КОМПЛЕКТ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1995 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при проходке неглубоких скважин буровыми станками при ведении горных и строительных работ.

Известен комплект бурового инструмента, включающий долото, соединенное со стабилизатором. Известный комплект обеспечивает стабилизацию долота в забое, однако при очистке забоя воздушно-водяной смесью в продувочные каналы опор долота попадает вода, что уменьшает срок службы долота.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является комплект бурового инструмента, включающий шарошечное долото, наддолотник со стабилизирующими ребрами и каналами, связывающими его внутреннюю полость с затрубным пространством, штангу, соединенную с наддолотником [1]
Этот комплект бурового инструмента позволяет перераспределить продувочную смесь в призабойном пространстве скважины для уменьшения эрозионного износа долота. Однако в этом устройстве при очистке забоя воздушно-водяной смесью в продувочные каналы опор долота также попадает вода, что уменьшает срок службы долота.

Задачей изобретения является улучшение параметров аэродинамических процессов в призабойном пространстве за счет уменьшения степени насыщения продувочной смеси водой, что повышает скорость истечения продувочной смеси в затрубном пространстве и увеличивает стойкость инструмента и скорость бурения.

Для решения поставленной задачи в комплекте бурового инструмента, содержащем шарошечное долото, наддолотник со стабилизирующими винтообразными ребрами и каналами, связывающими его внутреннюю полость с затрубным пространством, штангу, соединенную с наддолотником, наддолотник снабжен втулкой, установленной в верхней его части и выполненной в виде стакана, днище которого имеет центральное отверстие с ограничивающим кольцевым буртом, при этом нижняя часть полости втулки соединена через каналы с затрубным пространством, а также распределителем продувочной смеси, установленным в нижней части наддолотника и выполненным в виде подвижного в осевом направлении патрубка, входящего в сопло долота и имеющего отверстия, сообщающие его внутреннюю полость с продувочными каналами в лапах долота и смазочными полостями подшипников долота, при этом проходное сечение втулки выполнено регулируемым посредством, например, калиброванных вкладышей. Наличие в наддолотнике втулки, выполненной в виде стакана, днище которого имеет центральное отверстие с ограничивающим кольцевым буртом и сообщение нижней части полости втулки через каналы с затрубным пространством позволяет в процессе работы комплекта сегрегировать воздушно-водяной поток, в результате чего водная часть смеси выделяется на внутренних стенках втулки и собирается на ее днище, после чего по каналам поступает в затрубное пространство. Таким образом, большая часть воды воздушно-водяной смеси поступает в затрубное пространство, минуя забой.

Распределитель продувочной смеси, установленный в нижней части наддолотника и выполненный в виде подвижного в осевом направлении патрубка с отверстиями, сообщающими его внутреннюю полость с продувочными каналами в лапах долота, позволяет распределить оставшуюся часть воды в продувочной смеси в соотношениях между каналами в лапах долота и призабойным пространством, достаточных для охлаждения лап долота и минимального смачивания забоя, что уменьшает абразивный износ долота. Следовательно, все отличительные признаки изобретения взаимосвязаны между собой и только их совокупность обеспечивает достижение поставленной задачи.

На чертеже показана конструкция комплекта бурового инструмента.

Комплект состоит из шарошечного долота, включающего лапы 1 с шарошками 2 и продувочными каналами 3, сопло 4 и подшипники 5, наддолотника 6 со стабилизирующими винтообразными ребрами 7 и штангу 8, соединенную с наддолотником. Внутри верхней части наддолотника установлена втулка 9, закрепленная кольцом 10 и выполненная в виде стакана, днище которого имеет центральное отверстие с ограничивающим кольцевым буртом. Бурт втулки снабжен калиброванными вкладышами 11, закрепляемыми кольцом 12. Нижняя часть полости втулки 9 сообщена с затрубным пространством каналами 13, на выходе которых установлены направляющие насадки 14. При этом каналы 13 размещены между ребрами 7. В нижней части наддолотника 6 установлен распределитель продувочной смеси, выполненный в виде подвижного в осевом направлении патрубка 15, входящего в сопло 4 долота и имеющего отверстия 16, сообщающие его внутреннюю полость с продувочными каналами 3 в лапах долота и смазочными полостями подшипников 5 долота. При этом патрубок 15 свинчен с резьбовой шайбой 17, закрепленной в наддолотнике 6 кольцом 18, и положение его в осевом направлении регулируется посредством гайки 19.

Устройство работает следующим образом. В полость штанги 8 подают под давлением воздушно-водяную смесь, которая затем поступает в верхнюю часть наддолотника 6 со втулкой 9. В процессе вращения комплекта бурового инструмента во втулке происходит сегрегация большей части воды из воздушно-водяного потока на стенках втулки с последующим сбором ее на дне втулки. Эта вода с частью воздуха выносится через каналы 13 в затрубное пространство в заданном направлении посредством насадок 14. В результате этого обедненная воздушно-водяная смесь поступает через центральное отверстие втулки в среднюю часть наддолотника 6, а затем на распределитель, который одну часть потока направляет через патрубок 15 в сопло 4 и на забой, а другую часть через периферийные отверстия 16 в продувочные каналы 3 для охлаждения подшипниковых узлов 5 и поддержания избыточного давления в смазочных полостях долота.

В зависимости от свойств буримой породы и конструкции долота, а также режимов бурения, изменяя положение патрубка 15 в сопле 4 регулируют соотношение потоков в сопле и продувочных каналах долота. Соотношение потоков между втулкой 9 и распределителем изменяют установкой калиброванных вкладышей 11. Обедненный поток воздушно-водяной смеси из сопла 4 долота поступает на забой, минимально смачивая его, выносит буровую мелочь вверх в затрубное пространство. Воздушно-водяной поток с буровой мелочью, дойдя до винтовых ребер 7, захватывается ими и далее поднимается до насадок 14, вода из которых дополнительно смачивает воздушно-водяную смесь с буровой мелочью, а винтообразные ребра 7 интенсивно закручивают этот поток. В результате этого между винтовых ребер 7 в зоне насадок 14 образуется воздушно-водяной затвор, предотвращающий падение буровой мелочи вновь на забой и ее вторичное дробление. После прохождения ребер 7 смесь выносится к устью скважины.

Предлагаемый комплект бурового инструмента обеспечивает обезвоживание воздушно-водяного потока, подаваемого на распределитель, продувочной смеси на 80% по результатам проведения экспериментов. После прохождения обедненного потока через распределитель на забой поступает 10% воды и 10% в охлаждающие каналы в лапах долота. Согласно ранее полученным данным, при указанном соотношении воды стойкость долот возрастает на 31-58% а скорость бурения на 19-21%

Использование: буровая техника и при проходке неглубоких скважин буровыми станками при ведении горных и строительных работ. Сущность: в комплекте бурового инструмента наддолотник 6 имеет втулку 9, установленную в верхней части наддолотника 6.Втулка 9 выполнена в виде стакана, днище которого имеет центральное отверстие с ограничительным кольцевым буртом. Нижняя часть полости втулки 9 соединена через каналы 13 с затрубным пространством. Имеется распределитель продувочной смеси, установленный в нижней части наддолотника 6 с возможностью осевого перемещения и выполненный в виде патрубка 15. Патрубок 15 входит в сопло долота и имеет отверстия 16, сообщающие внутреннюю полость патрубка 15 через продувочные каналы 3 со смазочными полостями подшипников 5 долота. Проходное сечение втулки 9 может регулироваться посредством, например, калиброванных вкладышей 11. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. КОМПЛЕКТ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА, содержащий шарошечное долото, наддолотник со стабилизирующими винтообразными ребрами и каналами, связывающими его внутреннюю полость с затрубным пространством, штангу, соединенную с наддолотником, отличающийся тем, что наддолотник снабжен втулкой, установленной в верхней его части и выполненной в виде стакана, днище которого имеет центральное отверстие с ограничивающим кольцевым буртом, при этом нижняя часть полости втулки соединена через каналы с затрубным пространством, а также распределителем продувочной смеси, установленным в нижней части наддолотника с возможностью осевого перемещения и выполненным в виде патрубка, входящего в сопло долота и имеющего отверстия, сообщающие внутреннюю полость патрубка через продувочные каналы, выполненные в лапах долота, со смазочными полостями подшипников долота. 2. Комплект по п.1, отличающийся тем, что проходное сечение втулки выполнено регулируемым посредством, например, калиброванных вкладышей.