Патент Соединенных Штатов №7,096,982, McKay et al., раскрывает буровой башмак с корпусом, выполненным из относительно мягкого материала, в котором установлены лопасти из относительно твердого материала. Лопасти, как правило стальные, дополнительно оснащены PDC-резцами. Как только необходимая глубина бурения была достигнута, активируется перемещающий элемент для выталкивания мягкого материала и сгибания лопастей к боковым стенкам кольцевого пространства. Затем перемещающий элемент может быть пробурен последующим долотом. McKay хочет обеспечить опорный механизм режущей структуры стальными лопастями достаточно прочными для воздействия нагрузок при бурении.

Патент Соединенных Штатов №7,117,960, Wheele et al., описывает долото для бурения с добуривающей колонной, которая включает встроенную принимающую безбортовую резьбу добуривающей колонны нефтяного месторождения. Описание описывает долото, как изготовленное из материала, который не позволяет долоту быть быстро пробуренным.

Патент Соединенных Штатов №7,216,727, Wardley, раскрывает буровое долото обсадной колонны, выполненное из относительно мягкого материала, такого как алюминий, медь или латунный сплав и покрытое относительно твердым материалом. Режущие средства режущих инструментов состоят из тонких слоев или режущих элементов, сформированных из твердого материала.

Патент Соединенных Штатов №7,395,882, Oldham et al., под названием "Casing and Liner Drilling Bits". Этот патент предлагает изготавливать такие инструменты с осесимметричным внутренним профилем, чтобы равномерно контактировать со следующим за ними буровым долотом. Он также предлагает использовать насадки, выполненные с муфтами и частями диаметра, которые проходят по обсадной колонне, к которой присоединен инструмент.

Публикация патентной заявки Соединенных Штатов №2007/028972, dark et al., под названием "Reaming Tool Suitable for Running on Casing or Liner and Method of Reaming". Настоящая опубликованная заявка также предлагает осесимметричный внутренний профиль и также утверждает следующее "… отсутствие лопастей в носовой области, выступающих над поверхностью носовой части, обеспечивает непрерывную резку материала оболочки корпуса в носовой части, что обеспечивает возможность пробуривания расширительного инструмента PDC-долота."

Патент Соединенных Штатов №6,845,816, Kirk et al., предлагает использование аустенированного ковкого железа (ADI) для центратора. Этот материал более крепкий, чем алюминий, а также более легкий и лучше обрабатывается, чем сталь. Смотрите также, например, ADI-материалы, предоставляемые на продажу компанией THDick.

Ссылка также сделана на инструменты от компаний "Baker Hughes (Hughes Christensen) EZ Case Casing Bit System" и "Weatherford International DrillShoe", используемые для бурения с устройствами обсадной колонны из уровня техники (описания которых ссылкой включаются в настоящее описание).

Подводя итоги уровня техники в данной области, большое внимание уделялось потенциальному пробуриванию концевого инструмента обсадной колонны, но мало внимания уделялось эффективности бурения самого концевого инструмента обсадной колонны. Значительные усовершенствования в работе концевого инструмента обсадной колонны могут быть выполнены посредством применения эффективной технологии бурения к уникальным задачам для структуры и архитектуры концевого инструмента обсадной колонны. Другое значительное компромиссное решение в уровне техники заключается в выборе материала для корпуса. Алюминий легко бурится, однако обладает низкой устойчивостью к разрушению и абразивному воздействию, а также не может выдерживать уровень нагрузки, который может выдерживать сталь. Альтернативно, сталь более крепкая, чем алюминий, но гораздо хуже пробуривается. Если оборудование обсадной колонны необходимо пробурить PDC-долотом, то необходимо использование специально сконструированных PDC-долот для пробуривания, эффективность бурения которых в пластах горных пород снижается после пробуривания.

Существует необходимость в концевых инструментах обсадной колонны (включая долота обсадной колонны и башмаки расширительных долот, обсадные трубы долот, обсадные трубы расширительных долот и приводимые забойным двигателем расширительные долота или фрезы обсадных труб или колонн), которые работают эффективно при бурении или разбуривании, устойчивы к разрушению, абразивному воздействию, ударным нагрузкам и которые могут быть эффективно и равномерно пробуриваться, используя стандартные бурильные PDC-долота или PDC-долота с защищенными резцами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представлены концевые инструменты обсадной колонны, используемые для бурения на обсадной колонне и расширения или бурения на обсадных трубах или расширения, которые преодолевают многие из ранее указанных недостатков уровня техники. Данные инструменты используют новую конструкцию и способы изготовления, которые ранее не применялись на практике в концевых инструментах обсадной колонны. Описан предпочтительный, но не ограничивающий, вариант осуществления долота обсадной колонны. Также описано расширительное долото обсадной колонны.

При конструировании суперабразивных режущих элементов для концевого инструмента обсадной колонны используется несколько подходов. Такие конфигурации режущих элементов предназначены для уменьшения общего объема материала подложки из карбида вольфрама, который должен разрушиться, оттесниться или полностью вымыться, как часть, образованная в результате, пробуривания концевого инструмента обсадной колонны. В стандартном суперабразивном режущем инструменте большая часть его длины выполнена из карбида вольфрама. В предпочтительном варианте осуществления концевого инструмента обсадной колонны включенный в ее состав резец использует короткую подложку. В альтернативном варианте осуществления применяется короткая подложка из карбида вольфрама, приклеенная к дополнительному отрезку альтернативного материала подложки, такого как сталь или карбид ванадия. Это предусматривает также, что концевые инструменты обсадной колонны, предусмотренные вокруг резцов стандартной общей длины, во время пробуривания столкнутся с меньшим общим количеством высокоцементированного материала, содержащего карбид вольфрама.

В предпочтительном варианте осуществления PDC или другая режущая структура из суперабразивных режущих элементов выполнена таким образом, что является сбалансированной по силе в пределах 10%, или менее 7%, или менее 5%, или менее 2%.

В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны использует частично неглубоко выщелоченные или частично глубоко выщелоченные PDC-резцы. В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны использует полностью выщелоченные резцы, которые были повторно прикреплены к металлической подложке посредством второго цикла прессования с высоким давлением и температурой (НР/НТ).

В одном варианте осуществления концевой инструмент использует схему размещения резцов, в которой содержатся задние или ведущие дублирующие, направляющие или множественные резцы. Эти резцы могут устанавливаться на одной лопасти в виде набора основных резцов или могут устанавливаться на отдельной и отличной лопасти или лопастях.

В одном варианте осуществления концевого инструмента обсадной колонны применяются структуры, дублирующие резцы. Эти структуры, дублирующие резцы, могут отливаться из материала основного корпуса или могут изготавливаться отдельно и запрессовываться, приклеиваться или впаиваться. Эти структуры могут изготавливаться из стали, карбида вольфрама, карбида ванадия, матрицы из карбида вольфрама, выпуклых суперабразивных элементов или могут быть сегментами импрегнированными алмазами. Структуры, дублирующие резцы, могут чуть сильнее выступать, одинаково выступать или меньше выступать по сравнению с их соответствующими основными резцами. Структуры, дублирующие резцы, могут также располагаться на одинаковом радиальном расстоянии или на немного большем расстоянии или на немного меньшем расстоянии от осевой линии долота, чем соответствующие им основные резцы.

В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны использует большое количество портов или муфты портов. В случае использования муфт они могут изготавливаться из тонкостенного карбида вольфрама, карбида ванадия, керамики или стали. Концевой инструмент обсадной колонны согласно данному изобретению специально не использует сменных или резьбовых насадок для дросселирования потока и создания большей гидравлической мощности на квадратный дюйм, он скорее основан на величине расхода через большое количество муфт портов относительно большого внутреннего диаметра для эффективной очистки и бурения, при этом обеспечивается уменьшение количества случаев разрушения корпуса долота. В одном варианте осуществления муфты портов проходят далеко во внутреннюю полость концевого инструмента обсадной колонны для смещения активной области разрушительного потока от внутренней вогнутой поверхности инструмента.

В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны не имеет однородного осесимметричного внутреннего профиля, однако неосесимметричная схема расположения приподнятых выпуклостей или плоских участков создает неровную, волнообразную и нерегулярную поверхность (следует понимать, что "осесимметричная" - значит "обладающая симметрией вокруг оси, или обладающая цилиндрической симметрией"). Важным моментом здесь является увеличение количества прерывистых вырезов (посредством осесимметричного фрезерного/бурового долота) для обеспечения внутренних напряжений в центральной части корпуса долота и улучшения фрагментации при пробуривании. По меньшей мере, некоторые из приподнятых выпуклостей и плоских участков контактируют для обеспечения улучшенной контактной и поддерживающей области в том случае, если используются сильно удлиненные муфты каналов. В одном варианте осуществления приподнятые плоские участки совпадают с каналами, отлитыми или выполненным фрезерованием в носовой части или передней стороне концевого инструмента обсадной колонны. На долоте с лопастями плоские внутренние участки исходят в целом из центра и чередуются с внутренними каналами. Каждый внутренний плоский участок расположен так, чтобы в целом соответствовать внешнему лицевому жидкостному каналу, при этом внутренний канал расположен так, чтобы в целом соответствовать внешней лицевой лопасти. Даже если в этом случае предпочтительный вариант осуществления является неосесимметричным вертикального и радиального расположения внутренних плоских участков. Во время пробуривания эти участки пробуриваются первыми, таким образом увеличивая вероятность разлома и фрагментации соответствующих приподнятых лицевых деталей на носовой или передней части концевого инструмента обсадной колонны при ее пробуривании.

В любом из вариантов осуществления с лопастями разрезы могут быть вырезаны или отлиты между некоторыми из карманов резцов для увеличения уровня фрагментации при пробуривании. В любом из вариантов осуществления глухие отверстия могут быть пробурены или отлиты в передней части концевого инструмента обсадной колонны. Эти отверстия не проходят в полость инструмента. Предназначением данных отверстий является создание прерывистых вырезов и мест излома поперек передней части концевого инструмента обсадной колонны с целью ускорения разлома и фрагментации передней части концевого инструмента при пробуривании.

В альтернативном варианте осуществления внутренняя вогнутая поверхность имеет осесимметричный внутренний профиль.

Варианты осуществления концевых инструментов обсадных колонн, которые используются в качестве расширительных долот, могут иметь или могут не иметь резцы, размещенные поперек всей носовой или передней части инструмента. Варианты осуществления концевых инструментов обсадных колонн, которые используются в качестве расширительных долот, могут иметь эксцентричные носовые части или симметричные носовые части. В случае если она концентрична, носовая или передняя части могут содержать вогнутую "коническую" часть. Альтернативные варианты осуществления концевых инструментов обсадных колонн, предназначенные для использования в качестве расширительных долот, могут использовать выпуклые суперабразивные режущие элементы или выпуклые элементы из карбида вольфрама вместо плоских режущих элементов. Выпуклые элементы создают меньший крутящий момент и менее склонны к вгрызанию в стенки буровой скважины. В одном варианте осуществления центрирующее внутреннее кольцо из алюминия, фенольного полимера или подобного предусмотрено для стабилизации долота для пробуривания при пробуривании концевого инструмента обсадной колонны.

В предпочтительном варианте осуществления основным материалом для изготовления корпуса концевого инструмента обсадной колонны является аустенированное ковкое железо (ADI).

В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны изготавливается с использованием алюминия или алюминиевого сплава.

В альтернативном варианте осуществления основной корпус концевого инструмента обсадной колонны изготавливается с использованием меди, латуни, цинкового сплава, стали или титана.

В другом варианте осуществления основной корпус концевого инструмента обсадной колонны отливается из кристаллического вольфрама, пропитанного латунным связующим. В этом варианте осуществления материал основного корпуса может быть "отсортирован" с включением объема порошка карбида вольфрама или пасты, размещенного на внешней поверхности, за которым следует слой или слои смешенного карбида вольфрама и кристаллического вольфрама, которые в конечном итоге заканчиваются чистым кристаллическим вольфрамом, покрывающим расстояние до внутренней вогнутой поверхности концевого инструмента обсадной колонны. Целью отсортированных слоев порошка является увеличение сопротивления разрушению носовой или передней части инструмента, используя при этом хорошо обрабатываемый кристаллический вольфрам для основной части порошковой смеси при отливке корпуса инструмента. Посредством сортировки материала при пробуривании удается избежать резкого перехода от мягкого материала к твердому материалу. В таком варианте осуществления с пропитыванием внешняя цилиндрическая оболочка, как правило, выполняется стальной. Этот стальной цилиндр действует как заготовка или литейная оправка, как известно из уровня техники. Обычно заготовка образует центральный корпус пропитанного бурового долота. В случае данного изобретения заготовка представляет собой цилиндр, размещенный вокруг окружности фрезерованных лицевых деталей в графитовой литейной форме. Стальной цилиндр может устанавливаться в фрезерованную канавку, выполненную в форме, с тем, чтобы точно разметить его относительно лицевых деталей. Когда форма загружена карбидом вольфрама или кристаллическим вольфрамом, или обоими, пропитывающий металл, как правило никелево-латунный сплав, располагается таким образом, чтобы впитываться в порошок (порошки) на стадии обработки в печи. Предпочтительно нижний конец цилиндрической стальной заготовки выполнен с каналами и/или канавками для создания положительного зацепления с литой передней частью инструмента. Любая лишняя сталь цилиндра, которая выступает ниже передней части отливки, может быть отрезана. Большим преимуществом данного варианта осуществления является то, что он может использовать существующие материалы, программное обеспечение, способы литья и станки, используемые при производстве буровых долот с матрицей из карбида вольфрама.

В альтернативном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны содержит обратный клапан для использования при операциях тампонирования цементом. В альтернативном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны использует обратный клапан, который смещен от центра для улучшения пробуривания обратного клапана.

В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны включает одну или более хрупких зон или обводных портов для обеспечения дополнительной проходной области для потока тампонажного цемента из концевого инструмента обсадной колонны во время тампонирования цементом обсадной колонны.

В одном варианте осуществления корпус концевого инструмента обсадной колонны обработан нитридом для изменения электрического заряда поверхности для улучшения очистки долота.

В одном варианте осуществления части диаметра концевого инструмента обсадной колонны сужаются в направлении вверх по стволу скважины по сравнению с направлением вниз по стволу скважины.

В одном варианте осуществления резцы концевого инструмента обсадной колонны размещены парами, что в результате дает большее количество, но более коротких секций лопастей. Эти секции лопастей более вероятно разломаются на меньшие части во время пробуривания, что обеспечит их более простое вымывание из скважины.

В одном варианте осуществления центральная часть концевого инструмента обсадной колонны выполнена посредством лазерной резки или проволочной электроэрозионной обработки цилиндра, предпочтительно из основного материала корпуса. Затем эти части прочно скрепляются вместе и обрабатываются для образования лопастей, карманов и внутренней поверхности. Затем внешний диаметр обрабатывается таким образом, что центральная часть может поворачиваться по часовой стрелке в соответствующей резьбе на поверхности корпуса основного инструмента, предпочтительно останавливаясь на внутреннем борте. При бурении скважины силы, действующие на поверхности резца, удерживают центральную часть зафиксированной в инструменте. При пробуривании последующим, как только долото начинает бурить внутреннюю поверхность концевого инструмента обсадной колонны, оно прикладывает крутящий момент к резьбовой поверхности вставки таким образом, что откручивает ее в направлении против часовой стрелки и позволяет ей разделиться на легко ломающиеся и вымываемые частицы.

В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны согласно данному изобретению используется в сочетании с невращающимися центраторами обсадной колонны для улучшения передачи веса и крутящего момента к концевому инструменту обсадной колонны.

В одном варианте осуществления резцы концевого инструмента обсадной колонны снабжены защитными колпачками. В этом случае концевой инструмент обсадной колонны обладает улучшенной способностью осуществления пробуривания через оборудование для цементирования скважин или ранее использовавшийся и затампонированный цементом концевой инструмент или и через то, и через другое.

В одном варианте осуществления верхние части диаметра концевого инструмента обсадной колонны снабжены верхними PDC-резцами или другой твердой или суперабразивной верхней буровой режущей структурой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг.1 представляет собой упрощенное схематическое изображение поперечного сечения концевого инструмента обсадной колонны в виде долота обсадной колонны;

фиг.2А представляет собой вид сбоку одного варианта осуществления резца, используемого для инструмента согласно фиг.1;

фиг.2В представляет собой вид сбоку другого варианта осуществления резца, используемого для инструмента согласно фиг.1;

фиг.3 представляет собой упрощенное схематическое поперечное сечение, показывающее, что положение некоторых приподнятых выпуклостей/плоских участков совпадает с каналами в носовой или передней части концевого инструмента обсадной колонны;

фиг.4 представляет собой вид сверху внутренних поверхностей долота обсадной колонны согласно фиг.1;

фиг.5 представляет собой вид сверху долота обсадной колонны согласно фиг.1;

фиг.6А представляет собой вид сверху концевого инструмента обсадной колонны согласно фиг.1, подобно показанному на фиг.4;

фиг.6В представляет собой частичный вид в разрезе согласно фиг.6А;

фиг.7 представляет собой расширительное долото обсадной колонны;

фиг.8 представляет собой упрощенное схематическое изображение поперечного сечения долота обсадной колонны (как показано, например, на фиг.1) дополнительно содержащего внутреннее кольцо;

фиг.9 представляет собой упрощенное схематическое изображение поперечного сечения другого варианта осуществления долота обсадной колонны;

фиг.10 представляет собой вид сверху поверхности долота, показанного на фиг.9; и

фиг.11 представляет собой вид сбоку резца согласно с другим вариантом осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Сошлемся теперь на фиг.1, которая показывает изображение поперечного сечения концевого инструмента обсадной колонны в виде долота 100 обсадной колонны в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Долото 100 обсадной колонны имеет чашеобразную конфигурацию с внутренней вогнутой поверхностью 102, образующей центральную полую область, и внешней выпуклой поверхностью 104. Внутренняя и внешняя поверхности образуют противоположные стороны стенки, которые окружают центральную полую область. Несколько лопастей 106 сформированы на внешней выпуклой поверхности 104 долота 100 обсадной колонны. На каждой лопасти 106 закреплено множество резцов 108. Резцы 110, закрашенные темным, на иллюстрации ориентированы на первой лопасти 106, причем их алмазные лопасти направлены к зрителю, а светлые резцы 112 на иллюстрации ориентированы на другой лопасти 106 (например, радиально противоположно первой пластине), причем их алмазные лопасти направлены в сторону от зрителя. Лопасти 106 проходят наружу от центральной оси 114 вращения долота 100 обсадной колонны для образования диаметра 116 долота. Отверстия 118 в долоте, предназначенные для выноса бурового шлама, расположены между лопастями 106.

В предпочтительном варианте осуществления основным материалом для изготовления корпуса концевого инструмента обсадной колонны является аустенированное ковкое железо (ADI). В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны изготавливается с использованием алюминия или алюминиевого сплава. В альтернативном варианте осуществления основной корпус концевого инструмента обсадной колонны изготавливается с использованием меди, латуни, цинкового сплава, стали или титана.

В другом варианте осуществления основной корпус концевого инструмента обсадной колонны отливается из кристаллического вольфрама, впитанного в связующее на основе латуни. В данном варианте осуществления материал основного корпуса может быть "отсортирован" согласно содержанию объема порошка карбида вольфрама или пасты, размещенной на внешней поверхности, за которой следует слой или слои смешанного карбида вольфрама и кристаллического вольфрама и которая в конечном итоге заканчивается чистым кристаллическим вольфрамом, покрывающим расстояние до внутренней вогнутой поверхности концевого инструмента обсадной колонны. Целью слоев из калиброванного порошка является увеличение сопротивления разрушению носовой или передней части инструмента, при этом используя хорошо обрабатываемый кристаллический вольфрам для основной части порошковой смеси при отливке корпуса инструмента. Посредством сортировки материала при пробуривании стенки инструмента удается избежать резкого перехода от мягкого материала к твердому материалу.

В таком варианте осуществления с пропитыванием внешняя цилиндрическая оболочка долота, как правило, выполняется из стали. Этот стальной цилиндр действует как заготовка или литейная оправка, как известно из уровня техники. Обычно заготовка образует центральный корпус пропитанного бурового долота. В данном случае заготовка представляет собой цилиндр, размещенный вокруг окружности выфрезерованных лицевых деталей в графитовой литейной форме.

Стальной цилиндр может устанавливаться в выфрезерованную канавку в форме с тем, чтобы точно разметить его относительно лицевых деталей. Когда форма загружена карбидом вольфрама, или кристаллическим вольфрамом, или обоими, пропитывающий металл, как правило никелево-латунный сплав, располагается таким образом, чтобы впитываться в порошок (порошки) на стадии обработки в печи. Предпочтительно, нижний конец цилиндрической стальной заготовки выполнен с каналами и/или канавками для создания прочного зацепления с литой поверхностью инструмента. Любая лишняя сталь цилиндра, которая выступает ниже передней части отливки, может быть отрезана. Большим преимуществом данного варианта осуществления является то, что он может использовать существующие материалы, программное обеспечение, способы литья и станки, используемые при производстве буровых долот с матрицей из карбида вольфрама.

В альтернативном варианте осуществления долото обсадной колонны содержит обратный клапан для использования при операциях тампонирования цементом. В альтернативном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны использует обратный клапан, который смещен от центра для улучшения буримости обратного клапана. Смотрите, например, опубликованную заявку на патент США №2007/0246224, описание которой включено посредством ссылки.

При конструировании суперабразивных режущих элементов для концевого инструмента обсадной колонны согласно фиг.1 используется несколько подходов. Такие конфигурации режущих элементов предназначены для уменьшения общего объема материала подложки из карбида вольфрама, который должен разрушиться, оттесниться или вымываться через отверстие как часть пробуривания концевого инструмента обсадной колонны. Стандартные суперабразивные режущие элементы выполнены 13 мм в диаметре и 13 мм длины. Большая часть 13 мм длины представляет собой карбид вольфрама.

Фиг.2А показывает вид сбоку варианта осуществления резца 108, используемого для инструмента согласно фиг.1. Резец, например, с диаметром, находящимся в диапазоне 8 мм - 19 мм, использует короткую подложку 200 из карбида вольфрама (что приводит, например, к общей длине резца, составляющей 8 мм, или 5 мм, или 3 мм). Резец дополнительно содержит алмазный слой (пластину) 202.

Фиг.2В показывает вид сбоку другого варианта осуществления резца 108, используемого для инструмента согласно фиг.1. Резец также содержит короткую подложку 200 из карбида вольфрама. Однако, если необходим более длинный резец, короткая подложка 200 из карбида вольфрама приклеивается к дополнительному отрезку альтернативного материала 204 подложки, такого как сталь или карбид ванадия. Это позволяет концевым инструментам обсадной колонны, которые выполнены вокруг резцов стандартной общей длины, использовать резцы, которые снижают общее количество высокоцементированного материала, содержащего карбид вольфрама, с которым придется столкнуться при пробуривании.

Резцы согласно фиг.2А и 2В могут использовать алмазные слои 202 частично неглубоко выщелоченные или частично глубоко выщелоченные (см., например, патенты США №№6861098, 6861137, 6878447, 6601662, 6544308, 6562462, 6585064, 6589640, 6592985, 6739214, 6749033 и 6797326, описания которых включены ссылкой в данное описание). В альтернативном варианте осуществления резцы согласно фиг.2А и 2 В используют полностью выщелоченные алмазные пластины 202, которые были повторно прикреплены к подложке 200 посредством второго цикла прессования с высоким давлением и температурой (НР/НТ) (см., например, патент США №5127923,описание которого включено ссылкой в данное описание).

Обратимся еще раз к фиг.1. Концевой инструмент обсадной колонны содержит большое количество портов 130. При необходимости каждый порт может содержать муфту 132 порта. В случае использования муфты 132 порта в качестве данного порта 130, муфта может быть выполнена из тонкостенного карбида вольфрама, карбида ванадия, керамики или стали. Концевой инструмент обсадной колонны специально не использует сменные или резьбовые насадки, которые могут дросселировать поток и создавать большую гидравлическую мощность на квадратный дюйм. Вместо этого инструмент основан на величине расхода через большое количество портов 130 (муфт 132 портов) относительно большого внутреннего диаметра для эффективной очистки и бурения, в то же время обеспечивая уменьшение количества случаев разрушения корпуса долота. В одном варианте осуществления муфты 132 портов проходят далеко во внутреннюю полость 134 концевого инструмента обсадной колонны для смещения активной области разрушительного потока от внутренней вогнутой поверхности 102 инструмента.

В одном варианте осуществления концевой инструмент обсадной колонны не имеет однородного или симметричного профиля внутренней вогнутой поверхности 102, но зато имеет внутреннюю вогнутую поверхность 102 с неосесимметричной схемой приподнятых выпуклостей 140 или плоских участков. Это образует неравномерную, волнообразную внутреннюю вогнутую поверхность и, таким образом, нерегулярный внутренний профиль. Важным моментом здесь является увеличение количества прерывистых вырезов во всем корпусе долота при пробуривании посредством фрезерного/бурового долота, которое будет контактировать осесимметричной передней частью с внутренней вогнутой поверхностью 102. Это нагрузит центральную часть корпуса долота и улучшит фрагментацию концевого инструмента обсадной колонны при пробуривании.

Таким образом, операция пробуривания может быть осуществлена гораздо легче. Внешняя выпуклая поверхность 104, наоборот, образует осесимметричную форму.

В альтернативном варианте осуществления внутренняя вогнутая поверхность 102 концевого инструмента обсадной колонны может иметь осесимметричный профиль, который предпочтительно не совпадает с осесимметричной поверхностью фрезерного/бурового долота.

По меньшей мере, некоторые из приподнятых выпуклостей 140 или плоских участков обеспечивают дополнительную функцию, которая заключается в том, что они увеличивают толщину структуры концевого инструмента обсадной колонны в и вокруг портов 130. Это важно для обеспечения улучшенной контактной и поддерживающей области в том случае, если используются сильно удлиненные муфты 132 портов. Муфты 132 портов проходят на расстояние, например, по меньшей мере ¼” от окружающей выпуклости 140 или плоского участка.

В одном варианте осуществлен