БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1994 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к буровому инструменту, преимущественно - к буровому шарошечному долоту.

Известны буровые шарошечные долота, у которых промывочные каналы направляют три струи жидкости на забой между шарошками и одну - в центр скважины [1].

При вращении долота образуется два кольцевых участка (в центре и на периферии), по которым струи воздействуют на забой. Большая часть третьего кольцевого участка забоя не перекрывается потоком струй. При этом и очистка от шлама этих участков не одинакова. Это снижает механическую скорость бурения и износостойкость вооружения шарошек долота.

Известно буровое долото [2] , в корпусе которого каналы с насадками смещены относительно друг друга по радиусу скважины, а оси их расположены в нескольких взаимопересекающихся плоскостях. При этом каждый канал с насадкой воздействует на свой кольцевой участок, а сумма всех этих участков равна поверхности забоя.

Недостатком является то, что к различным по площадям кольцевым участкам потоки промывочной жидкости не регламентированы.

Поэтому, как и в аналоге, очистка забоя на кольцевых участках неравномерна. Чем дальше от центра, тем больший объем породы необходимо удалить при углублении долота. Это также снижает механическую скорость бурения.

Для ее повышения за счет достижения наиболее равномерной очистки забоя в буровом долоте каналы или группа каналов, направленные на конкретные кольцевые участки, обеспечивают подачу различного количества жидкости на каждый из участков, пропорционально их площадям
= = ... = const где 1, 2, 3, ... n - порядковые номера каналов и соответствующих им кольцевых участков;
f₁, f₂, ..., f_n - площади сечений каналов;
F₁, F₂, . .. F_n - площади кольцевых участков, соответственно перекрываемых каналами 1, 2, ... n в плоскости, перпендикулярной оси долота и касательной нижней точки вооружения;
f_n - сумма площадей всех промывочных каналов в долоте;
F_n - сумма площадей перекрываемых участков в плоскости, перпендикулярной оси долота и касательной нижней точки вооружения.

При необходимости, один кольцевой участок могут очищать сразу два или более каналов. В этом случае учитывается их суммарная площадь.

На фиг. 1 показано буровое долото; на фиг. 2 - расположение следов прохождения струй промывочной жидкости в плоскости, перпендикулярной оси долота и касательной нижней точки вооружения.

Буровое долото 1 включает шарошки 2, смонтированные на корпусе 3. В корпусе 3 выполнены промывочные каналы 4, 5, 6, 7, 8 и 9, каждый из которых перекрывает свою кольцевую часть забоя, причем площади сечений каналов увеличиваются от центра к периферии пропорционально площадям соответствующих кольцевых участков, что наглядно видно на фиг. 1-2. В сечении А-А показаны каналы 6 и 9, каналы 4 и 8 в корпусе показаны пунктиром, следы каналов 5 и 7 показаны лишь на плоскости Q, вместе с диаметром (Дд). Следы струй из промывочных каналов на плоскости Q затемнены, причем следы струй из каналов 4, 5, 7, 8 дополнительно условно смещены на радиус долота, чтобы лучше иллюстрировать перекрытие радиуса забоя. Площади сечения промывочных каналов увеличиваются от центра к периферии пропорционально площадям соответствующих кольцевых участков на плоскости Q.

При работе бурового долота на забое, струи промывочной жидкости равномерно очищают забой от шлама.

В качестве примера осуществления предлагаемого технического решения взято долото ⊘ 215,9 мм . Общая площадь промывочных каналов задается исходя из условий бурения. Например, для конкретных расхода жидкости и давления на стояке общая площадь сечения промывочных каналов должна равняться f_n = 12 см² . Общая площадь проекции долота на плоскость Q, перпендикулярную оси долота и касательную к нижней точке вооружения шарошек F_n= = 366 см²; из приведенного в формуле соотношения определяется const, как отношение f_n к F_n . Получаемая const = 0,032.

Величина кольцевых зон, а значит и количество промывочных отверстий выбираются конструктивно. Например, выбираются три зоны (по числу шарошек). Соответственно, ширина зон по радиусу на плоскости Q, начиная от периферии берется 27,9; 35 и 45 мм. Рассчитываются площади этих зон, соответственно F₁ = 158,9 см²; F₂ = 145,4 см² и F₃ = 63,5 см². Отсюда площади промывочных отверстий для каждой зоны получаются умножением полученных площадей на ранее полученный коэффициент const = 0,032. При этом получаются f₁ = 5,08 см²; f₂ = 4,65 см² и f₃ = 2,85 см². По этим полученным площадям выбираются конфигурация (если нужно - увеличивается количество отверстий для одной зоны), а также диаметр отверстия для каждой зоны (если выбрано круглое отверстие). Так для площади f₁рассчитывается диаметр одной насадки. Он равен О 25,5 мм или для двух насадок равен О 18 мм. Соответственно для площади f₂ - одна насадка - О 24,3 мм или две насадки О 17 мм, для площади f₃ - одна насадка ⊘ 19 мм.

При вращении долота на забое направлением струй в середины зон и пропорциональностью площадей сечений промывочных отверстий обеспечивается равномерная очистка потоком бурового раствора всего забоя. При этом гидравлическая энергия жидкости используется более рационально, достигается более равномерное абразивное изнашивание вооружения, повышаются механическая скорость и проходка.

Использование: буровые инструменты. Сущность: площади сечения промывочных каналов 4, 5, 6, 7, 8, 9 пропорциональны площадям перекрываемых ими кольцевых участков на плоскости, перпендикулярной оси долота и касательной к нижней точке вооружения 2 в соответствии с соотношением приведенным в тексте описания. 2 ил.

БУРОВОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус с вооружением и промывочными каналами, каждый из которых расположен с возможностью перекрытия кольцевого участка на плоскости, перпендикулярной к оси долота и касательной к нижней точке вооружения, отличающееся тем, что площади сечения промывочных каналов пропорциональны площадям перекрываемых или кольцевых участков в соответствии с соотношением
= = = ... = const , ,
где 1, 2, 3 . .. n - порядковые номера каналов и соответствующих им кольцевых участков;
F₁, F₂, F₃ ... F_n - площади кольцевых участков, соответственно перекрываемых каналами 1, 2, 3 ... n;
f₁, f₂, f₃ ... f_n - площади сечений каналов;
f_n - сумма площадей всех промывочных каналов;
F_n - сумма всех площадей перекрываемых кольцевых участков.