КОЛОНКОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 1994 года по МПК E21B10/06 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к породоразрушающему инструменту для бурения с отбором керна.

Известно колонковое шарошечное долото, содержащее корпус и шарошки с породоразрушающими элементами, смонтированные на опорах, расположенных тангенциально по отношению к окружности долота и лежащих в одной плоскости, перпендикулярной к оси долота.

Недостатком указанной конструкции является то, что все шарошки с породоразрушающими элементами долота осуществляют углубление скважины и одновременно выбуривают керн. В горизонтальных скважинах, которые имеют, обычно, малый диаметр, в результате малых герметических размеров шарошек и породоразрушающих элементов, последние не обеспечат достаточной стойкости при совместной работе по забою скважины и калибровке ее ствола и керна. В результате они быстро выйдут из строя. При этом произойдет как уменьшение диаметра скважины и при последующем рейсе с отбором керна этот интервал придется расширять, так и увеличение диаметра выбуриваемого керна, что может привести к заклиниванию его и, в последующем, к разрушению в керноприемном отверстии колонкового долота.

Известно принятое нами за прототип колонковое шарошечное долото, содержащее корпус, валики, расположенные тангенциально отношению к окружности долота и лежащие в одной плоскости, перпендикулярной к оси долота, на которых смонтированы скважинообразующие и кернокалибрующие шарошки, армированные породоразрушающими элементами с режущими кромками.

По сравнению с аналогом данная конструкция более эффективна, так как все шарошки долота разделены функционально: одни разрушают забой и образуют ствол скважины, а другие участвуют в разрушении забоя и калибруют керн. Однако, при такой конструкции долота, диаметр его корпуса в месте расположения шарошек близок по величине к диаметру скважины, так как шарошки геометрически связаны между собой в результате того, что они размещены попарно на одной оси. Спуск и подъем такого долота в горизонтальной скважине может привести к заклинке его или к гидроразрыву продуктивного пласта из-за "свабирования". Кроме того, при таком размещении шарошек, углы между режущими кромками породоразрушающих элементов и касательными к наружной и внутренней окружностям долота в месте их контакта будут различными. Таким образом, породоразрушающие элементы будут работать в различных режимах резания, причем какие-либо из них будут выходить из строя раньше других. Все это приводит к недостаточной эффективности работы долота, к низкому его ресурсу.

Целью предполагаемого изобретения является повышение ресурса колонкового шарошечного долота за счет обеспечения рациональных углов между режущими кромками породоразрушающих элементов и касательными к наружной и внутренней окружностям долота.

Поставленная цель достигается тем, что в колонковом шарошечном долоте, содержащим корпус, валики, расположенные тангенциально по отношению к окружности долота и лежащие в одной плоскости, перпендикулярной к оси долота, на которых смонтированы скважинообразующие и кернообразующие шарошки, армированные породоразрушающими элементами с режущими кромками, углы между режущими кромками и касательными к наружной и внутренней окружностям долота в месте их контакта равны. При этом, эти углы могут быть как острыми, т.е. меньше π/2, так и тупыми, т.е. больше π/2. В частном случае, они могут быть и прямыми, т.е. равными π/2.

Отличительный признак заявляемого технического решения, заключающийся в том, что углы между режущими кромками породоразрушающих элементов и касательными к наружной и внутренней окружностям долота равны, обеспечивает эффективный процесс разрушения перемежающихся по твердости горных пород.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". При изучении других известных решений в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлено колонковое шарошечное долото; на фиг. 2 - вариант исполнения долота, при котором углы меньше π/2.

Колонковое шарошечное долото содержит корпус 1, валики 2, расположенные тангенциально к окружности долота и лежащие в одной плоскости, перпендикулярной к оси долота, на которых смонтированы скважинообразующие 3 и кернокалибрующие 4 шарошки, армированные породоразрушающими элементами 5 с режущими кромками 6. На наружной поверхности корпуса 1 выполнены пазы 7.

Колонковое шарошечное долото работает следующим образом. При вращении корпуса 1 долота, шарошки 3 и 4 вращаются относительно оси долота и скважины и относительно валиков 2 шарошек. При этом скважинообразующие шарошки 3 разрушают забой скважины и образуют ее ствол, а кернокалибрующие шарошки 4 участвуют в разрушении забоя и калибруют керн. В результате того, что углы Y между режущими кромками 7 и касательными к наружной и внутренней окружностям долота равны, обеспечивается наиболее эффективный процесс разрушения различных по твердости горных пород. Это и приводит к увеличению ресурса работы колонкового шарошечного долота при бурении в перемежающихся по твердости горных породах. Так как при такой конструкции возможно выполнение на наружной поверхности долота достаточно широких и глубоких пазов 7, это будет способствовать свободному перемещению долота в горизонтальной скважине без заклинивания его и "свабирования".

Предлагаемое техническое решение реализовано в конструкции опытной бурильной головки К116/40МСЗ-Г.

Техническим преимуществом заявляемого технического решения является увеличение ресурса работы долота при бурении в горизонтальных скважинах в перемежающихся по твердости горных породах, а, значит, сокращение количества долот, необходимых для проходки скважины с отбором керна.

Общественно полезными преимуществами данного колонкового шарошечного долота являются обеспечение безопасных условий его эксплуатации в горизонтальных скважинах и уменьшение затрат на разбуривание месторождений.

Использование: буровая техника, а именно породоразрушающий инструмент для бурения с отбором керна. Сущность: в шарошечном колонковом долоте углы между режущими кромками 6 породоразрушающих элементов 3 и 4 и касательными к наружной и внутренней окружностям долота в месте их контакта с породоразрушающими элементами 3 - 4 равны между собой. Эти углы могут быть подчинены зависимости n×π/2 , где n - действительное число, большее нуля, но меньшее двух. При работе увеличивается ресурс работы долота в перемежающихся по твердости горных породах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. КОЛОНКОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус, закрепленные к корпусу скважино- и кернообразующие шарошки посредством валиков, тангенциально расположенных по отношению к окружности долота и лежащих в одной плоскости, перпендикулярной к оси долота, и расположенные на скважино- и кернообразующих шарошках породообразующие элементы с режущими кромками, отличающееся тем, что, с целью увеличения ресурса работы долота в перемежающихся по твердости горных породах, углы между режущими кромками породоразрушающих элементов и касательными к наружной и внутренней окружностям долота соответственно в месте их контакта с породоразрушающими элементами равны между собой. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что значения углов между режущими кромками и касательными к окружностям долота подчиняются зависимости: n˙π / 2, где n - действительное число, большее нуля, но меньшее двух.