ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ПРОДУВКОЙ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ Российский патент 1997 года по МПК E21B10/08 E21B27/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин с очисткой забоя сжатым воздухом.

Известно шарошечное долото, содержащее продувочные сопла с установленными в них шламозащитными запорными органами. Запорный орган выполнен в виде усеченного конуса из эластично-упругого материала, соединенного с корпусом долота пружиной [1] Недостатком известного шламозащитного органа является возможность его повреждения шламом при выходе из сопла и, вследствие этого, проникновение шлама в корпус долота.

Целью изобретения является повышение износостойкости долота за счет улучшения защиты продувочных каналов от шлама.

Поставленная цель достигается тем, что шламозащитный запорный орган долота снабжен каркасом, выполненным в виде усеченного конуса с открытым торцами, окнами на боковой поверхности фланцем на торце большего диаметра. Каркас установлен во внутренней полости конуса из эластично-упругого материала с упором фланца в уступ корпуса долота. Конус из эластично-упругого материала снабжен обратным клапаном в виде эластично-упругого рукава с внутренней прорезью, причем эластично-упругий плоский рукав является продолжением конуса и расположен за пределами выпускного отверстия сопла. Кольцевой выступ конуса из эластично-упругого материала расположен между уступом корпуса долота и верхним торцом сопла. Сопло закреплено в корпусе долота посредством осевого фиксатора, причем расстояние от оси осевого фиксатора до уступа корпуса долота меньше суммы расстояние от оси осевого фиксатора до внутреннего торца сопла и высоты самого кольцевого выступа. Кроме того, внутренняя поверхность сопла может быть выполнена переменного сечения, например, конусной формы с уменьшением сечения в сторону выпускного отверстия сопла.

На фиг. 1 изображено буровое долото, общий вид; на фиг.2, 3 вариант выполнения шламозащитного органа.

Буровое долото содержит корпус 1 с ниппелем 2. В корпусе долота находится продувочные каналы 3 с фильтром 4 для продувки опорного узла и продувочные каналы 5 для продувки забоя скважины. К корпусу 1 прикреплены лапы 6 с шарошками 7. Опорный узел выполнен на шариковом 8 и роликовых 9 подшипниках. В продувочных каналах 5 установлены сопла 10, закрепленные к корпусу долота осевым фиксатором 11, например, прямолинейным или обводным шрифтом. В соплах размещен шламозащитный запорный орган, включающий усеченным конус 12 из эластично-упругого материала, например, резины и каркас 13. Каркасы 13 фиксируется в продувочном канале за счет упора фланца 14 в уступ 15 корпуса долота. Для прохода воздуха торцы 16 каркаса выполнены открытыми, а на боковой поверхности расположены окна 17. Конус из эластичного материала имеет внутреннюю полость 18, в которой устанавливается каркас 13, а также имеет кольцевой выступ 19, служащий для закрепления конуса в сопле между верхним торцом 20 сопла 10 и уступом 15 корпуса долота. Уступ 15 имеет двухступенчатую форму возможности упора в него фланца 14 и кольцевого выступа 19. Нижняя часть конуса 12 выполнена с эластично-упругим плоским рукавом 21, имеющим внутреннюю прорезь 22. Рукав 21 расположен за пределами выпускного отверстия 23 сопла 10. Внутренняя поверхность 24 сопла 10 может быть выполнена с постоянным (фиг. 1) или переменным (фиг. 2, 3) сечением.

Буровое долото работает следующим образом.

При включении продувки в процессе бурения нисходящий поток сжатого воздуха проходит через ниппель 2, продувочные каналы 5, сопла 10 и воздействует на забой скважины и вооружение долота. При этом под действием проходящего потока воздуха эластичный рукав 21 растягивается, прорезь 22 раскрывается, образуя отверстие, через которое воздух поступает к забою скважины. Конус из эластичного материала 12 удерживается в сопле 10 при продувке за счет зажима кольцевого выступа 19 между корпусом долота и торцом сопла 20. Закрепления сопла осевым фиксатором 11 к корпусу долота дает возможность заменить сопло в случае его повреждения, а также производить замену шламозащитного запорного органа.

Выполнение соотношения, связывающего расстояние L от оси осевого фиксатора (шрифта) 11 до уступа корпуса долота 15, расстояние l от оси фиксатора до верхнего торца сопла 20 и высоту h кольцевого выступа: L<l+h, позволяет осуществить надежное закрепление конуса из эластично-упругого материала 12 между торцом сопла 20 и уступом корпуса долота 15 за счет сжатия кольцевого выступа 19 до высоты h'(h'< h) и предотвратить выпадение конуса 12 из сопла при продувке забоя скважины.

После прекращения подачи сжатого воздуха эластичный рукав 21 схлопывается, принимая первоначальную форму, прорезь 22 закрывается. Таким образом, действуя как обратный клапан, рукав 21 с закрывшейся прорезью перекрывает доступ пыли и шлама в полости долота (данное положение клапана показано на фиг. 2 пунктирной линией). Каркаса 13 предотвращает выворачивание конуса 12 внутрь сопла под действием избыточного давления скважиной среды. Для предотвращения вдавливания конуса 12 вместе с каркасом 13 внутри продувочного канала 5, каркас 13 установлен с упором фланца 14 каркаса в уступ 15 корпуса долота.

Расположение эластично-упругого плоского рукава 21 за пределами выпускного отверстия 23 сопла 10 предотвращает попадание и заклинивание частиц породы между стенками сопла и рукавом. В случае расположения рукава 21 внутри сопла данный процесс зашламовывания может привести к невозможности растягивания рукава 21 и раскрытия прорези 22.

Данная конструкция запорного органа не только обеспечивает защиту долота от проникновения в него твердых частиц буровой породы (породная пыль, шлам), но также может быть использована при бурении обводненных скважин. Давление столба жидкости в скважине способствует более плотному смыканию стенок эластично-упругого рукава 21, препятствует проникновению скважиной суспензии внутрь долота. Сжатый кольцевой выступ из эластичного материала 19 также надежно перекрывает доступ скважинной среды в полость долота. Величина сжатия (деформирования) кольцевого выступа 19 конуса 12 выбирается из условия, что возникающая при этом величина давления кольцевого выступа на уступ корпуса долота и торец сопла должна превышать гидростатическое давление столба жидкости в скважине.

Вариант выполнения сопла с внутренней поверхностью переменного сечения, например, конусной формы, с уменьшением сечения в сторону выпускного отверстия сопла, позволяет еще более улучшить закрепление шламозащитного органа в сопле при продувке скважины. Это достигается за счет защемления усеченного из эластично-упругого материала 12 между конусным каркасом 13 и внутренней поверхностью конусной формы сопла 10.

Для увеличения прочности конуса 12, эластично-упругий материал конуса, а также рукава 21 и кольцевого выступа 19 может быть изготовлен с внутренней гибкой арматурой, например нитяной.

Данная конструкция долота со шламозащитным органом-клапаном позволяет надежно защищать внутреннюю полость долота при бурении с продувкой как сухих, так и обводненных скважин, а также дает возможность оперативной замены сопел продувочных каналов и шламозащитных органов при выходе из строя. Все это повышает стойкость шарошечного долота.

Использование: изобретение относится к горной промышленности к шарошечным долотам для бурения скважин с очисткой забоя сжатым воздухом. Сущность изобретения: шарошечное долото включает корпус с ниппелем и продувочными каналами, прикрепленные к корпусу лапы с шарошками, установленные в продувочные каналы сопла, в которых размещен шламозащитный запорный орган. Шламозащитный запорный орган включает из эластично-упругого материала с кольцевым выступом. Во внутренней полости конуса установлен каркас, выполненный в виде усеченного конуса с открытыми торцами и окнами на боковой поверхности. Каркас установлен в полости с упором фланца в уступ корпуса долота. Конус снабжен обратно клапаном, выполненным в виде плоского рукава с прорезью и расположенным за пределами выпускного отверстия сопла. Сопло закреплено к корпусу долота осевым фиксатором. Кольцевой выступ расположен между уступом корпуса долота и верхним торцом сопла. Расстояние L от оси осевого фиксатора до уступа корпуса долота связано с расстоянием l от оси фиксатора до верхнего торца сопла и высотой h кольцевого выступа соотношением: L<l+h. Внутренняя поверхность сопла может быть выполнена с постоянным или переменным сечением, с уменьшением сечения в сторону выпускного отверстия сопла. Данная конструкция долота со шламозащитным органом позволяет надежно защитить внутреннюю полость долота при бурении сухих и обводненных скважин. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шарошечное долото для бурения скважин с продувкой сжатым воздухом, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, прикрепленные к корпусу лапы с шарошками, установленными в продувочные каналы сопла, в которых размещен шламозащитный запорный орган, включающий усеченный конус из эластично-упругого материала, имеющий внутреннюю полость и кольцевой выступ, отличающееся тем, что шламозащитный запорный орган снабжен каркасом, выполненным в виде усеченного конуса с открытыми торцами, окнами на боковой поверхности и фланцем на торце большего диаметра, установленным во внутренней полости конуса из эластично-упругого материала с упором фланца в уступ корпуса долота, причем конус из эластично-упругого материала снабжен обратным клапаном в виде эластично-упругого плоского рукава, выполненного как продолжение конуса из эластично-упругого материала и расположенного за пределами выпускного отверстия сопла, при этом кольцевой выступ конуса из эластично-упругого материала расположен между уступом корпуса долота и верхним торцом сопла, а сопло закреплено в корпусе долота посредством осевого фиксатора, причем расстояние от оси осевого фиксатора до уступа корпуса долота L, расстояние от оси осевого фиксатора до верхнего торца сопла l и высота кольцевого выступа h связаны между собой соотношением L < l + h. 2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность сопла выполнена переменного сечения, например, конусной формы, с уменьшением сечения в сторону выпускного отверстия сопла.