ДОЛОТО ДЛЯ РЕАКТИВНО-ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам, предназначенным для бурения скважин большого диаметра агрегатами РТБ.

Известны шарошечные долота, предназначенные для бурения сплошным забоем роторным или турбинным способами (Палий П. А. и Корнеев К. Е. Буровые долота. Справочник. М.: Недра, 1971, с. 256, риc. VI.66).

Эти долота применять для реактивно-турбинного бурения неэффективно, так как в процессе разрушения породы вследствие планетарного движения долот забой скважины образуется плоским, расположенным перпендикулярно оси вращения агрегата РТБ. С плоским забоем могут контактировать только периферийные зубья шарошек, а остальные, расположенные на конусной части шарошки с забоем не соприкасаются и, следовательно, в процессе разрушения породы забоя не участвуют.

Более эффективным для реактивно-турбинного бурения является шарошечное долото, включающее корпус и лапы с шарошками, имеющими зубья на периферийном венце и конический хвостовик - прототип (авт. св. СССР N 1350319, кл. Е 21 В 10/16, 1984).

При бурении скважин большого диаметра агрегатами РТБ забой разбуривается по нескольким концентрическим кольцевым площадям, при этом на забое образуются целики породы цилиндрической или кольцевой формы, которые не могут быть разбурены долотами и разрушаются в процессе углубления. Поэтому на забое накапливаются крупные частицы породы, которые мешают углублению долот. При использовании прототипа в разрушении породы забоя участвуют зубья, расположенные на периферийной части шарошки. Эти же зубья частично дробят до мелкой фракции только часть отделившихся кусков породы. Крупные частицы породы накапливаются и, оставаясь длительное время на забое, препятствуют дальнейшему углублению долот. Они не могут быть вынесены на дневную поверхность восходящим потоком промывочной жидкости из-за малых скоростей потока жидкости и значительной массы кусков породы. Чтобы перемолоть эти крупные частицы породы до мелкой фракции, способной быть поднятой с забоя и транспортированной на дневную поверхность, необходимо более длительное время вращения долота, что снижает эффективность углубления скважины. Это является существенным недостатком прототипа.

Целью изобретения является повышение эффективности разрушения породы забоя скважины за счет дополнительного разрушения крупных частиц шлама на забое.

Это достигается тем, что в долоте для реактивно-турбинного бурения, включающем корпус, лапы и шарошки с зубьями на периферийном венце и коническим хвостовиком, на наружной поверхности хвостовика выполнена насечка, а максимальное расстояние между нижней образующей конического хвостовика и нижней точкой зуба шарошки определяется из соотношения l < H < L, где l - разница между максимальной и минимальной высотой долота по зубьям;
L - высота зуба шарошки.

Техническое преимущество предлагаемого долота по сравнению с прототипом заключается в наличии в долоте элементов для дополнительного перемалывания крупных частиц шлама на забое. Кроме того, повышается эффективность бурения скважины за счет увеличения стойкости долота и механической скорости бурения вследствие улучшения очистки забоя от крупных частиц породы.

На фиг. 1 изображено долото для реактивно-турбинного бурения, общий вид; на фиг. 2 - положение шарошки, касающейся одним зубом забоя, при этом высота долота - максимальна; на фиг. 3 - шарошка опирается на забой скважины двумя смежными зубьями, при этом высота долота - минимальна.

Долото включает корпус 1, к которому приварены лапы 2, на подшипниках 3 которых установлены шарошки 4. Каждая шарошка имеет один периферийный венец с зубьями 5 и конический хвостовик 6, нижняя образующая которого расположена перпендикулярно оси вращения долота и агрегата РТБ. На наружной поверхности хвостовика 6 выполнена насечка, предназначенная для повышения коэффициента трения кусков породы о хвостовик.

Расстояние Н между нижней образующей конического хвостовика нижней точкой зуба не должно превышать высоты зуба L шарошки (Н < L), в противном случае эффективность разрушения крупных частиц шлама будет не велика, так как даже при внедрении зуба шарошки в породу на всю высоту, отделенные от целика частицы шлама не раздавливаются хвостовиком шарошки.

Кроме того, расстояние Н не может быть меньше и равно разнице l между максимальной и минимальной высотой долота по зубьям, т.е. l < Н, так как в противном случае при положении долота, показанного на фиг. 3, зубья шарошек углубляться в забой не смогут в связи с тем, что конический хвостовик при таком Н между нижней образующей конического хвостовика и нижней точкой зуба должно находиться в пределах l < H < L, что обеспечивает максимальную эффективность разрушения крупных частиц шлама коническим хвостовиком.

Предлагаемое долото работает следующим образом.

При вращении долота вокруг своей оси и планетарном движении относительно оси вращения агрегата РТБ образуется плоский забой скважины. Образуемые на забой мелкие частицы породы транспортируются по стволу скважины на дневную поверхность. Крупные частицы шлама остаются на забое и частично разрушаются зубьями, а частично при планетарном движении долот попадают под конусные части шарошек 4, имеющие насечку, перемалываются и убираются с забоя промывочной жидкостью.

Благодаря такому действию долота забой скважины более эффективно очищается от выбуренной породы, что повышает производительность долота и одновременно повышает его стойкость, так как значительную часть породы разрушают не зубья, а хвостовики шарошек, а зубья выполняют основное свое предназначение - углубление забоя.

Использование: конические шарошки для бурения скважин большого диаметра. Сущность: на наружной поверхности хвостовика выполнена насечка. Максимальное расстояние между нижней образующей хвостовика и нижней точкой зуба шарошки определяется из соотношения l < H < L, где l - разница между максимальной и минимальной высотой долота, замеренной по зубу и междузубцовой впадине. При работе дополнительно разрушаются крупные куски шлама. 3 ил.

ДОЛОТО ДЛЯ РЕАКТИВНО-ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ, содержащее корпус с лапами, закрепленные к лапам шарошки с коническим хвостовиком и зубьями на периферийном венце, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы долота путем дополнительного разрушения крупных частиц шлама на забое, конический хвостовик каждой шарошки выполнен с насечкой по наружной поверхности, а максимальное расстояние Н между нижней образующей конического хвостовика и нижней точкой зуба шарошки определяется из соотношения l<H<L,
где l - разница между максимальной и минимальной высотами долота, замеренными по зубу и между зубцовой впадиной;
L - высота зуба шарошки.