ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО ДЛЯ РЕАКТИВНО-ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21B10/08 E21B10/16 

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения (РТБ), преимущественно по твердым породам.

Известно долото для РТБ, содержащее корпус, наклонные цапфы и закрепленные на них шарошки с основными, промежуточными и периферийными венцами, армированные штырями (см. Палий Е.А. и др. Буровые долота, М. Недра, 1971, с. 344-346, рис. VIII. 3).

Известны также шарошечные долота для РТБ, содержащие корпус с цапфами и закрепленные на них шарошки с основными, промежуточными и калибрующими венцами, армированными рабочими элементами (см. Жиленко Н.П. и др. Справочное пособие по реактивно-турбинному бурению, М. Недра, 1387, с.77-80).

Недостатком указанных долот является их малая эффективность, особенно при бурении по породам средней твердости и выше. Это связано с нерациональной схемой расположения рабочих элементов на венцах шарошек, а также и формой выполнения самих венцов.

Техническим результатом данного изобретения является повышение проходки на долото и скорости бурения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте для реактивного-турбинного бурения, содержащем корпус и установленные на наклонных цапфах шарошки с основным, промежуточным я калибрующим конусными венцами, армированными рабочими элементами, согласно изобретению, половина угла конусности- β_о основного венца каждой шарошки связан с углом наклона
Φ_о оси цапфы к оси долота зависимостью β_о= 90^°- Φ_о а углы конусности промежуточного 2β₁ и периферийного 2β₂ венцов выполнены уменьшающимися в направлении от основного венца к периферийному, при этом половина угла конусности промежуточного и промежуточного венцов определяется по формулам:

где h₁ и h₂ высота вылета зубков соответственно на основном и промежуточном венцах, мм;
l₁ расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм;
l₂ расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам на промежуточном и периферийном венцах, мм.

Такое выполнение долота позволит значительно повысить эффективность его работы за счет обеспечения равномерного износа рабочих элементов на всех венцах парочек и снижения энергоемкости процесса разрушения породы.

На фиг. 1 изображен общий вид долота; на фиг.2 фрагмент шарошки в увеличенном масштабе.

Предложенное долото включает корпус 1 с наклонными цапфами 2, на которых смонтированы шарошки 3 с основными 4, промежуточными 5 и периферийными 6 венцами, армированными твердосплавными или другими износостойкими рабочими элементами 7. Основной венец 4 имеет несколько рядов рабочих элементов 7. Шарошки 3 долота выполнены многоконусными, при этом половина угла конусности
β_о основного венца 4 определяется по формуле: β_о= 90^°- Φ_о, где Φ_о угол наклона оси цапфы к оси долота, град. Промежуточный и периферийный венцы 5 и 6 выполнены с углами конусности, уменьшающимися в направлении от основного венца к периферийному и связаны между собой зависимостью: где
где β₁и β₂ половины угла конусности соответственно промежуточного и периферийного венцов, град; h₁ и h₂ высота вылета рабочих элементов соответственно на основном и промежуточном венцах, мм; l₁ - расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм; l₂ расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам на промежуточном и периферийном венцах, мм.

Принцип работы долота заключается в следующем. Агрегат для РТБ, в состав которого входит несколько долот, спускается в скважину. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемых от агрегата РТБ, рабочие элементы 7 шарошек 3 внедряются в породу и разрушают ее. При этом рабочие элементы совершают относительное вращение вокруг оси цапфы 2 и переносное движение вокруг оси вращения агрегата для РТБ, сопровождаемое проскальзыванием зубьев по забою скважины как вдоль оси шарошки, так и в перпендикулярном направлении. Продольное скольжение зубьев обусловлено вращением долота вокруг оси вращения агрегата РТБ и ведет к быстрому износу вооружения шарошек. Для уменьшения влияния этого явления в предложенном долоте изменена конфигурация шарошек и схема их вооружения. Так, угол конусности 2β_о основного венца 4 выбран из условия образования горизонтального забоя, а промежуточный 5 и периферийный 6 венцы выполнены с уменьшающимися в направлении от основного венца к периферийному, т.е. β_о>β₁>β₂, углами конусности, определяемыми по вышеприведенным формулам и обеспечивающими предварительное разрушение забоя. Окончательное же разрушение забоя осуществляется венцами основного конуса 4, которые работают в более благоприятных условиях и обеспечивают скол породы в режиме объемного разрушения. Углы конусности промежуточного 2β₁ и периферийного 2β₂ венцов 5 и 6, также как и вылет рабочих элементов 7, выбирается в зависимости от свойств разбуриваемых пород, причем, чем более твердые породы, тем меньше высота вылета зубков, и меньше разница между углами конусности венцов 4,5 и 6.

Такое выполнение шарошек долота позволяет обеспечить наиболее благоприятные условия работы вооружения, гарантируя высокую скорость бурения и значительную проходку на долото.

Использование: относится к шарошечным долотам для бурения скважин большого диаметра, преимущественно по породам средней твердости и выше. Сущность изобретения: шарошечное долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус и закрепленные на наклонных цапфах шарошки с основными, промежуточными и периферийными конусами венцами, армированными рабочими элементами. Половина угла конусности β_о основного венца каждой шарошки связана с углом наклона Φ_о оси цапфы к оси долота зависимостью: β_о= 90^°- Φ_о , а углы конусности промежуточного - 2β₁ , и периферийного -2β₂ венцов выполнены уменьшающимися в направлении от основного к периферийному. Половина угла конусности промежуточного и периферийного венцов определяется соответственно по формулам


где h₁ и h₂ - высота вылета рабочих элементов соответственно на основном и промежуточном венцах, мм; l₁ - расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм; l₂ - расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного и периферийного венцов, мм. 2 ил.

Шарошечное долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус и закрепленные на наклонных цапфах шарошки с основными, промежуточными и периферийными конусными венцами, армированными рабочими элементами, отличающееся тем, что половина угла конусности β_о основного венца каждой шарошки связана с углом наклона Φ_о оси цапфы к оси долота зависимостью β_о= 90^°- Φ_о, а углы конусности промежуточного -2β₁ и периферийного -2β₂ венцов выполнены уменьшающимися в направлении от основного венца к периферийному, при этом половина угла конусности промежуточного и периферийного венцов определяется соответственно по формулам


где h₁ и h₂ высота вылета paбочих элементов соответственно на основном и промежуточном венцах, мм;
l₁ расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм;
l₂ расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного и периферийного венцов, мм.