ДОЛОТО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21B10/46 E21B10/60 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения скважин с промывкой лопастными долотами.

Известно долото для вращательного бурения скважин с промывкой, содержащее корпус и лопасти, выполненные с впадинами на режущей части и снабженные промывочными щелевидными каналами, выходящими на торцовые плоскости впадин [1]
Недостатками такого долота являются глубокое проникновение режущих элементов в грунт и отсутствие охлаждения и очистки каждого режущего элемента, что приводит к их преждевременному износу.

Наиболее близким к предлагаемому является долото для вращательного бурения, содержащее корпус с центральным промывочным каналом, жестко закрепленные на корпусе двухступенчатые в поперечном сечении лопасти с опережающей передней по ходу вращения долота ступенью, армированной износостойкими вставками, установленными заподлицо с ее торцовой поверхностью, и отстающей задней ступенью, торцовая поверхность которой армирована породоразрушающими вставками с режущими кромками, опережающими торцовую поверхность передней ступени, выполненные на торцах лопастей между ступенями продольные промывочные пазы [2]
Однако такое долото не позволяет обеспечить эффективное охлаждение и очистку породоразрушающих вставок с режущими кромками потоком промывочной жидкости из-за неравномерного их охлаждения в радиальном направлении.

Целью изобретения является повышение работоспособности долота, за счет обеспечения эффективного охлаждения породоразрушающих вставок в радиальном направлении путем равномерного распределения количества и скорости промывочной жидкости, поступающей между ними.

Цель достигается тем, что в отличие от известного долота для вращательного бурения, содержащем корпус с центральным промывочным каналом, жестко закрепленные на корпусе двухступенчатые в поперечном сечении лопасти с опережающей передней по ходу вращения долота ступенью, армированной износостойкими вставками, установленными заподлицо с ее торцовой поверхностью, и отстающей задней ступенью, торцовая поверхность которой армирована породоразрушающими вставками с режущими кромками, опережающими торцовую поверхность передней ступени, выполненные на торцах лопастей между ступенями продольные промывочные пазы, в предлагаемом решении величина отставания торцовой поверхности задней ступени от аналогичной поверхности передней ступени лопасти увеличивается от центра к периферии долота. При этом торцовая поверхность задней ступени лопасти может быть выполнена в виде параболы, ступенчатой или наклонной относительно торцовой поверхности передней ступени лопасти.

На фиг.1 изображено долото для вращательного бурения, вид снизу; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3-5 разрезы Б-Б на фиг.1 (варианты выполнения лопастей долота).

Долото для вращательного бурения содержит корпус 1 со ступенчатыми лопастями 2, состоящими из двух частей 3, 4, разделенных продольным промывочным пазом 5. Передняя по ходу вращения долота часть 3 армирована износостойкими вставками 6 и расположена ниже задней части 4 лопасти, выполненной с промывочными пазами 7, режущими элементами 8, вершины которых расположены ниже и параллельно торцовой поверхности передней части 3 лопасти долота. Части 3, 4 лопасти расположены на разной высоте так, чтобы величина вертикального зазора между ними увеличивалась от центра долота к периферии. При этом возможны различные варианты выполнения торцовой поверхности задней части 4 лопасти. Она может быть выполнена наклонной 9 по отношению к торцовой поверхности передней части 3 лопасти (фиг.2), в виде параболы 10 (фиг.4) или иметь ступенчатую форму 11 (фиг.5). Величина вертикального зазора между торцовыми поверхностями обеих частей лопасти в радиальном направлении определяется в каждом конкретном случае расчетным путем, исходя из прочности режущих элементов, определенного расхода и скорости промывочной жидкости, проходящей через пазы между режущими элементами. Продольный промывочный паз 5 соединен с центральным промывочным каналом 12 и промывочным каналом уменьшенного сечения, выполненным на боковой поверхности долота.

Долото работает следующим образом.

Вращение от бурильной колонны передается на корпус 1 долота и лопасти 2. Под действием осевой нагрузки от веса разгруженной на забой части бурильной колонны передние части 3 лопастей износостойкими вставками 6 формируют забой скважины, а резцы (элементы 8), закрепленные на торцовой поверхности задних частей 4 лопастей, врезаются в забой, обеспечивая углубление скважины. Промывочная жидкость поступает на забой по центральному промывочному каналу 12, далее движется по продольным пазам 5 лопастей в радиальном направлении. Часть промывочной жидкости на забое меняет направление движения на окружное, проходя через пазы 7, очищая и охлаждая резцы (элементы 8), и выходит в вертикальные каналы, образованные лопастями, корпусом долота и стенками скважины. Другая часть промывочной жидкости из продольных пазов 5 поступает в вертикальные промывочные каналы уменьшенного сечения, очищая и охлаждая износостойкие вставки, расположенные на боковой калибрующий ствол скважины поверхности долота (не показаны).

Различные варианты формы выполнения торцовой поверхности лопастей (фиг. 3, 4, 5) обеспечивают равномерное охлаждение резцов потоком промывочной жидкости, проходящей через пазы, за счет перераспределения объемных расходов жидкости через пазы пропорционально степени нагрева резцов в процессе бурения скважины.

Использование: бурение скважин различного назначения вращательным способом. Сущность изобретения: долото содержит корпус с центральным промывочным каналом и двухступенчатые в поперечном сечении лопасти. Передняя по ходу вращения ступень лопасти выполнена опережающей, а задняя отстающей. Торцовая поверхность передней ступени лопасти армирована износостойкими вставками, установленными заподлицо с этой поверхностью. Торцовая поверхность задней ступени лопасти оснащена породоразрушающими вставками, режущие кромки которых опережают торцовую поверхность передней ступени. Величина отставания торцовой поверхности задней ступени от аналогичной поверхности передней ступени лопасти увеличивается от центра к периферии долота. Торцовая поверхность задней ступени лопасти может быть выполнена в виде параболы, наклоненной относительно торцовой поверхности передней ступени лопасти или ступенчатой. Лопасти образуют основные шламоотводящие пазы долота. На торцах лопастей между ступенями выполнены дополнительные шламоотводящие пазы. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ДОЛОТО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ, содержащее корпус с центральным промывочным каналом, жестко закрепленные на корпусе двухступенчатые в поперечном сечении лопасти с опережающей передней по ходу вращения долота ступенью, армированной износостойкими вставками, установленными заподлицо с ее торцевой поверхностью, и отстающей задней ступенью, торцевая поверхность которой армирована породоразрушающими вставками с режущими кромками, опережающими торцевую поверхность передней ступени, образованные лопастями основные шламоотводящие пазы и выполненные на торцах лопастей между ступенями дополнительные продольные шламоотводящие пазы, отличающееся тем, что, с целью повышения работоспособности долота, величина отставания торцевой поверхности задней ступени от аналогичной поверхности передней ступени лопасти увеличивается от центра к периферии долота. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что торцевая поверхность задней ступени лопасти выполнена в виде параболы. 3. Долото по п.1, отличающееся тем, что торцевая поверхность задней ступени лопасти выполнена наклонной относительно торцовой поверхности передней ступени лопасти. 4. Долото по п.1, отличающееся тем, что торцевая поверхность задней ступени лопасти выполнена ступенчатой.