БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1997 года по МПК E21B10/60 E21B10/18 

Изобретение относится к буровым машинам и механизмам, использующимся для проходки стволов скважин на жидкое и газообразное углеводородное сырье, а именно к породоразрушающему инструменту.

Известно шарошечное долото, включающее корпус с шарошками и центральным цилиндрическим продувочным каналом, в котором размещен закручивающий аппарат в виде винта, число заходов которого равно числу шарошек долота (а.с. СССР N 281318, E 21 B 10/18, 1971).

Недостатком устройства является низкая степень наращивания окружной составляющей движения промывочной жидкости.

Наиболее близким решением из известных является буровое долото, включающее корпус с породоразрушающими элементами на торце и промывочным каналом, в котором размещен лопастной направляющий аппарат (а.с. СССР N 309111, Е 21 В 10/18, 1971).

Недостатком устройства является смещение оси промывочного канала с лопастным направляющим аппаратом по отношению к оси корпуса долота. Это приводит к нарушению вихревого потока промывочной жидкости и, как следствие, к ухудшению очистки забоя от выбуренной породы.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению эффективности очистки забоя от выбранной породы. При осуществлении изобретения обеспечивается осесимметричное вихревое движение промывочной жидкости и снижение составляющей скорости движения жидкости вдоль оси долота.

Для этого в буровом долоте, включающем корпус с породоразрушающими элементами на торце и промывочным каналом, в котором размещен лопастной направляющий аппарат, выходное отверстие промывочного канала выполнено кольцевым с увеличивающейся к выходу площадью поперечного сечения канала и уменьшающимся к выходу средним диаметром поперечного сечения канала, а его продольная ось размещена вдоль продольной оси корпуса, причем угол установки лопастей направляющего аппарата относительно плоскости, перпендикулярной оси корпуса, находится в пределах диапазона значений от 40 до 15 градусов с уменьшением угла установки от входа к выходу.

Выполнение выходного отверстия промывочного канала кольцевым с увеличивающейся к выходу площадью поперечного сечения канала и уменьшающимся к выходу средним диаметром поперечного сечения канала позволяет создать осесимметричное вихревое движение промывочной жидкости, которая подходит к поверхности забоя по возможности без удара о него за счет использования закона сохранения "момента вращения" жидкости, а именно: произведение окружной составляющей скорости движения жидкости на средний диаметр канала есть величина постоянная. Для этого при уменьшении среднего диаметра кольцевого канала уменьшается составляющая скорости движения жидкости вдоль оси долота за счет увеличения к входу площади поперечного сечения канала.

Размещение продольной оси кольцевого канала вдоль продольной оси корпуса долота ликвидирует все встречные вихревые движения жидкости и позволяет в наибольшей степени нарастить окружную составляющую движения промывочной жидкости.

Угол установки лопастей направляющего аппарата на входе не более 40 градусов обусловлен практически минимальными потерями давления на входе в аппарат при минимальном количестве ступеней аппарата и его осевого габарита. Угол установки лопастей направляющего аппарата на выходе не менее 15 градусов обусловлен технологичностью изготовления лопастей (уменьшение угла установки приводит к усложнению и удорожанию технологии изготовления).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено буровое долото в продольном разрезе; на фиг. 2 развертка лопастей направляющего аппарата по средней окружности.

Буровое долото содержит корпус 1 с породоразрушающими элементами на торце, выполненными, например, в виде шарошек 2. В промывочном канале корпуса 1 размещен лопастной направляющий аппарат 3. Угол α установки лопастей 4 направляющего аппарата 3 относительно продольной оси корпуса 1 образован "атакуемой" поверхностью лопастей 4 и плоскостью, перпендикулярной продольной оси аппарата 3, и находится в пределах диапазона значений от 40 до 15 градусов с уменьшением угла установки от входа к выходу. Выходное отверстие 5 промывочного канала выполнено кольцевым, оно образовано конфузорной частью 6 корпуса 1 и наружной конической поверхностью стержня 7, установленного коаксиально корпусу 1. Средний диаметр Д_cp поперечного сечения выходного отверстия уменьшается к выходу.

Угол "схождения" g боковых наружных поверхностей стержня 7 всегда меньше угла b и выбирается таким, чтобы нижний торец стержня 7 был расположен по возможности ближе к забою.

Буровое долото работает следующим образом.

В процессе бурения, подающийся по бурильным трубам промывочный агент попадает на лопасти 4 направляющего аппарата 3 и интенсивно закручивается вокруг продольной оси долота. Направляющий аппарат выполняется из износостойких материалов или сплавов и покрывается износостойким материалом.

Дальнейшее нарастание абсолютной составляющей окружной скорости потока происходит в конфузорной части 6 корпуса 1 вдоль стержня 7. В зависимости от направления лопастей 4 направляющего аппарата 3 вращение потока может быть как "по часовой стрелке", так и противоположное. Растекающийся вдоль разрушаемой поверхности забоя поток промывочного агента постепенно теряет набранную скорость, сохраняет касательное забою направление, плавно переходя в спирально закрученный восходящий поток, увлекающий за собой выбуренные частицы породы. Этот поток одновременно очищает породоразрушающие элементы и другие поверхности долота.

Использование: изобретение относится к буровым машинам и механизмам, использующимся для проходки стволов скважин на жидкое и газообразное углеводородное сырье, а именно к породоразрушающему инструменту. Сущность изобретения: буровое долото содержит породоразрушающие элементы и корпус с промывочным каналом, в котором размещен лопастной направляющий аппарат. Оно снабжено стержнем, установленным в промывочном канале корпуса, причем ось стержня совпадает с осью промывочного канала. Лопатки направляющего аппарата имеют угол установки относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, в диапазоне 40 - 15^o, с уменьшением угла установки от входа к выходу канала. 2 ил.

1 Буровое долото, содержащее породоразрушающие элементы и корпус с промывочным каналом, в котором размещен лопастной направляющий аппарат, отличающееся тем, что оно снабжено стержнем, установленным в промывочном канале корпуса, причем ось стержня совпадает с осью промывочного канала, а лопатки направляющего аппарата имеют угол установки относительно плоскости, перпендикулярной к продольной оси корпуса, в диапазоне 40 15<198> с уменьшением угла установки от входа к выходу канала.