БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1994 года по МПК E21B10/36 

Изобретение относится к горной промышленности, к ударно-канатному бурению скважин, преимущественно геологоразведочных.

Известно долото (а. с. СССР N 1858, кл. Е 21 В 10/26, 1923), выполненное в виде корпуса с фронтальным лезвием и сквозной прорезью, перпендикулярной плоскости лезвия. В стенках прорези выполнены соосные отверстия, в которых размещен палец. В прорези шарнирно на пальце закреплены два боковых резца лопатообразной формы. Недостатком долота является то, что боковые резцы имеют одну горизонтальную породоразрушающую кромку, перпендикулярную плоскости фронтального лезвия и отстоящую от оси долота на половину длины этого лезвия. Кроме того, в процессе работы резцы зафиксированы в крайнем положении. Это позволяет зачищать стенки скважины, но не расширять скважину за пределы диаметра лидерной части, проходимой фронтальным лезвием.

Наиболее близким к заявляемому по конструкции и выполняемым функциям является долото (патент США N 2593035, кл. 175-263, 1949). Долото выполнено в виде корпуса с узлом крепления в верхней и осевой прорезью в нижней части. Прорезь образует две боковые стенки с выполненными в них соосными отверстиями, перпендикулярными прорези. В отверстиях закреплен палец, на котором размещены с возможностью вращения два подвижных лезвия, снабженные передними и задними породоразрушающими кромками.

Недостатком прототипа является низкая эффективность бурения. Это обусловлено тем, что подвижные лезвия в начальной фазе бурения разрушают забой скважины и только потом раскрываются и разрушают стенки. При этом разрушение забоя производится скользящим ударом, а стенок - ударами, направленными не по нормали к разрушаемой поверхности. В обеих фазах энергия удара используется на бурение неэффективно.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет более рационального использования энергии удара.

Поставленная цель достигается за счет того, что буровое долото выполнено в виде корпуса, имеющего в верхней части узел крепления на штанге, а в нижней - осевую прорезь, образующую две боковые стенки. В стенках выполнены соосные отверстия, перпендикулярные прорези. В отверстиях закреплен палец, на котором размещены два подвижных лезвия с возможностью вращения от нижних до верхних упоров. Подвижные лезвия имеют передние и задние породоразрушающие кромки. От прототипа заявляемое долото отличается тем, что на острие каждого лезвия выполнена площадка, которая в нижнем положении лезвия перпендикулярна продольной оси долота. Передние и задние кромки размещены в осевой плоскости долота, а нижний упор выполнен в виде фронтального лезвия, жестко закрепленного на боковых стенках корпуса.

Заявляемая конструкция позволяет наиболее полно использовать энергию удара на разрушение забоя и боковых стенок скважины за счет того, что разрушение забоя осуществляется фронтальным лезвием, а боковых стенок - подвижными лезвиями. Это происходит потому, что неподвижные лезвия при соприкосновении их площадок со шламом испытывают действие усилий, создающих крутящие моменты, разворачивающие лезвия в сторону стенок скважины. При этом расположение породоразрушающих кромок подвижных лезвий обеспечивает наиболее полное использование энергии удара на разрушение грунта, а изгибающие моменты на лезвия, ускоряющие износ подвижных частей и приводящие к разрушению лезвий, устранены.

Долото заявляемой конструкции имеет еще одно преимущество, существенно снижающее затраты на ударно-канатное бурение геологоразведочных скважин, широко используемое геологами на разведке россыпных месторождений (в Магаданской области ≈ 95% объемов разведочного бурения осуществляется ударно-канатным способом). Забой скважины имеет чашеобразную форму с углублением в средней части, образуемым фронтальным лезвием. Это обстоятельство позволяет вести разведочное бурение скважинами переменного сечения - по пустым породам малого диаметра, а по продуктивному пласту - большого. При этом возможно использование желонки, предназначенной для малого диаметра - она свободно проходит по узкой скважине и собирает шлам со дна чаши того же диаметра, куда стекает весь шлам с частицами металла, которые и являются объектом поиска.

Опытная проверка долота на приисках Колымы подтвердила его высокие эксплуатационные характеристики. По пустым породам бурение производилось традиционным снарядом диаметром 190 мм. Затем заявляемым долотом велось бурение скважин диаметром 400 мм, что значительно повышало представительность проб, а затраты оказывались существенно ниже по сравнению с затратами при бурении традиционным снарядом на 400 мм.

На фиг. 1 представлена конструкция бурового долота, вид вдоль оси пальца (пунктиром показаны крайние положения подвижных лезвий); на фиг. 2 - то же, вид сбоку.

Долото состоит из корпуса 1 с узлом 2 крепления на буровой штанге (не показана). В нижней части корпуса 1 имеется осевая прорезь, образующая две боковых стенки 3, в которых выполнены соосные отверстия 4. В отверстиях размещен палец 5, на котором помещены с возможностью вращения два подвижных лезвия 6, имеющие передние 7 и задние 8 породоразрушающие кромки, а также площадка 9, перпендикулярная оси долота при нижнем положении лезвий 6. Подвижные лезвия 6 выполнены так, что ширина их рабочих частей с породоразрушающими кромками занимают почти всю ширину щели, а ширина крепежных концов с отверстиями уступом убывает в два раза. Это позволяет разместить кромки 7 и 8 обоих подвижных лезвий 6 в осевой плоскости долота. Лезвия 6 имеют возможность вращаться вокруг пальца 5 от верхнего упора-дна 10 прорези до нижнего упора, выполненного в виде фронтального лезвия 11 с углом приострения 90-110^о, как у традиционных лезвий.

Долото работает следующим образом.

При ударно-канатном бурении скважин, где преимущественно могут применяться лезвия заявляемой конструкции, перед началом углубки в скважину выливают определенную порцию воды (зимой - снега), которая в процессе бурения превращается в жидкий шлам. При ходе вниз долота подвижные лезвия 6 ударяются площадками 9 о поверхность шлама. Усилия, возникающие при этом, создают моменты сил, поворачивающие лезвия 6 в стороны так, что когда фронтальное лезвие 11 достигает забоя скважины, подвижные лезвия раскрыты и упираются в дно 10 прорези. Таким образом, разрушение стенок скважины осуществляется вначале передним 7, а затем задним 8 кромками лезвий 6. При движении снаряда вверх подвижные лезвия опускаются до упора во фронтальное лезвие 11 - долото складывается.

В процессе бурения снаряд после каждого удара поворачивается вокруг своей оси за счет конструкции привода и разрушение забоя и стенок скважины осуществляется по всей окружности. (56) Патент США N 2593035, кл. 175-263, 1949.

Использование: горная промышленность, в частности ударно-канатное бурение скважин, преимущественно геологоразведочных. Сущность: в буровом долоте имеется упор в виде фронтального лезвия 11, закрепленного на стенках прорези между лезвиями 6, имеющими площадки 9. Площадки 9 расположены между передними 7 и задними 8 кромками перпендикулярно продольной оси долота при нижнем положении лезвий 6. Передние 7 и задние 8 кромки размещены в осевой плоскости долота. Породоразрушающая кромка лезвия 11 расположена выше площадок 9. 2 ил.

БУРОВОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус со средством крепления к буровой штанге в верхней части, осевой прорезью в нижней части и соосными отверстиями в боковых стенках прорези, перпендикулярными прорези, два лезвия с передними и задними породоразрушающими кромками, закрепленные в прорези с возможностью поворота посредством пальца, расположенного в соосных отверстиях, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения за счет более рационального использования энергии удара, оно снабжено упором в виде фронтального лезвия, закрепленного на боковых стенках прорези между лезвиями, выполненными с площадками, расположенными между передними и задними породоразрушающими кромками перпендикулярно продольной оси долота при нижнем положении лезвий, причем передние и задние породоразрушающие кромки лезвий размещены в осевой плоскости долота, а породоразрушающая кромка фронтального лезвия расположена выше площадок.