БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 1995 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к долотостроению и может найти применение в буровых долотах с фрезерованным, литым, штампованным и штыревым вооружением, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известно буровое долото, содержащее корпус с установленными на нем шарошками, имеющими вооружение в виде венцов зубьев, причем зубья выполнены симметричными относительно своей оси и установлены без наклона относительно радиуса наружной окружности венцов.

Недостатком такого долота является малая эффективность вооружения, вызванная тем, что углы установки зубьев на венцах не соответствуют оптимальным значениям.

Известно также буровое шарошечное долото, принятое за прототип и содержащее корпус и установленные на нем шарошки с ведущими и ведомыми венцами и расположенные на венцах симметричные относительно радиуса венца зубья и зубья, касательная к линии симметрии каждого из которых, проведенная в точке встречи ее с наружной окружностью венца, выполнена с наклоном относительно радиуса этой окружности.

Недостатком вооружения такого типа является то, что направление наклона зубьев не соответствует кинематике работы вооружения, наклон выполнен не в нужную сторону и зуб взаимодействует с породой забоя не предназначенной для этого стороной, например внутренней стороной "черпака", а задней, тыльной стороной, при этом значительно уменьшается эффективность поражения забоя и, следовательно, скорость бурения.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности поражения забоя путем оптимизации кинематики воздействия каждого из венцов зубьев с породой забоя для максимального использования эффекта "черпака".

Для решения поставленной задачи в буровом шарошечном долоте, содержащем корпус и установленные на нем шарошки с ведущими и ведомыми венцами и расположенные на венцах симметричные относительно радиуса венца зубья и зубья, касательная к линии симметрии каждого из которых, проведенная в точке встречи ее с наружной окружностью венца, выполнена с наклоном относительно радиуса этой окружности, симметрично относительно радиуса установлены зубья ведущего венца, а зубья, имеющие наклон линии симметрии, установлены на ведомых венцах, при этом на зубьях ведомых венцов, расположенных от ведущего венца к вершине шарошки, наклон касательной направлен в сторону вращения шарошки, а на венцах, размещенных в периферии, в сторону, противоположную вращению.

Технический результат эффективность долот с новым вооружением достигается за счет улучшенного отделения породы от массива забоя. При этом увеличиваются механическая скорость бурения и проходка.

На фиг. 1 показано долото, вид снизу (со стороны шарошек); на фиг.2 показана схема взаимодействия зубьев различных венцов шарошек с породой забоя (траектории движения зубьев различных венцов); на фиг.3 шарошка, вид на ее вершину; на фиг.4 представлен узел I на фиг.3 конструкция зуба ведущего венца; на фиг.5 узел II на фиг.3 конструкция зуба вершинного венца; на фиг.6 узел III на фиг.3 конструкция зуба периферийного венца; на фиг.7 зубок ведущего венца при штыревом вооружении долота; на фиг.8 показаны конструкция и ориентация зубка вершинного венца при штыревом вооружении долота "черпакообразный" зубок; на фиг. 9 конструкция и ориентация зубка периферийного венца при штыревом вооружении долота "черпакообразный" зубок; на фиг. 10 использование симметричного зубка для реализации наклона рабочей поверхности против вращения (вершинный венец); на фиг.11 способ установки симметричного зубка периферийного венца.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 и установленные на нем шарошки 2 с вооружением 3 в виде ведущих 4 и ведомых 5 и 6 венцов с симметричными относительно радиуса 7 венца 4 зубьями 8 и зубьями 9 и 10, установленными так, что касательная 11 к линии 12 симметрии каждого из них, проведенная в точке встречи ее с наружной окружностью 13 венца 5 или 6, выполнена с наклоном относительно радиуса 14 этой окружности.

В долоте симметрично относительно радиуса 7 установлены зубья 8 ведущего венца 4, т. е. линия симметрии этих зубьев совпадает с радиусом окружности венца, а зубья 9 и 10, имеющие наклон линии 12 симметрии, установлены на ведомых 5 и 6 венцах, при этом на зубьях 9 венцов 5, расположенных от ведущего венца 4 к вершине 15 шарошки 2, наклон касательной 11 направлен в сторону вращения шарошки, а на венцах 6, размещенных к периферии, в сторону, противоположную вращению.

Вооружение 3 может быть как фрезерованного (штампованного, литого и других типов), так и штыревого (с впрессовываемыми зубками) самых различных типов. На фиг.8 и 9 показаны способ установки зубков "черпакообразного" типа само тело зубка устанавливается по радиусу окружности венца, а его изогнутая головка таким образом, чтобы касательная к линии симметрии была наклонена относительно радиуса в ту или иную сторону.

Долото на венцах 5 и 6 может иметь и симметричные зубки, но в этом случае они должны быть установлены под углом к радиусу окружности (фиг.10 и 11). При такой установке зубков так же, как и во всех случаях использования симметричного вооружения, как, например, на фиг.3-6, линия симметрии совпадает с касательной к этой линии.

Работает долото следующим образом.

Долото опускается на забой скважины, ему придается вращение, шарошки перекатываются по забою, при этом зубья ведущих венцов, перекатываясь по забою без скольжения, нарушают целостность породы и, вдавливаясь в нее, производят скалывающее действие. Зубья венцов, размещенных на периферийных и вершинных участках шарошки, совершают сложное движение перекатывание со скольжением. При этом направление скольжения вершинных венцов противоположно направлению скольжения зубьев периферийных венцов.

При выполнении зубьев с наклоном или при использовании "черпакообразных" зубьев с изогнутой линией симметрии, в которых направление скольжения совпадает с его наклоном, зуб взаимодействует с породой не только своей вершиной, но и своей передней поверхностью (или внутренней поверхностью "черпака"). При этом зубья этих венцов своей вершиной нарушают монолитность породы, а рабочая передняя поверхность сдвигает и отделяет куски породы от массива.

Выполнение зубьев наклонными способствует наилучшему отделению породы. Особенно эффективно такое выполнение зубьев при бурении вязких и эластичных пород, где обычное однократное внедрение зубьев в породу не вызывает отделение частиц породы.

Промышленная применимость обеспечивается тем, что при их изготовлении не усложняется технология изготовления, конструкция долот практически остается на уровне базовых (прототипа).

Использование: в дотостроении, в частности в буровых долотах с фрезерованным, литым, штампованным и штыревым вооружением, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин. Сущность: в буровом шарошечном долоте зубья 8 расположены симметрично относительно радиуса 7. Зубья 9,10 установлены на венцах 5 и 6. На зубьях 9 наклон касательной направлен в сторону вращения шарошки. На зубьях 10 наклон касательной направлен в сторону, противоположную вращению. 11 ил.

БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус и установленные на корпусе шарошки с ведущими и ведомыми венцами и расположенные на венцах симметрично относительно радиуса венца зубья и зубья, касательная к линии симметрии каждого из которых, проведенная в точке встречи ее с наружной окружностью венца, выполнена с наклоном относительно радиуса этой окружности, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности поражения забоя путем оптимизации кинематики воздействия каждого из венцов зубьев с породой забоя для максимального использования эффекта "черпака", симметрично относительно радиуса установлены зубья ведущего венца, а зубья, имеющие наклон линии симметрии, установлены на ведомых венцах, при этом на зубьях ведомых венцов, расположенных от ведущего венца к вершине шарошки, наклон касательной направлен в сторону вращения шарошки, а на венцах, размещенных к периферии в сторону, противоположную вращению.