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) шарошечного типа.

Известны долота, используемые для РТБ, содержащие корпус с цапфами, на которых закреплены шарошки с основными и промежуточными венцами, армированными твердосплавными вставками (см. Палий П. А. и Корнеев К. Е. Буровые долота, М. Недра, 1971, с. 346-348).

Недостатком указанных долот является значительная стоимость и низкая эффективность их работы. Это связано с тем, что конструкция указанных долот не учитывает особенности работы при РТБ, связанные с вращением шарошек не только вокруг цапф, но и в переносном движении долота вокруг оси агрегата РТБ.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является долото для РТБ, содержащее корпус с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с основными и периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками и калибрующей поверхностью (см. Жиленко Н. П. и др. Справочное пособие по реактивно-турбинному бурению, М. Недра, 1987, с. 77-81, рис. 42).

Недостатком этого долота является высокая энергоемкость процесса разрушения породы из-за нерациональной схемы расположения зубков, а также повышенный расход твердого сплава, ведущий к росту стоимости 1 м проходки.

Цель изобретения повышение проходки и механической скорости бурения при одновременном снижении стоимости буровых работ.

Поставленная цель достигается тем, что в долоте для РТБ, содержащем корпус с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с основными и периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками, в калибрующей поверхностью, согласно изобретению периферийный венец выполнен с одинаковым углом конусности с основным венцом и смещен от него относительно горизонтальной плоскости в сторону оси цапфы на величину, не превышающую высоту вылета зубков основного венца, при этом зубки периферийного венца имеет рабочую головку клиновидной формы, боковые поверхности которой ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки в образующей конуса ее венцов.

Такое выполнение долота позволяет значительно повысить эффективность его работы благодаря созданию условий для объемного разрушения породы. В предложенном долоте периферийный венец при переносном движении вокруг оси вращения агрегата РТБ создает на забое зоны предразрушения, которые при радиальном смещении шарошек доразрушаются зубками основного венца.

Кроме того, предложенная схема расположения рабочих головок зубков периферийного венца позволяет им одновременно выполнять в функции калибрующих зубков на тыльной поверхности шарошки. Это упрощает конструкцию и технологию изготовления шарошек, а следовательно и стоимость всего долота.

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

Долото для РТБ включает корпус 1 с наклонными цапфами 2, на которых закреплены шарошки 3 с основными 4 в периферийными 5 венцами, армированные твердосплавными зубками соответственно 6 и 7. Венцы 4 и 5 выполнены с одинаковым углом конусности 2 2β при этом зубки 6 в 7 основного и периферийного венцов 5 расположены ступенчато. Высота ступени h_c между венцами 4 и 5 не превышает высоту вылета зубков 6 основного венца 4 над корпусом шарошки 3, т. е. h_с≅h₀. Для армировки основного венца 4 могут быть использованы твердосплавные зубки с различной формой рабочей головки, а для армировки периферийного венца 5 твердосплавные зубки с клиновидной рабочей головкой. Эти зубки устанавливаются таким образом, что одна боковая грань 7а ориентируется параллельно калибрующей поверхности 8 шарошки 3, а другая грань 7б параллельно образующей конуса основного венца 4.

Принцип работы долота заключается в следующем, агрегат для РТБ после оснащения несколькими долотами спускают в скважину и начинают процесс бурения. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемых долоту от агрегата РТБ, твердосплавные зубки 6 и 7 внедряются в породу и разрушают ее. При этом вооружение долота совершает относительное вращение вокруг цапф 2 и переносное движение вокруг оси вращения агрегата для РТБ. Последнее сопровождается значительным проскальзыванием вооружения шарошек по забою скважины, причем как вдоль оси шарошек, так и в перпендикулярном направлении. Проскальзывание зубков вдоль оси шарошки связано с вращением долота вокруг оси агрегата для РТБ и ведет к тому, что зубки 7 периферийного венца 5 участвуют как в процессе разрушения породы, так и в калибровке стенок скважины. При этом, благодаря ступенчатому расположению зубков 7, они участвуют в разрушении участка забоя с дополнительной поверхностью обнажения, что позволяет с одной стороны с минимальными энергозатратами разрушать выступающий участок, а с другой стороны без особого ущерба для износоресурса участвовать в калибровке стенок скважины, заменяя используемые для этой цели специальные зубки не калибрующей поверхности шарошек. Эффективному выполнению указанных функций зубками 7 способствует и форма их рабочей головки в виде клина и предложенная схема их расположения.

Таким образом, применение предложенного долота позволяет снизить энергоемкость процесса разрушения породы, повысить эффективность его работы, снизить стоимость, а следовательно снизить стоимость буровых работ.

Использование: бурение скважин большого диаметра реактивно-турбинным способом по твердым породам. Сущность изобретения: венцы шарошек долота выполнены с одинаковым углом конусности и расположены ступенчато. Опережающими являются венгры основного конуса. Периферийный венец армирован твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой. Боковые грани их ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее венцов. Величина смещения зубков основного венца относительно зубков периферийного венца не превышает высоту вылета зубков. 2 ил.

Долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с основными и периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками, и калибрующей поверхностью, отличающееся тем, что периферийный венец выполнен с одинаковым углом конусности с основным венцом и смещен в сторону оси цапфы на величину, не превышающую высоту вылета зубков основного венца, при этом зубки периферийного венца имеют рабочую головку клиновидной формы, боковые поверхности которых ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее венцов.