БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 1995 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к области бурения скважин с очисткой забоя с помощью промывочной жидкости.

Известно буровое шарошечное долото, содержащее корпус, лапы, шарошки, установленные посредством подшипников на цапфах лап, закрепленные на корпусе ограничителя потоков с выполненными в них промывочными каналами и шламоотводящие каналы.

Недостаток известного долота - неизбежное перекрытие сечения скважины корпусом долота, обусловленное ввариванием дугообразной перемычки между лапами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа долото, включающее корпус, лапы со смонтированными на их цапфах шарошками, гидромониторные узлы с насадками и лубрикаторные камеры.

Недостатком прототипа является следующее. Лубрикаторная камера с запасом смазки и сообщающаяся с герметизированной полостью опоры шарошки, размещена в спинке лапы, для чего спинка выполняется с большой толщиной. Лубрикаторная камера (как и во всех других известных конструкциях долота с герметизированными опорами) размещена своей серединой над опорой шарошки в вертикальной полости, проходящей через ось цапфы лапы и ось симметрии спинки лапы. В результате такого традиционного конструктивного решения вертикально направленная спинка лапы с лубрикаторной камерой в ее верхней части и корпус гидромониторного узла разобщены между собой и примыкают к стенке скважины. Проемы для восходящего потока между этими двумя узлами существенно выступают за радиус упорного уступа присоединительной резьбы в направлении к стенке скважины. Все это приводит к сокращению площади просвета между долотом и стенкой скважины и угнетению призабойного пространства. При вращении шарошек долота частицы шлама увлекаются зубьями шарошек с поверхности забоя в сводовую часть долота над шарошкой.

В прототипе за счет разворота гидромониторной струи на некоторый угол и частичного касания набегающей поверхности шарошки происходит смывание струей частиц породы с ее поверхности. Однако частицы породы, смытые с поверхности шарошки, направляются потоком сверху вниз и вновь попадают на поверхность забоя, забивая промежутки между зубками шарошки, покрывая поверхность забоя шламовой коркой, зашламляя надшарошечное пространство.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет ускоренного удаления частиц шлама локализованным потоком, направленным снизу вверх.

Указанная цель достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем корпус, лапы со смонтированными на их цапфах шарошками, гидромониторные узлы с насадками, а в случае с герметизированными маслонаполненными опорами, лубрикаторные камеры, размещенные в спинке лапы долота, на передней по направлению вращения долота грани имеют вертикальный проем, углубленный к оси долота до уровня радиуса упорного уступа присоединительной резьбы, задняя грань лап смещена в сторону гидромониторного узла до смыкания с его корпусом, а при наличии лубрикаторной камеры последняя установлена со смещением в сторону гидромониторного узла относительно продольной оси долота.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое долото отличается выполнением вертикального проема на передней по направлению вращения долота грани лапы, углубленного к оси долота до уровня радиуса упорного уступа присоединительной резьбы, а также тем, что задняя грань лап смещена в сторону гидромониторного узла до смыкания с его корпусом, а также тем, что лубрикаторная камера установлена со смещением в сторону гидромониторного узла относительно продольной оси долота. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 представлено долото, общий вид; на фиг. 3 - разрез.

Долото содержит корпус 1, сваренный из отдельных лап 2 с установленными на них шарошками 3 и оснащенный насадками 4. На передней по ходу вращения долота грани лап выполнен вертикальной проем 5, который заглублен в корпус долота не менее чем до уровня радиуса упорного уступа 6 на присоединительной резьбе. Задняя грань лап смещена до смыкания с бобышкой гидромониторного узла. Лубрикаторная камера 7 смещена по отношению к продольной оси долота в сторону гидромониторного узла.

Буровое долото работает следующим образом.

В процессе бурения потоки промывочного агента, истекающие из насадок 4 (фиг. 1) и имеющие высокую энергию, ударяясь о поверхность забоя и двигаясь под шарошками 3 с высокой скоростью, отрывают частицы разрушенной породы от забоя и транспортируют основную их массу в направлении локализованных проемов 5. Другая масса частиц породы отделяется от забоя и переносится зубьями шарошек в направлении их вращения, за счет чего возникает так называемый насосный эффект шарошек. Эта масса частиц, продвигаемая зубьями шарошек, на выходе из сводной части долота встречается с восходящим потоком в проеме 5. Направление движения частиц и восходящего потока в проеме показано стрелками на фиг. 1, 2. Указанный проем расположен с одной стороны на том месте, где происходит подъем отраженного от забоя потока жидкости, с другой стороны - в том месте, куда из свободной части долота поступает обогащенная шламом жидкость, в соответствии с направлением вращения шарошек.

Углубление проема до уровня радиуса упорного уступа 6 присоединительной резьбы позволяет с помощью локализованного восходящего потока перехватывать частицы шлама в самой верхней части шарошек и направлять их вверх вдоль проема, предотвращая их падение на забой и повторное перемалывание.

Второй положительный момент, который сказывается на облегчении отделения частицы породы от забоя и ее удалении из призбойной зоны, заключается в том, что за счет искривления спинки лапы и сближения с гидромониторным узлом (в долоте с герметизированной опорой лубрикаторная камера также смещается в сторону гидромониторного узла), удается в целом увеличить площадь просвета между поперечным сечением корпуса долота и стенками скважины и уменьшить угнетающее давление на забое скважины.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении достигается повышение эффективности бурения за счет реализации насосного эффекта вращающихся шарошек, увлекающих частицы шлама и выносящих их в зону локализованного восходящего потока жидкости, а также в результате расширения площади просвета между корпусом долота и стенками скважины. В итоге создаются условия для повышения механической скорости бурения за счет ускоренной транспортировки частиц шлама из призабойной зоны и некоторого снижения дифференциального давления на забое.

Использование: в области бурения скважин с отметкой забоя с помощью промывочной жидкости. Сущность: в буровом шарошечном долоте каждая лапа 2 на своей передней грани имеет вертикальный проем 5. Проем 5 заглублен в корпусе 1 не менее чем до уровня радиуса упорного уступа 6. Спинка каждой лапы 2 может иметь лубрикаторную камеру 7. Камера 7 смещена в сторону гидромоторного узла 4 относительно продольной оси долота. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус, наклонные лапы с гидромониторными узлами и закрепленные на цапфах лап шарошки с зубьями, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет ускоренного удаления шлама путем раскрытия зубьев шарошки в их верхнем положении, каждая лапа на своей передней грани выполнена с вертикальным проемом, который заглублен в корпусе долота не менее чем до уровня радиуса упорного уступа. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что спинка каждой лапы выполнена с лубрикаторной камерой, смещенной в сторону гидромониторного узла относительно продольной оси долота.