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

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к породоразрушающему инструменту, и может быть использовано при бурении скважин различного назначения.

Известны разборные шарошечные долота, содержащие секции с шарошками и хвостовиками, размещенными в расходящихся в направлении к оси долота пазах корпуса, который с помощью резьбы взаимодействует с центральным полым стержнем, и свободно размещенную распорную втулку, установленную с возможностью взаимодействия с внутренними поверхностями хвостовиков секций по коническим поверхностям [1]
Недостатком известных долот является ненадежность крепления хвостовиков.

Известно также разборное буровое долото, содержащее корпус с клиновидными пазами, вмещающими хвостовики, соединенные с лапами и породоразрушающими органами, и втулку, сопряженную с хвостовиками конической поверхностью и соединенную с корпусом гайкой с центральным каналом и двумя резьбами различного шага.

Недостатком данного долота является низкая производительность бурения вследствие перекрытия гайкой и втулкой значительной площади кольцевого пространства над долотом, из-за чего затруднен вынос выбуренного шлама с забоя скважины. Шлам подвергается дополнительному разрушению, в результате чего падает механическая скорость бурения и долото подвергается интенсивному износу.

Цель изобретения повышение производительности бурения путем улучшения условий очистки забоя от шлама.

Цель достигается тем, что в известном разборном буровом долоте, содержащем корпус с клиновидными пазами, вмещающими хвостовики с породоразрушающими органами и втулку, сопряженную с хвостовиками конической поверхностью и соединенную с корпусом гайкой с центральным каналом и двумя резьбами различного шага, центральный канал гайки выполнен в виде последовательного сопряжения конической вершиной вниз и цилиндрических поверхностей, образующих струйный насос с камерой смешивания потоков и наклонно-радиальными сквозными отверстиями в стенке, при этом во втулке и лапах выполнены соосные и дополнительные к ним отверстия, ориентированные в набегающую сторону лап, а между резьбами снаружи гайки выполнена кольцевая полость, в которую открыты отверстия гайки, втулки и лап; на набегающих поверхностях лап и на поверхности корпуса выполнены соответственно наклонные и винтовые пазы, сопряженные друг с другом; участок хвостовика, примыкающий к втулке, выполнен в виде клиновидного к породоразрушающему органу выступа, а на наружной поверхности втулки имеются ответные выступу пазы.

Выполнение центрального канала гайки в виде последовательного сопряжения конической вершиной вниз и цилиндрических разного диаметра поверхностей, образующих струйный насос с камерой смешивания потоков, ограниченной цилиндрической поверхностью максимального диаметра и наклонно-радиальными сквозными отверстиями, позволяет расширить функциональные возможности крепежной детали, каковой является гайка, и придать устройству свойства струйного насоса, использующего эффект эжекции для улучшения очистки забоя от шлама.

Выполнение в лапах и втулке соосных и дополнительных к ним отверстий, ориентированных в набегающую сторону лап, а резьб на гайке наружными и разделенными кольцевым каналом, в полость которого открыты отверстия гайки, лап и втулки, обеспечивает создание системы каналов для оттока жидкости со шламом от забоя скважины. При этом шлам по наклонным и винтовым пазам на лапах и на корпусе выносится в затрубное пространство над долотом.

Выполнение участка хвостовика, примыкающего к втулке, в виде клиновидного к оси долота и к породоразрушающему органу выступа, а на наружной поверхности втулки ответного ему паза, повышает надежность крепления хвостовика.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вид сбоку; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1.

Долото содержит корпус 1 с присоединительной резьбой 2, в пазах 3 которого размещены хвостовики 4 с шарошками 5. При этом верхние торцы хвостовиков 4 и их лапы 6 имеют упор в торцы корпуса 1. Хвостовики 4 имеют клиновидный выступ 7, взаимодействующий с ответным ему пазом на конической втулке 8. Дифференциальная гайка 9 контактирует с втулкой 8 резьбой 10, а с корпусом 1 резьбой 11, причем направление резьб одинаково, но имеется разница величин шагов этих резьб (0,25-0,5 мм). Для предотвращения развинчивания резьб между головкой 12 гайки 9 и корпусом 1 устанавливают упорную пружинную шайбу 13. Центральный канал гайки 9 выполнен в виде сопряжения конической поверхности 14 с цилиндрической поверхностью 15, затем с другой цилиндрической поверхностью 16 максимального диаметра, затем с цилиндрической поверхностью 17, диаметр которой больше, чем у поверхности 15, но меньше, чем у поверхности 16, образуя струйный эжекторный насос, у которого полость с поверхностью 17 является камерой смешивания потоков, так как является зоной пониженного давления. Она сообщена наклонно-радиальными отверстиями 18 с кольцевой выточкой 19 на наружной поверхности гайки 9 между резьбами 10 и 11. На уровне этой выточки 19 во втулке 8 и хвостовике 4 выполнены отверстия 20 и 21 соответственно. Они сообщены отверстиями 22, направленными в сторону набегающей поверхности лап 6 и забоя, с призабойной зоной долота. Отверстия 22 открыты в наклонные пазы 23 на набегающих поверхностях лап 6, сопряженные с винтовыми пазами 24 на поверхности корпуса 1. В стенке корпуса 1 на уровне отверстия 21 в хвостовике 4 выполнено отверстие с резьбой, снабженное винтом 25, служащим для дополнительного удерживания хвостовика 4 в корпусе 1. Для завинчивания гайки 9 на ее головке 12 выполнены пазы 26.

Сборку-разборку долота производят следующим образом.

На вертикально установленные хвостовики 4, сопряженные с втулкой 8 клиновидными выступами 7, надевается корпус 1 таким образом, чтобы хвостовики 4 попали в пазы 3. Затем в центральное отверстие корпуса 1 завинчивается гайка 9, под головку 12 которой установлена пружинная шайба 13. Вращением дифференциальной гайки 9 в резьбах 10 и 11 благодаря разнице величин шагов резьб происходит затяжка хвостовиков 4 втулкой 8 в пазы 3 корпуса 1. Затем завинчивают винты 25 и на бурильных трубах опускают долото на забой.

В процессе бурения при прокачивании промывочной жидкости через центральный канал гайки 9 в ее полости, образованной поверхностью 17 с максимальным диаметром, происходит падение давления жидкости, и туда по отверстиям 22, 21, 20 и 18 происходит подток жидкости из призабойной зоны, благодаря чему частицы шлама получают возможность оторваться от забоя и по наклонным пазам 23 и винтовым пазам 24 переместиться в наддолотное затрубное пространство, где они подхватываются восходящим потоком промывочной жидкости и выносятся на поверхность. Мелкие частицы шлама и песка, попадающие в основной поток жидкости, способствуют улучшению условий разрушения горных пород, слагающих забой скважины.

После подъема долота на поверхность производится его разборка в обратном указанному порядке. При этом изношенные хвостовики и лапы с шарошками заменяются на новые, вырезанные, например, из отработанных долот с неполным износом шарошек.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в том, что повышается производительность бурения благодаря улучшению условий очистки забоя от выбуренного шлама и абразивному воздействию на забой мелкими частицами шлама и песка при прокачивании промывочной жидкости через струйный эжекторный насос; повышается надежность крепления хвостовиков в корпусе долота благодаря использованию дополнительных клиновидных выступов и пазов; используются неполностью отработанные шарошки.

Использование: горная промышленность, в частности породоразрушающий инструмент для бурения скважин различного назначения. Сущность: в разборном буровом долоте гайка 9 размещена внутри корпуса 1, гайка 9 взаимодействует с корпусом 1 и с втулкой 8 резьбами 11 различного шага. Резьбы 11 расположены на наружной поверхности гайки 9, между резьбами 11 выполнена кольцевая выточка 19. Выточка 19 сообщена наклонными отверстиями 18 с полостью кольцевой расточки. Цилиндрическая поверхность 17 выполнена под конической поверхностью 14. Расточка расположена ниже выточки 19. Во втулке 8, хвостовиках 4 и корпусе 1 выполнены сквозные соосные радиальные отверстия 20, 21. Отверстия 21 перекрыты винтами 25. В лапах 6 выполнены продольные отверстия 22, сообщающие набегающую поверхность лапы 6 с полостью радиального отверстия 21. На набегающих поверхностях лап 6 и на поверхности корпуса могут быть выполнены, соответственно, наклонные 23 и винтовые 24 пазы. Пазы 23 и 24 сопряжены друг с другом. Отверстия 22 открыты в наклонные пазы 23. Участок хвостовика 4, примыкающий к втулке 8, выполнен в виде клиновидного к породоразрушающему органу выступа 7. На наружной поверхности втулки 8 имеется ответный выступу 7 паз. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. РАЗБОРНОЕ БУРОВОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус с клиновидными пазами, вмещающими хвостовики, соединенные с лапами и породоразрушающими органами, и втулку, сопряженную с хвостовиками конической поверхностью и соединенную с корпусом, расположенной снаружи корпуса гайкой с центральным каналом и двумя внутренними резьбами различного шага, отличающееся тем, что гайка размещена в корпусе и взаимодействует с корпусом и втулкой резьбами различного шага, выполненными на наружной поверхности гайки, между резьбами которой выполнена кольцевая выточка, сообщенная наклонными отверстиями с полостью кольцевой расточки цилиндрической поверхности центрального канала гайки, выполненной под конической поверхностью центрального канала и ниже наружной выточки, во втулке, хвостовиках и корпусе выполнены сквозные соосные радиальные отверстия, перекрываемые снаружи размещенными в корпусе винтами, причем в лапах выполнены продольные отверстия, сообщающие набегающую поверхность лапы с полостью радиального отверстия в хвостовике. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что на набегающих поверхностях лап и на поверхности корпуса выполнены соответственно наклонные и винтовые пазы, сопряженные друг с другом, причем продольные отверстия в лапах открыты в наклонные пазы. 3. Долото по пп.1 и 2, отличающееся тем, что участок хвостовика, примыкающий к втулке, выполнен в виде клиновидного к породоразрушающему органу выступа, а на наружной поверхности втулки имеется ответный выступу паз.