буровое долото для ударного бурения, бурильная система, содержащая такое буровое долото, и способ бурения скважины

Формула изобретения

1. Буровое долото для ударного бурения подземного пласта, имеющее центральную продольную ось и выполненное с возможностью приведения его в действие посредством сообщения аксиального ударного движения вдоль оси и вращательного движения вокруг оси, и содержащее множество лопастей, выступающих от бурового долота, множество проточных каналов, проходящих вдоль бурового долота в по существу радиальном направлении, при этом следующие один за другим проточные каналы образованы между двумя соседними лопастями, скалывающие режущие элементы, расположенные в ряду на передней кромке или вблизи передней кромки, по меньшей мере, одной лопасти относительно направления вращательного движения позади и вблизи проточного канала, сообщенного с ней и предназначенного для прохода текучей среды и, тем самым, удаления обломков выбуренной породы, скопившихся перед рядом скалывающих режущих элементов, осевые режущие элементы, расположенные относительно направления вращательного движения в заднем положении относительно ряда скалывающих режущих элементов и сообщенного с ним проточного канала.

2. Буровое долото для ударного бурения по п.1, в котором осевые режущие элементы расположены впереди следующего соседнего проточного канала относительно направления вращательного движения.

3. Буровое долото для ударного бурения по п.2, в котором следующий соседний проточный канал связан со вторым рядом скалывающих режущих элементов, расположенных на передней кромке следующей лопасти по отношению к указанной, по меньшей мере, одной лопасти.

4. Буровое долото для ударного бурения по п.1, в котором осевые режущие элементы расположены на той же лопасти, что и скалывающие режущие элементы.

5. Буровое долото для ударного бурения по любому из пп.1-4, в котором осевые режущие элементы имеют куполообразные или имеющие по существу полусферическую форму режущие поверхности.

6. Буровое долото для ударного бурения по любому из пп.1-4, в котором осевые режущие элементы выполнены по существу из карбида вольфрама.

7. Буровое долото для ударного бурения по п.6, в котором осевые режущие элементы выполнены с наружным слоем из поликристаллического технического алмаза.

8. Буровое долото для ударного бурения по любому из пп.1-4, которое имеет больше осевых режущих элементов, чем скалывающих режущих элементов.

9. Буровое долото для ударного бурения по любому из пп.1-4, в котором соотношение между количеством осевых режущих элементов и количеством скалывающих режущих элементов составляет, по меньшей мере, 3:2.

10. Буровое долото для ударного бурения по любому из пп.1-4, в котором скалывающие режущие элементы в первом ряду скалывающих режущих элементов расположены в радиальных положениях, отличающихся от радиальных положений, в которых расположены скалывающие режущие элементы во втором ряду скалывающих режущих элементов на другой лопасти.

11. Буровое долото для ударного бурения по любому из пп.1-4, в котором скалывающие режущие элементы имеют гребковую поверхность, обращенную к проточному каналу, связанному с ней, под передним углом в тыльной продольной плоскости, составляющим менее 90°, и определенным как угол между проекцией линии, перпендикулярной к гребковой поверхности, на плоскость, определяемую центральной продольной осью бурового долота и тангенциальным направлением вращательного движения, и плоскостью, перпендикулярной к указанной продольной оси.

12. Буровое долото для ударного бурения по любому из пп.1-4, в котором один или несколько скалывающих режущих элементов выполнены с предварительно режущей плоской ударной поверхностью, по существу параллельной к плоскости, которая перпендикулярна центральной продольной оси.

13. Бурильная система для бурения ствола скважины в подземном пласте, содержащая бурильную колонну, снабженную буровым долотом для ударного бурения по любому из пп.1-12, первое приводное средство для приведения бурового долота во вращение в стволе скважины для осуществления соскребающего движения скалывающих режущих элементов вдоль забоя скважины и второе приводное средство для обеспечения возвратно-поступательного движения бурового долота в продольном направлении в стволе скважины для воздействия, по меньшей мере, осевых режущих элементов с ударной нагрузкой на забой скважины.

14. Способ бурения ствола скважины в подземном пласте, включающий использование бурильной системы по п.13, размещение бурового долота у подземного пласта земли, подлежащего бурению, осуществление вращательного движения бурового долота вокруг оси при одновременном сохранении усилия, действующего на буровое долото у пласта земли в аксиальном направлении, и прерывистое осуществление пробивающих ударных воздействий на буровое долото.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения, предназначенному для бурения подземного пласта, имеющему центральную продольную ось и выполненному с возможностью приведения его в действие посредством сообщения аксиального ударного движения вдоль оси и вращательного движения вокруг оси.

Кроме того, изобретение относится к бурильной системе, предназначенной для бурения скважины в подземном пласте, содержащей бурильную колонну, снабженную подобным буровым долотом для ударного бурения, и к способу бурения скважины в подземном пласте.

Изобретение также относится к способу бурения ствола скважины в подземном пласте земли.

Скалывающее буровое долото для ударного бурения известно и описано в патенте США 6253864. На фиг.4 указанного патента США изображено скалывающее долото для ударного бурения, имеющее монолитный корпус, средство для крепления к бурильной колонне и множество лопастей, в которых размещается множество скалывающих режущих элементов. Отверстия для выпуска жидкости расположены на головке несущего корпуса между лопастями. Лопасти имеют ряд гнезд, предназначенных для размещения скалывающих режущих элементов, и уступов, которые проходят вдоль каждой лопасти перед режущими элементами. Уступ служит для направления выбуренной породы в сторону от рабочей поверхности долота.

При эксплуатации известное скалывающее буровое долото для ударного бурения приводится во вращение вокруг его продольной оси, что вызывает скалывание породы пласта при вращении бурового долота. Одновременно молоток ударяет по долоту, тем самым, сообщая дополнительное усилие для ударного бурения. Скалывающие режущие элементы специально рассчитаны для выдерживания необычных напряжений, вызванных комбинированным ударным/скалывающим бурением, за счет того что дистальная часть скалывающего режущего элемента выполнена скругленной для предотвращения больших локализованных напряжений в режущих элементах.

Таким образом, недостатком данного известного скалывающего бурового долота для ударного бурения является то, что оно требует применения серийно выпускаемых скалывающих режущих элементов. Данные серийные скалывающие режущие элементы применяются как для скалывающего, так и для аксиального бурения. Такое применение основано на скругленной форме дистальной части, однако скалывающее бурение становится невозможным при износе скалывающих режущих элементов, что представляет собой другой недостаток данного известного скалывающего бурового долота для ударного бурения.

В соответствии с изобретением разработано буровое долото для ударного бурения, предназначенное для бурения подземного пласта, имеющее центральную продольную ось, выполненное с возможностью приведения его в действие посредством сообщения аксиального ударного движения вдоль оси и вращательного движения вокруг оси, и содержащее множество лопастей, выступающих от бурового долота, множество проточных каналов, проходящих вдоль бурового долота в по существу радиальном направлении, при этом следующие один за другим, проточные каналы образованы между двумя соседними лопастями, скалывающие режущие элементы, расположенные в ряду на передней кромке или вблизи передней кромки, по меньшей мере, одной лопасти относительно направления вращательного движения позади и вблизи проточного канала, сообщенного с ней и предназначенного для прохода текучей среды и, тем самым, удаления обломков выбуренной породы, скапливающихся перед рядом скалывающих режущих элементов, осевые режущие элементы, расположенные относительно направления вращательного движения в заднем положении относительно ряда скалывающих режущих элементов и сообщенного с ним проточного канала.

Буровое долото согласно изобретению содержит осевые режущие элементы в дополнение к скалывающим режущим элементам. Основная функция осевых режущих элементов состоит в восприятии повторно-ударных нагрузок, возникающих при соударении бурового долота и пласта земли, в то время как основная функция скалывающих режущих элементов состоит в соскребании обломков выбуренной породы с забоя скважины.

Поскольку, по меньшей мере, часть осевых ударных нагрузок, сопровождающих ударное движение, воспринимается осевыми режущими элементами, долговечность скалывающих режущих элементов дополнительно повышается.

Одновременно сохраняется эффективность скалывающих режущих элементов, поскольку осевые режущие элементы расположены сзади по отношению к ряду скалывающих режущих элементов, так что по существу радиальный проточный канал обеспечит полную эффективность при удалении обломков выбуренной породы, скапливающихся перед рядом скалывающих режущих элементов. Таким образом, предотвращается так называемое налипание породы на долото, при котором горная мука и каменная мелочь, скопившиеся перед скалывающими режущими элементами, смешиваются с промывочной жидкостью, такой как вода, нефть или буровой раствор, с образованием пасты в забое ствола скважины. Налипание породы на долото нежелательно, поскольку нагрузку, создаваемую массой долота, будет воспринимать образующаяся в результате паста вместо расположенной под ним, горной породы.

В качестве дополнительного преимущества настоящего изобретения осевые режущие элементы могут быть оптимизированы для бурения в осевом направлении, в то время как скалывающие режущие элементы могут быть оптимизированы независимо для скалывающего бурения, и при этом отсутствует необходимость принимать во внимание способность бурению в осевом направлении.

Дистальная часть скалывающих режущих элементов может быть заостренной и оставаться заостренной в течение сравнительно продолжительного эксплуатационного срока службы для достижения высокой эффективности скалывания. В частности, скалывающие режущие элементы могут характеризоваться большей эффективностью скалывания по сравнению с осевыми режущими элементами.

Осевые режущие элементы могут быть более стойкими к воздействию осевых ударных нагрузок по сравнению со скалывающими режущими элементами.

Также было установлено, что буровое долото согласно изобретению обеспечивает возможность непрерывной работы даже при умеренном износе режущих элементов, и при этом не происходит существенного снижения скоростей бурения.

Следует отметить, что в патенте США 6253864 на фиг.9 показано буровое долото для ударного бурения, в котором ударная и скалывающая составляющие воздействия при бурении выполняются отдельными режущими элементами, при этом куполообразные осевые режущие элементы оптимизированы для ударной проходки пласта земли, и скалывающие режущие элементы оптимизированы для проходки за счет скалывания. Однако осевые режущие элементы в данном известном буровом долоте для ударного бурения расположены впереди режущих элементов. Следовательно, данное известное буровое долото для ударного бурения не имеет проточных каналов, расположенных непосредственно перед скалывающими режущими элементами и вблизи скалывающих режущих элементов, но вместо этого оно имеет локализованные сопла и струи высокого давления, направленные к режущим элементам. При отсутствии проточных каналов впереди скалывающих режущих элементов обломки выбуренной породы удаляются в недостаточной степени, и осевые режущие элементы даже способствуют возникновению нежелательного налипания породы на долото, поскольку осевые режущие элементы расположены впереди скалывающих режущих элементов, то есть там, где обломки выбуренной породы выталкиваются скалывающими режущими элементами.

В предпочтительном варианте осуществления осевые режущие элементы расположены на той же лопасти, что и скалывающие режущие элементы. За счет этого создается прочное и устойчивое буровое долото для ударного бурения.

В особо предпочтительном варианте осуществления за осевыми режущими элементами непосредственно следует следующий проточный канал, при этом предпочтительно они не отделены от следующего проточного канала одним или несколькими скалывающими режущими элементами. Таким образом, любая порода, которая может начать налипать на долото под осевыми режущими элементами первой лопасти, счищается с помощью последующего соседнего проточного канала, который связан с рядом скалывающих режущих элементов следующей лопасти.

Соотношение количества осевых режущих элементов и количества скалывающих режущих элементов может быть оптимизировано в зависимости от типа пласта земли, подлежащего бурению. Пласты земли, содержащие относительно твердую породу, такую как гранит, можно бурить при сравнительно меньшем числе скалывающих режущих элементов и большем общем числе режущих элементов, в результате чего ударная нагрузка при ударном бурении будет распределена по большему количеству осевых режущих элементов. Более мягкую горную породу, такую как известняк или песчаник, лучше всего бурить с использованием долота, имеющего довольно много скалывающих режущих элементов, поскольку ударные нагрузки будут более низкими, а вероятность налипания породы на долото будет выше.

Вариант осуществления, в котором предусмотрено больше осевых режущих элементов, чем скалывающих режущих элементов, является предпочтительным для бурения более твердых пластов земли.

В соответствии с настоящим изобретением также создана бурильная система для бурения ствола скважины в подземном пласте, содержащая бурильную колонну, снабженную вышеописанным буровым долотом для ударного бурения; первое приводное средство для приведения бурового долота во вращение в стволе скважины для осуществления соскребающего движения скалывающих режущих элементов вдоль забоя скважины и второе приводное средство для обеспечения возвратно-поступательного движения бурового долота в продольном направлении в стволе скважины для воздействия, по меньшей мере, осевых режущих элементов с ударной нагрузкой на забой скважины.

В предпочтительном варианте осуществления один или несколько из скалывающих режущих элементов выполнены с предварительно режущей плоской ударной поверхностью, по существу параллельной к плоскости, которая перпендикулярна продольной оси. Даже несмотря на то, что предусмотрены осевые режущие элементы для восприятия осевой ударной нагрузки, невозможно избежать того, что скалывающие режущие элементы будут воспринимать часть ударной нагрузки. Благодаря предварительно режущей плоской ударной поверхности уменьшается концентрация напряжений при ударе на скалывающих режущих элементах, и в результате этого они не будут разрушаться так скоро, как скалывающие режущие элементы, которые не имеют предварительно режущей плоской ударной поверхности. Было установлено, что кромка естественного износа является недостаточно ровной для того, чтобы обеспечить эффективное уменьшение концентрации напряжений при ударе.

Было установлено, что буровое долото или бурильная система, снабженные скалывающими режущими элементами, имеющими предварительно режущую плоскую ударную поверхность, вызывают меньше состояний прерывистых крутильных колебаний в бурильной системе, при которых долото вбивается в пласт земли с остановом его, в то время как бурильная колонна закручивается с помощью расположенного на поверхности привода вращательного движения до тех пор, пока она не высвободится резко с относительно высокой частотой вращения. Такие прерывистые крутильные колебания периодически повторяются, и высокая частота вращения, связанная со прерывистыми крутильными колебаниями, может привести к серьезным повреждениям режущих элементов на буровом долоте.

Способ по изобретению включает операции выполнения бурильной системы в соответствии с одним из определенных выше вариантов осуществления, размещения бурового долота у подземного пласта земли, который должен быть пробурен, осуществления вращательного движения вокруг оси при одновременном сохранении усилия, действующего на буровое долото у пласта земли в аксиальном направлении, и периодического обеспечения ударного воздействия на буровое долото.

Изобретение далее будет проиллюстрировано в виде примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1а показывает вид в перспективе трехлопастного бурового долота с размером 6 дюймов для ударного бурения в соответствии с изобретением;

фиг.1b показывает вид сверху торца бурового долота для ударного бурения, показанного на фиг.1а;

фиг.2а показывает вид в перспективе четырехлопастного бурового долота с размером 6 дюймов для ударного бурения в другом варианте осуществления изобретения;

фиг.2b показывает вид сверху торца бурового долота для ударного бурения, показанного на фиг.2а;

фиг.3 показывает вид сверху торца долота с размером 8 дюймов, имеющего 8 лопастей, в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;

фиг.4 представляет собой схематическое сечение, показывающее расположение режущих элементов;

фиг.5 схематически показывает различные скалывающие режущие элементы, имеющие предварительно обработанные резанием плоские ударные поверхности.

На фигурах аналогичные элементы имеют идентичные ссылочные позиции.

Вид в перспективе трехлопастного бурового долота для ударного бурения в соответствии с изобретением показан на фиг.1а. Буровое долото содержит хвостовик 1, проходящий в продольном направлении вокруг центральной продольной оси бурового долота, при этом указанный хвостовик может быть специально приспособлен для вставки внутрь бурильной колонны. Задний конец хвостовика соединен с ударной поверхностью 2 для восприятия ударных воздействий со стороны молотка для ударного бурения, предпочтительно молотка с совершающим возвратно-поступательное движение поршнем (непоказанного). Передний конец хвостовика соединен с бурильной головкой 3. Хвостовик 1 выполнен с множеством шлицев 4, проходящих по существу в продольном направлении вдоль хвостовика 1. Шлицы 4 служат для соединения бурильной колонны и хвостовика 1 с возможностью передачи вращательного движения, так что буровое долото может быть приведено в действие посредством сообщения как ударного движения в осевом направлении, так и вращательного движения вокруг центральной продольной оси.

Как показано на фиг.1 и 2, бурильная головка 3 выполнена с тремя лопастями 61, 62 и 63, которые выступают от бурового долота. Зоны между лопастями 61, 62, 63 утоплены по отношению к лопастям и, следовательно, образуют проточные каналы 71, 72, 73. Проточные каналы 71, 72, 73 по существу проходят радиально вдоль бурильной головки 3.

В бурильной головке 3 выполнено центральное проходное отверстие 8 для пропускания промывочной жидкости. В дополнение к центральному проходному отверстию 8 или вместо центрального проходного отверстия 8 могут быть предусмотрены проходные отверстия 81, 82, 83 в проточных каналах 71, 72, 73 между лопастями 61, 62, 63. Все проходные отверстия соединены с центральным продольным отверстием (непоказанным), проходящим через хвостовик 1.

При операциях бурения углеводородных скважин бурильную колонну обычно приводят во вращение в направлении по часовой стрелке. Стрелки 5 на фиг.1а и 1b показывают направление вращательного движения, которое при эксплуатации сообщается буровому долоту.

Таким образом, каждая из лопастей 61, 62, 63 имеет переднюю кромку 91, 92, 93 относительно направления вращательного движения 5. Скалывающие режущие элементы 9 расположены в ряду на передней кромке 91, 92, 93 каждой соответствующей лопасти 61, 62, 63. Каждый ряд скалывающих режущих элементов 9 имеет проточный канал, связанный с ним, непосредственно перед рядом скалывающих режущих элементов 9 относительно направления вращательного движения 5. Скалывающие режущие элементы 9 имеют форму, оптимизированную для соскребания вдоль забоя скважины и, тем самым, срезания кусков пласта с забоя скважины.

За каждым рядом скалывающих режущих элементов 9, таким образом, в заднем положении по отношению к каждому ряду скалывающих режущих элементов 9 на лопастях 61, 62, 63 предусмотрены осевые режущие элементы 10, 11. Осевые режущие элементы 10, 11 имеют форму, оптимизированную для вдавливания в осевом направлении в пласт земли в забое скважины и, тем самым, возможного дробления породы пласта.

Наружные периферийные участки лопастей 61, 62, 63 могут быть предусмотрены с периферийными [калибрующими] защитными элементами 12, предпочтительно покрытыми поликристаллическими синтетическими алмазами.

Фиг.2а показывает вид в перспективе, и фиг.2b показывает вид сверху варианта бурового долота по изобретению, имеющего четыре лопасти 6 и, следовательно, четыре проточных канала 7. В других отношениях данный вариант аналогичен варианту, показанному на фиг.1а и 1b. В частности, расположение рядов скалывающих режущих элементов 9 на передних кромках лопастей и расположение осевых режущих элементов 10, 11 в заднем положении по отношению к рядам скалывающих режущих элементов 9 аналогичны первому рассмотренному варианту осуществления.

Диаметр наружной периферии буровых долот для ударного бурения, рассмотренных выше на фиг.1а и 1b и на фиг.2а и 2b, составляет 6 дюймов, что соответствует приблизительно 15 см. Вариант торца долота с размером 8 дюймов (что соответствует наружному диаметру, составляющему приблизительно 20 см) показан на фиг.3. В данном варианте осуществления использовано восемь лопастей 6 и соответствующее число проточных каналов 7. Каждый проточный канал 7 выполнен с проходным отверстием 81 для обеспечения возможности поступления промывочной жидкости в соответствующий проточный канал. Поскольку данный торец долота, показанного на фиг.3, имеет больший диаметр по сравнению с торцами, показанными на фиг.1 и 2, на нем может быть размещено большее количество скалывающих режущих элементов 9 и осевых режущих элементов 10, 11.

В вышеописанных буровых долотах для ударного бурения, изображенных на фиг.2а и 2b и фиг.3, скалывающие режущие элементы в первом указанном ряде скалывающих режущих элементов расположены в радиальных положениях, отличающихся от радиальных положений, в которых расположены скалывающие режущие элементы во втором указанном ряде скалывающих режущих элементов на другой лопасти. Таким образом, зазоры, остающиеся между соседними скалывающими режущими элементами в одном ряду, перекрываются скалывающими режущими элементами в следующем ряду на другой лопасти, когда буровое долото приводится во вращение. В идеальном случае круговые траектории совокупности скалывающих режущих элементов немного перекрываются, так что получается непрерывная полоса срезанной породы на большей части площади поверхности забоя ствола скважины.

На фиг.4 показано схематическое изображение расположения режущих элементов, если смотреть в тангенциальном сечении, на котором видны лопасть 6 и ее передняя кромка 91. Скалывающий режущий элемент 9 предусмотрен на передней кромке 91 или вблизи с передней кромкой 91 и предназначен для скалывающего срезания породы пласта 13 и соскребания обломков 20 выбуренной породы в проточный канал 71. Осевой режущий элемент 10 находится за скалывающим режущим элементом 9 по отношению к направлению вращательного движения 5.

Скалывающий режущий элемент 9 имеет хвостовик 14, изготовленный из твердого материала, при этом подходящим материалом для него является карбид вольфрама. Гребковая поверхность, обращенная к соответствующему проточному каналу 71, покрыта слоем 15 поликристаллического алмаза. Такой скалывающий режущий элемент, имеющий режущую поверхность из поликристаллического алмаза, известен как режущий элемент, армированный поликристаллическими синтетическими алмазами. В дополнение к гребковой поверхности скалывающий режущий элемент имеет предварительную режущую плоскую ударную поверхность 19, проходящую по существу перпендикулярно центральной продольной оси бурового долота и по существу параллельно поверхности пласта 13 в забое скважины.

Осевой режущий элемент 10 имеет хвостовик 16, который, по меньшей мере, на одной стороне выполнен с полусферической или куполообразной режущей поверхностью 17. Режущий элемент выполнен из твердого материала, при этом подходящим материалом для него является карбид вольфрама. Если требуется, режущий элемент может иметь слой поликристаллического алмаза, в результате чего образуется осевой режущий элемент, армированный поликристаллическими синтетическими алмазами.

Для защиты скалывающего режущего элемента 9 от всестороннего воздействия на него пробивающих ударных нагрузок данные элементы могут быть расположены с углублением их относительно осевых режущих элементов 10, 11, так что осевые режущие элементы 10, 11 будут ударяться о породу 13 в забое скважины до того, как это сделает скалывающий режущий элемент 9. В идеальном случае утопленное расположение обеспечивает нахождение скалывающего режущего элемента 9 в "поднятом" положении над породой 13 в забое скважины, на некоторой высоте, соответствующей величине, на которую данный элемент утоплен, когда осевые режущие элементы 10, 11 только начинают проникать в новый кусок породы 13. Когда удар завершается, конечная глубина проникновения скалывающего режущего элемента 9 будет меньше глубины проникновения осевых режущих элементов 10, 11 на величину, соответствующую той величине, на которую скалывающий режущий элемент утоплен. Утапливание на любую величину оказывает положительное влияние на долговечность скалывающих режущих элементов, но рекомендуется расположение с утапливанием, по меньшей мере, на 0,25 мм, в то время как предпочтительна величина, составляющая, по меньшей мере, 0,50 мм.

В примерах, показанных на фиг.1а и 1b, фиг.2а и 2b и фиг.3, наиболее удаленные от центра осевые режущие элементы 11 представляют собой осевые режущие элементы, армированные поликристаллическими синтетическими алмазами, а остальные осевые режущие элементы 10 представляют собой осевые режущие элементы из карбида вольфрама. Таким образом, на данных торцах долота самые дальние от центра осевые режущие элементы 11 являются более твердыми и/или более износостойкими, чем остальные осевые режущие элементы 10.

Скалывающие режущие элементы 9 представляют собой режущие элементы, армированные поликристаллическими синтетическими алмазами. На фиг.5 схематически показано наличие предварительной режущей плоской ударной поверхности 19 на данных скалывающих режущих элементах для разных глубин предварительного резания, составляющих 1 мм, 2 мм и 3 мм. Глубина предварительного резания соответствует обычному расстоянию между предварительно режущей ударной поверхностью 19 и высшей точкой (вершиной) 18, где сходятся наружная поверхность хвостовика скалывающего режущего элемента и гребковая поверхность. Передний угол в тыльной продольной плоскости каждого из данных скалывающих режущих элементов в качестве примера составляет 40°, но может быть использован любой угол меньше 90°.

Можно видеть, что площадь предварительной режущей плоской ударной поверхности увеличивается по мере увеличения глубины предварительного резания. Предпочтительно глубина предварительного резания составляет от 1 до 3 мм.

В процессе эксплуатации буровое долото для ударного бурения включено в бурильную систему, в которой буровое долото для ударного бурения удерживается бурильной колонной. Бурильная система дополнительно содержит первое приводное средство для приведения бурового долота во вращение в стволе скважины для осуществления соскребающего движения скалывающих режущих элементов вдоль забоя ствола скважины и второе приводное средство для обеспечения возвратно-поступательного движения бурового долота в продольном направлении в стволе скважины для воздействия, по меньшей мере, осевых режущих элементов с ударной нагрузкой на забой скважины, при этом первое и второе приводные средства приводятся в действие оба одновременно. Вторым приводным средством предпочтительно является молоток, более предпочтительно молоток с совершающим возвратно-поступательное движение поршнем. Во время операции бурения промывочная жидкость нагнетается по бурильной колонне, сообщенной по текучей среде с проходными отверстиями 8, 81, 82, 83. Пригодными промывочными жидкостями являются буровой раствор, вода, нефть или пена, и они могут варьироваться в зависимости от типа породы пласта, подлежащего бурению.

Как можно лучше всего видеть на фиг.4, и осевые режущие элементы 10, 11, и скалывающие режущие элементы 9 находятся в контакте с пластом 13, так что пробивающая ударная нагрузка распределяется по как можно большему числу режущих элементов. За счет этого долговечность режущих элементов повышается в максимально возможной степени. Для уменьшения концентрации напряжений при ударе, действующих на скалывающие режущие элементы, скалывающие режущие элементы выполнены с предварительно обработанной резанием ударной поверхностью, как описано выше. Эти предварительные режущие ударные поверхности, которые также можно рассматривать как предварительно режущие кромки износа, также полезны для уменьшения склонности к созданию так называемых прерывистых крутильных колебаний в бурильной системе.

В результате пробивающих ударных воздействий в осевом направлении происходит дробление породы пласта 13 под режущими элементами. При вращении долота скалывающие режущие элементы 9 совершают соскребающее (скоблящее) движение вдоль поверхности забоя и постепенно создают горную муку и каменную мелочь из осколков выбуренной породы и промывочной жидкости. Горная мука и каменная мелочь выталкиваются в зону перед скалывающими режущими элементами 9, где имеется проточный канал 7 с промывочной жидкостью, проходящей по нему в направлении по существу радиально наружу. Оттуда счищенные обломки выбуренной породы смываются в кольцевое пространство ствола скважины и удаляются из зоны забоя.

Для дополнительного способствования вымыванию осколков выбуренной породы по проточным каналам гребковая поверхность каждого скалывающего режущего элемента может иметь дополнительный наклон относительно радиального направления бурового долота, при этом дополнительный наклон является таким, что гребковая поверхность будет обеспечивать сталкивание бурового шлама с пласта породы в направлении радиально наружу или радиально внутрь.

Типовые подходящие рабочие условия для бурового долота, описанного выше, включают нагрузку на долото, находящуюся в диапазоне от 3 до 6 метрических тонн. Количество энергии удара, действующей на буровое долото на один пробивающий удар, может находиться в диапазоне от 0,3 кДж до 5 кДж. Как правило, бурильная система может приводиться в действие с использованием мощности удара, составляющей от 10 до 50 Вт, при частоте ударов от 9 до 30 Гц.

Буровые долота для ударного бурения, показанные и описанные выше, имеют наружные диаметры, составляющие 6 дюймов и 8 дюймов, в качестве примера. Следует понимать, что другие диаметры могут быть использованы аналогичным образом. Изобретение также не ограничено количеством показанных лопастей. Любое число лопастей может быть предусмотрено.