ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 1995 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к бурению скважин, точнее к конструкции буровых шарошечных долот.

Известно шарошечное долото, включающее корпус, лапы, шарошки и гидромониторные насадки в промывочных каналах, причем выходные отверстия насадок имеют круглое сечение (патент США N 4741406, 1988).

Недостатком долота является узкая направленность гидромониторной струи, резко сужающаяся область активного гидродинамического воздействия на забой и шарошки долота.

Известно шарошечное долото, содержащее корпус, лапы, шарошки, центральный и боковые промывочные каналы (а.с. СССР N 1465531, кл. Е 21 В 10/18, 1987).

Недостатком долота является сильное взаимопогашение гидродинамической энергии интерферирующих струй жидкости, истекающих из насадок.

Известно также шарошечное долото, включающее корпус, лапы, шарошки и оснащенные насадками боковые промывочные каналы между шарошками (а.с. СССР N 1714072, кл. Е 21 В 10/18, 1989). Недостатки долота заключаются в следующем. При работе долота в породах, содержащих глинистые разности, происходит их разбухание, повышается липкость. При этом чем больше в породе таких пород, тем интенсивнее процесс липкости с резким повышением адгезионной способности. Порода наматывается на шарошки, зубья шарошки скрываются под слоем прилипшей уплотнившейся породы, шарошка превращается в гладкий каток, неспособный выбуривать породу. В известной конструкции это отрицательное явление не учитывается, в связи с чем эффективность работы известного шарошечного долота понижается.

Целью изобретения является повышение эффективности работы долота.

Цель достигается тем, что в известном шарошечном долоте, включающем корпус, лапы, шарошки и оснащенные насадками боковые промывочные каналы между шарошками, каждая боковая насадка выполнена с двумя щелевыми отверстиями, одно из которых направлено к нижней части поверхности противолежащей шарошки по ходу вращения долота, а другое щелевидное отверстие направлено под соседнюю шарошку параллельно образующей ее поверхности против вращения долота, причем с увеличением склонности к сальникообразованию предназначенной к разбуриванию породы ширина первой щели увеличивается, а второй уменьшается.

Выполнение каждой боковой насадки с двумя отверстиями позволяет охватить оптимальным гидродинамическим воздействием каждую шарошку несмотря на отсутствие центрального промывочного канала в долоте.

Выполнение обоих отверстий в насадке щелевыми обеспечивает охват нужным видом гидровоздействия всю протяженность забоя по диаметру и поверхность шарошки от вершины до основания. Направление одной из щелей боковой насадки по образующей к нижней части поверхности противолежащей шарошки по ходу вращения долота обеспечивает смыв налипающей на шарошки сальникообразующей выбуриваемой породы и ее транспортировку с отраженной плоской струей к стенке скважины, а далее вверх из призабойной зоны скважины.

Направление второго щелевидного отверстия под соседнюю шарошку параллельно образующей поверхности против вращения долота обеспечивает снос из под шарошки остатков выбуренной породы с переносом ее также к стенке скважины, где оба потока сливаются и, образуя один мощный поток, выносят породу вверх из призабойной зоны. Этим предотвращается ее повторное перемалывание с бесполезной затратой энергии, а также исключается превращение шарошек в гладкий поток. В результате увеличивается механическая скорость бурения и проходка на долото.

В долоте предусмотрено также такое конструктивное решение, как увеличение ширины щели, направленной по образующей к нижней части поверхности противолежащей шарошки по ходу вращения долота, по мере увеличения склонности к сальникообразованию предназначенных к разбуриванию пород с соответственным уменьшением ширины второй щели насадки (при неизменной суммарной площади щелей). Такое решение позволяет сохранять высокую эффективность работы долота по всей глубине разбуриваемого разреза путем его дифференциации по содержанию пород, склонных к сальникообразованию.

На фиг.1 показана схема бурового шарошечного долота, вид снизу; на фиг.2 боковая насадка; на фиг.3 вид А на фиг.1; на фиг.4 направление гидродинамического воздействия щелевых струй, выходящих из щелевых отверстий насадки; на фиг.5 фрагмент симметричной гидродинамической картины в призабойной зоне.

Шарошечное долото включает прикрепленные к корпусу шарошки 1, боковые насадки 2, каждая из которых выполнена с двумя щелевыми отверстиями, одно из которых (отверстие 3) направлено по образующей 4 к нижней части поверхности противолежащей шарошки по ходу вращения долота, а другое щелевидное отверстие 5 под соседнюю шарошку параллельно образующей ее поверхности 6. Гидродинамические процессы происходят в призабойной зоне скважины, ограниченной цилиндрической стенкой 7.

Шарошечное долото работает следующим образом.

При вращении под нагрузкой шарошки 1 долота перекатываются по забою; вооружение шарошек внедряется в породу. Глиносодержащие разности разбуриваемой породы в жидкостной среде промывочной жидкости разбухают, приобретают липкость, что сопровождается адгезией породы к поверхности шарошек. Прилипшая к поверхности шарошек порода попадает под мощное смывающее воздействие щелевой струи, большей из щели насадки 2; порода, смытая с образующей 4 поверхности шарошки, вместе с отраженной струей жидкости устремляется по поверхности забоя к периферии скважины (стенке 7) и далее вверх. Таким образом щель (отверстие 3) предотвращает возможность зашламления внутренней полости долота и превращения шарошки 1 в гладкий каток, обеспечивая одновременно отброс шлама с отраженной струей жидкости в подъемное пространство призабойной зоны скважины (стенки 7). Второе щелевидное отверстие 5, направленное под соседнюю шарошку, параллельно образующей поверхности 6 ее поверхности против вращения долота, обеспечивает вынос остатков выбуренной породы с поверхности забоя с переносом ее также по забою к стенке 7 скважины, где потоки от обеих щелей сливаются, образуя единый восходящий поток, транспортирующей выбуренную породу из призабойной зоны.

Поскольку суммарная площадь щелей каждой насадки постоянна и рассчитана на заданную производительность насоса, то для перераспределения интенсивности потоков между отверстиями 3 и 5 изменяют ширину щелей при неизменной суммарной площади щелей. Такое перераспределение производят в зависимости от того, какая порода подлежит разбуриванию. При увеличении склонности породы к сальникообразованию увеличивают ширину отверстия 3, соответственно уменьшая ширину отверстия 5.

Предлагаемое долото имеет простую и эффективную конструкцию, обеспечивая повышение показателей бурения всех известных типов породы.

Использование: бурение скважин, а именно конструкции буровых шарошечных долот. В шарошечном долоте отверстия в насадках выполнены щелевыми. Отверстие, расположенное от осевой плоскости по ходу вращения долота, направлено под шарошку. Отверстие, расположенное от осевой плоскости в сторону, противоположную вращению долота, направлено на контур меридианального сечения к нижней полки шарошки. 5 ил.

ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, включающее корпус, лапы, шарошки и боковые насадки с направленными внутрь долота отверстиями, расположенными в донной части каждой насадки, одного из которых размещено по одну сторону от осевой плоскости, проведенной через оси долота и насадки, со стороны ближайшей шарошки в сторону вращения долота, а другое по другую сторону от осевой плоскости со стороны ближайшей шарошки, в сторону, противоположную вращению долота, отличающееся тем, что отверстия выполнены целевыми, причем расположенное от осевой плоскости по ходу вращения долота направлено под шарошку, а расположенное от осевой плоскости в сторону, противоположную вращению долота, направлено на контур меридианального сечения к нижней половине шарошки.