ШАРОШКА БУРОВОГО ДОЛОТА Российский патент 1994 года по МПК E21B10/08 

Изобретение относится к бурению, а именно к породоразрушающему инструменту, и может быть использовано при бурении нефтяных, газовых и других скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет лучшей очистки долота от шлама.

На фиг. 1 показана шарошка бурового долота; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Шарошка состоит из корпуса 1 с зубьями 2 и межзубцовыми впадинами 3, в которых размещены упругие элементы 4.

Шарошка работает следующим образом.

При перекатывании шарошки по забою за счет разрушения породы во время контакта зубьев 2 долота с породой в межзубцовых впадинах 3 происходит увеличение объемной концентрации шлама, сопровождаемое его сжатием. Часть усилий сжатия передается на упругие элементы 4, размещенные в межзубцовых впадинах, и деформирует их. В результате объем межзубцовых впадин увеличивается, что приводит к уменьшению общих усилий сжатия шлама в межзубцовых впадинах. Увеличение объема межзубцовых впадин за счет деформирования упругих элементов будет достаточно для уменьшения общих усилий сжатия шлама только в том случае, если модуль деформации упругих элементов будет меньше среднего модуля упругости сжимающегося в межзубцовых впадинах шлама, который для большинства встречающихся при бурении горных пород больше или равен 20 МПа.

В процессе сжатия упругих элементов благодаря соответствующему их конструктивному исполнению величина их относительной деформации не превышает величину ε_м, равную 0,03-0,2. Величина максимальной относительной деформации ε_м не должна быть меньше 0,03, так как при меньших величинах ε_м выталкивание запрессовавшегося шлама из межзубцовых впадин не будет эффективным из-за малости перемещений. Кроме того, величина ε_м не должна превосходить 0,2, так как при больших относительных деформациях упругие элементы теряют свою работоспособность за количество циклов нагружения, меньшее, чем количество циклов нагружения упругих элементов в течение одного долбления, т. е. упругие элементы потеряют работоспособность до окончания работы долота на забое скважины и эффект от них будет получен только в начале долбления. Конструкция упругих элементов обеспечивает отсутствие их дальнейшей деформации после достижения максимальной относительной деформации упругих элементов ε_м или соответственно отсутствие дальнейшей деформации упругих элементов при превышении напряжениями сжатия шлама величины σ_o= Kε_м, где К - модуль деформации упругих элементов. При дальнейшем перекатывании шарошек по забою скважины зубья выходят из контакта с породой и сжатие шлама в межзубцовых впадинах прекращается. Происходит разгрузка запрессованного в межзубцовых впадинах шлама. После уменьшения напряжения сжатия запрессованного шлама до величины, равной или меньшей σ_o, упругие элементы расширяются и выталкивают запрессовавшийся в межзубцовые впадины шлам. Благодаря этому уменьшается часть осевой нагрузки, воспринимаемая сжимающимся в межзубцовых впадинах шламом, что приводит к увеличению механической скорости проходки и проходки на долото, т. е. увеличивается эффективность бурения. Запрессовавшийся в межзубцовые впадины шлам выталкивается распрямляющимися упругими элементами только в том случае, если модуль деформации упругих элементов больше 2 МПа, а высота упругих элементов должна быть не больше 0,8, где Н - высота межзубцовой впадины, потому что в противном случае несмотря на наличие эффекта выталкивания упругими элементами запрессовавшегося в межзубцовые впадины шлама увеличения эффективности бурения не произойдет, так как сжатие шлама начинается при меньших осевых нагрузках и максимальные напряжения сжатия в сжимающемся шламе велики.

Упругие элементы изготавливаются из материала, обладающего упругими свойствами, например резины, эластосилы и др.

Изобретение относится к бурению, а именно к породоразрушающему инструменту, и может быть использовано при бурении нефтяных, газовых и др. скважин. Цель - повышение эффективности работы шарошки бурового долота за счет лучшей очистки долота от шлама. В межзубцовых впадинах 3 размещены упругие элементы 4 с максимальной относительной деформацией 0,03 - 0,2 и средним при относительных деформациях, меньших максимальной деформации, модулем деформации 2 - 20 МПа. Высота упругих элементов 4 равна не более 0,8 глубины впадины 3. При работе запрессовавшийся шлам из впадин 3 выталкивается упругими элементами 4 в том случае, если модуль деформации элементов 4 находится в указанных пределах. Указанная высота элементов 4 обеспечивает достаточную выталкивающую силу для удаления шлама из впадин 3. 3 ил.

ШАРОШКА БУРОВОГО ДОЛОТА, включающая корпус с зубьями и межзубовыми впадинами, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет лучшей очистки долота от шлама, она снабжена расположенными в межзубцовых впадинах упругими элементами с максимальной относительной деформацией 0,03 - 0,2 и средним при относительных деформациях меньших максимальной деформации модулем деформации 2 - 20 МПа, причем высота упругих элементов не более 0,8H, где H - глубина межзубцовой впадины.