ДИСКОВОЕ БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1996 года по МПК E21B10/12 

Изобретение используется в горной промышленности, в частности в бурильных головках для бурения скважин.

Известно дисковое буровое долото, содержащее корпус с резьбовой частью и со средством крепления к приводу. К нижней части корпуса закреплены круглые диски с возможностью вращения с породоразрушающими элементами. Оси вращения дисков могут быть расположены под острым углом к оси корпуса с вершиной, обращенной от забоя скважины. Нижняя точка пересечения окружности, образованной вершинами породоразрушающих элементов, и вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения диска, удалена по радиусу от оси вращения корпуса. Недостатком известного устройства является то, что при бурении скважина получается неправильной геометрической формы в поперечном и в продольном сечениях.

Наиболее близким является дисковое буровое долото, содержащее корпус с резьбовой частью и со средствами крепления к приводу и с одним или более продольными каналами для промывочной жидкости или воздуха под давлением. На нижней части корпуса смонтирован, по меньшей мере, один круглый диск с возможностью вращения и имеющий породоразрушающие элементы, расположенные в виде венцов, ось вращения диска смещена против направления вращения корпуса параллельно плоскости, в которой расположена ось вращения диска. Ось вращения диска образует с осью вращения корпуса острый угол с вершиной, обращенной от забоя скважины. Нижняя точка пересечения окружности, образованной вершинами породоразрушающих элементов, и вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения диска, удалена по радиусу от оси вращения корпуса. Недостатками известного устройства являются образование скважины с неправильной геометрией в поперечном и продольном направлениях, а также бурение с повышенной осевой нагрузкой, что приводит к ускоренному износу инструмента и уменьшению скорости проходки.

Технической задачей изобретения является создание бурильного устройства, работающего с небольшим осевым давлением, а также образование скважины с правильными геометрическими характеристиками. За счет использования предпочтительно трех отрезных элементов или дисков, свободно установленных на буровом долоте, обеспечить удаление больших кусков породы.

Техническая задача решается тем, что в дисковом буровом долоте, содержащем корпус с резьбовой частью и средством крепления к приводу и с одним или более продольными каналами для промывочной жидкости или воздуха под давлением, по меньшей мере, один круглый диск, смонтированный на нижней части корпуса с возможностью вращения и имеющий породоразрушающие элементы, расположенные в виде венцов, ось вращения диска смещена против направления вращения корпуса параллельно плоскости, в которой расположена ось вращения диска, и образует с осью вращения корпуса острый угол с вершиной, образованной от забоя скважины, а нижняя точка пересечения окружности, образованной вершинами породоразрушающих элементов, и вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения диска, удалена по радиусу от оси вращения корпуса, согласно изобретению, установлено кольцо с калибрующими элементами на верхней части корпуса, а острый угол между осями вращения диска и корпуса составляет 55-65^о. В частных формах выполнения долото породоразрушающие элементы расположены на диске в виде, по крайней мере, трех венцов, один из которых расположен на поверхности диска, обращенной к корпусе долота, а два других на поверхности диска, обращенной к забою скважины. Величина смещения оси вращения каждого из режущих дисков может составлять 0,8-25,4 мм. Поверхность диска, обращенная к забою скважины, может быть плоской или вогнутой, или выпуклой. Верхняя часть корпуса может иметь многоугольное поперечное сечение. Диски разных диаметров могут быть установлены на разных расстояниях от нижней точки корпуса под одинаковым острым углом к оси вращения корпуса.

Технический результат выражается в работе долота со сниженным осевым давлением и разрушении породы большими фракциями, а также получение скважины с правильными геометрическими характеpистиками.

На фиг.1 показано дисковое буровое долото, у которого ось диска смещена в противоположную сторону вращения долота; на фиг.2 то же, со смещенным диском в сторону вращения долота; на фиг.3 то же, с тремя отрезными дисками, вид в изометрии; на фиг.4 то же, с кольцом, оснащенным калибрующими элементами, вид в изометрии; на фиг.5 вид снизу на фиг.3; на фиг.6 вид снизу на фиг. 3, оси вращения дисков смещены в сторону вращения долота; на фиг.7 дисковое буровое долото со смещенными осями вращения в противоположную сторону вращения долота, вид в изометрии; на фиг.8 вид снизу на фиг.7; на фиг.9 вид справа на фиг.2; на фиг.10 схематический вид дискового бурового долота для скважин большого диаметра.

Дисковое буровое долото включает корпус 1 с резьбовой частью и со средством крепления 2 к приводу. В корпусе 1 имеются один или более продольные каналы 3 для промывочной жидкости или воздуха под давлением. На нижней части корпуса 1 смонтирован круглый диск 4 с возможностью вращения. Дисков 4 может быть два и более. Диски 4 оснащены породоразрушающими элементами 5, расположенными венцами. Венцов, по крайней мере, может быть три. Венец 6 расположен на поверхности, обращенной к корпусу 1. Венцы 7 и 8 расположены на поверхности, обращенной к забою скважины. Диски 4 могут иметь поверхность, обращенную к забою, плоской или вогнутой, или выпуклой. Оси вращения дисков 4 смещены против направления вращения корпуса 1 параллельно плоскости, в которой оси расположены. Величина смещения осей каждого из дисков 4 может составлять 0,8-25,4 мм. Оси вращения дисков 4 образуют с осью вращения корпуса 1 острый угол, вершина которого обращена от забоя скважины. Этот угол может находиться в пределах 55-65^о. Нижняя точка пересечения окружности, образованной вершинами породоразрушающих элементов 5, и вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения каждого диска 4, удалена по радиусу от оси вращения корпуса 1. Верхняя часть корпуса 1 может иметь многоугольное поперечное сечение 9. На верхней части корпуса 9 имеется кольцо 10 с калибрующими элементами 11. Диски 4 могут быть разных размеров и установлены на разных расстояниях от нижней точки корпуса 1 и под одинаковыми острыми углами к оси вращения корпуса 1.

При работе дискового бурового долота промывочная жидкость или воздух под давлением поступают на забой через каналы 3. Диски 4 срезают породу без оказания давления на нее. Это приводит к разрушению породы. Смещенные оси вращения дисков 4 против направления вращения корпуса 1 параллельно плоскости, в которой расположены эти оси, приводит долото в неуравновешенное положение. При работе диски стремятся к равновесному положению путем проникновения в породу и ее срезания. Элементы 5, расположенные на венцах 6, разрушают центральную часть скважины и выходят из контакта с породой раньше, чем элементы 5 на венцах 7 и 8. В результате внутреннее боковое давление внезапно прекращает свое действие, а внешнее боковое давление увеличивается. Образуется скручивающая сила, направленная внутрь долота. Энергия скручивания увеличивается при проникновении элементов 5 в породу, что способствует разрушению породы большими фракциями. Кольцо 10 с элементами 11 обеспечивают постоянство диаметра скважины и уменьшают отклонение оси долота от вертикали. Долото с дисками 4 разных диаметров, установленных на разных расстояниях от нижней точки корпуса 1 под одинаковыми острыми углами к оси вращения корпуса 1, образует скважину большого диаметра.

Использование: горная промышленность, в частности бурильные головки для бурения скважин. Сущность: в дисковом буровом долоте имеется кольцо с калибрующими элементами. Кольцо установлено в верхней части корпуса. Острый угол между осями вращения диска и корпуса составляет 55-65^o. Породоразрушающие элементы на дисках могут быть расположены в виде, по крайней мере, трех венцов. Один из венцов расположен на поверхности, обращенной к корпусу долота, а два других - на поверхности, обращенной к забою скважины. Величина смещения оси вращения каждого из режущих дисков может составлять 0,8-25,4мм. Поверхность диска, обращенная к забою скважины, может быть выполнена плоской или вогнутой, или выпуклой. Верхняя часть корпуса может иметь многоугольное поперечное сечение. Диски разных диаметров могут быть установлены на разных расстояниях от нижней точки корпуса под одинаковым острым углом к оси вращения корпуса. 7 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. ДИСКОВОЕ БУРОВОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус с резьбовой часть, и со средством крепления к приводу и с одним или более продольными каналами для промывочной жидкости или воздуха под давлением, по меньшей мере один круглый диск, смонтированный на нижней части корпуса с возможностью вращения и имеющий породоразрушающие элементы, расположенные в виде венцов, ось вращения диска смещена против направления вращения корпуса параллельно плоскости, в которой расположена ось вращения диска, и образует с осью вращения корпуса острый угол с вершиной, обращенной от забоя скважины, а нижняя точка пересечения окружности, образованной вершинами породоразрушающих элементов и вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения диска, удалена по радиусу от оси вращения корпуса, отличающееся тем, что оно снабжено кольцом с калибрующими элементами, установленным на верхней части корпуса, а острый угол между осями вращения диска и корпуса составляет 55-65^o. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что породоразрушающие элементы расположены на диске в виде по крайней мере трех венцов, один из которых расположен на поверхности диска, обращенной к корпусу долота, а два других - на поверхности диска, обращенной к забою скважины. 3. Долото по п.1, отличающееся тем, что величина смещения оси вращения каждого из режущих дисков составляет 0,8-25,4 мм. 4. Долото по п.1, отличающееся тем, что поверхность диска, обращенная к забою скважины, выполнена плоской. 5. Долото по п.1, отличающееся тем, что поверхность диска, обращенная к забою скважины, выполнена вогнутой. 6. Долото по п.1, отличающееся тем, что поверхность диска, обращенная к забою скважины, выполнена выпуклой. 7. Долото по п.1, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса имеет многоугольное поперечное сечение. 8. Долото по п. 1, отличающееся тем, что диски разных диаметров установлены на разных расстояниях от нижней точки корпуса под одинаковым острым углом к оси вращения корпуса.