БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1997 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к области горной промышленности, и в частности к буровому породоразрушающему инструменту.

Известны буровые долота, содержащие корпус с боковыми промывочными каналами и насадками в них и лапами с опорами, на которых размещены шарошки [1]
Недостатком известных долот является их низкая производительность вследствие создания на забое зон значительного гидродинамического давления бурового раствора, которые не позволяют частицам шлама оторваться от забоя. При этом шлам подвергается повторному перебуриванию, из-за чего снижается механическая скорость бурения и усиленно изнашиваются шарошки и опоры шарошек долот.

Известно также буровое долото, содержащее корпус с лапами и шарошками на них и боковыми промывочными каналами, выполненными между лапами, с наклонными к их продольной оси выходными отверстиями и расположенными в них гидромониторными насадками из противоизносного материала с торцами, параллельными прилегающим к отверстиям участкам корпуса [2]
Недостатком известного долота, выбранного нами в качестве прототипа, является удаленность торцов насадок от забоя, из-за чего шлам из-под шарошек выносится не полностью, а также то, что удлинение приливов корпуса для того, чтобы приблизить насадки стандартных размеров к забою, невозможно из-за малого расстояния между зубцами соседних шарошек.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение производительности бурения и ресурса серийно выпускаемых долот.

Техническое решение поставленной задачи заключается в том, что в известном буровом долоте, содержащем корпус с лапами и шарошками на них и боковыми промывочными каналами, выполненными между лапами, с наклонными к их продольной оси выходными отверстиями и с расположенными в них гидромониторными насадками из противоизносного материала с торцами, параллельными прилегающим к отверстиям участкам корпуса, каналы снабжены удлинительными кожухами, соединяющимися с корпусом при помощи резьбы, насадки выполнены с поверхностями, позволяющими фиксировать их относительно кожуха и корпуса, и с наклонными выходными отверстиями в них и размещены в кожухах таким образом, что поверхности свободных наклонных торцов кожуха и насадка в нем совпадают.

Снабжение промывочных каналов удлинительными кожухами, соединяющимися с корпусом при помощи резьбы, обеспечивает приближение насадков к забою, что способствует уменьшению рассеивания гидравлической энергии затопленных струй, благодаря чему усиливается гидромониторное воздействие струй на породы забоя. Соединение кожухов с корпусом при помощи резьбы позволяет размещать наклонные каналы кожухов в наиболее оптимальных направлениях относительно шарошек долота.

Выполнение насадков с поверхностями, позволяющими фиксировать их относительно кожуха и корпуса, обеспечивает удерживание их в заданном направлении при воздействии любых знакопеременных нагрузок, возникающих в процессе бурения.

Выполнение насадков с наклонными отверстиями позволяет обеспечить поворот сжатой струи в противоизносной среде насадка, благодаря чему исключается преждевременный размыв кожухов и насадков.

Размещение насадков в кожухах таким образом, что поверхности свободных наклонных торцов кожуха и насадка в нем совпадают, обеспечивает снижение степени износа кожуха струей раствора, отраженной от забоя.

На фиг.1 изображено предлагаемое буровое долото, вид сбоку; на фиг.2 то же, вид снизу; на фиг.3 фрагмент долота с кожухом и насадком в разрезе.

Долото состоит из корпуса 1 с лапами 2, на которых смонтированы шарошки 3 с концентрическими венцами 4, армированными породоразрушающими зубцами 5. На участках корпуса 1 между лапами 2 имеются приливы 6 с боковыми промывочными каналами 7 в них, оканчивающимися резьбой 8, например метрической с шагом 1 мм. При помощи этой резьбы с корпусом 1 соединены кожухи 9, фиксируемые в определенном положении контрагайкой 10. В кожухах 9 размещены насадки 11 из износостойкого материала, например металлокерамические, с наклонными выходными отверстиями 12. Поверхности торцов кожухов 9 и насадков 11 в них выполнены наклонными и размещенными в одной плоскости. Между верхними торцами насадков 11 и корпусом 1 размещены уплотнительные кольца 13.

Принцип работы долота заключается в следующем.

Перед спуском долота на забой уточняют ориентировку выходных отверстий 12 гидравлических насадков 11, направляя их на те венцы 4 шарошек 3, где размещены породоразрушающие зубцы 5.

При бурении струи бурового раствора воздействуют на забой в зоне контакта зубцов 5 с горной породой, обеспечивая совместное разрушение ее и отбрасывая выбуренный шлам из-под тела шарошки 3 к периферии забоя и далее в кольцевое пространство между стенками скважины и лапами 2 долота.

При этом предотвращается износ нижней поверхности лап 2 выносимым с забоя шламом, так как струи отраженного от забоя раствора, способствующие отделению шлама от забоя, выносят шлам в строго ориентированном направлении между лапами 2.

Совместное воздействие струи гидромониторного усилия от струи бурового раствора, истекающей из приближенных к забою насадков, и скалывающего усилия от зубцов 5 шарошек 3, совпадающих по направлению и поэтому суммируемых, способствует повышению эффективности разрушения горных пород. Это происходит также благодаря уменьшению площади зон нагружения при направленном воздействии струи на участки забоя, контактирующие с шарошками 3. При этом остальные участки забоя испытывают только гидростатическое давление бурового раствора и находятся, таким образом, в разгруженном состоянии. Циклическое чередование нагрузок и разгрузок на различных участках забоя также способствует повышению эффективности бурения.

Направленная по касательной к окружности шарошки 3 струя бурового раствора очищает поверхность шарошки 3 от шлама и глинистых частиц. Очищенные от глины и шлама зубцы 5 погружаются в забой на максимально возможную глубину.

Использование: бурение скважин. Сущность изобретения: долото содержит корпус с шарошками. В приливах корпуса выполнены боковые промывочные каналы, соосно с которыми с корпусом при помощи резьбы соединены кожухи, вмещающие гидромониторные насадки, имеющие наклонные к продольной оси выходные отверстия. Кожухи позволяют приблизить насадки к забою и располагать выходные отверстия, ориентированными относительно вооружения шарошек. 3 ил.

Буровое долото, содержащее корпус с лапами и шарошками на них с боковыми промывочными каналами, выполненными между лапами, с наклонными к их продольной оси выходными отверстиями, присоединенными к ним посредством резьбы кожухами и расположенными в них гидромониторными насадками из противоизносного материала с центральными осевыми каналами и поверхностями выходных торцов, параллельными прилегающим к каналам участкам поверхности корпуса, отличающееся тем, что кожухи выполнены с наклонными выходными отверстиями и зафиксированы в заданном направлении контргайками.