БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1997 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам гидромониторного типа.

Известно долото, включающее корпус с шарошками и промывочными узлами, оснащенными насадками, уплотнительными элементами и фиксаторами в виде пружинных разрезных колец (см. авт. св. N 548700, кл. Е 21 В 10/18, 1974).

Недостатком этого долота является малая проходка и скорость, связанная с возможностью размыва стопорного кольца и, как следствие этого, с выпадением насадки на забой и попаданием под зубья шарошек. Учитывая размеры насадок, а также материал (как правило, они изготавливаются из твердого сплава) попадание их на забой скважины ведет к поломке зубьев, что и снижает технико-экономические показатели этих долот.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, содержащее корпус с рабочими органами и центральный промывочный узел, включающий жестко соединенную с корпусом втулку с опорным уступом на внутренней поверхности, установленную на уступе гидромониторную насадку с уплотнительным кольцом, установленным в пазу между втулкой и насадкой, и фиксатор, контактирующий с верхним торцом насадки (см. патент США N 3823789, кл. 175-340, 1974 г.).

К отрицательным сторонам данного бурового долота следует отнести недостаточную эффективность в работе, связанную с малой надежностью герметизации промывочного узла. Другим недостатком его является сложность конструкции и, как следствие этого, высокая стоимость.

Техническим результатом данного изобретения является повышение надежности герметизации промывочного узла и упрощение его конструкции.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус с рабочими органами и центральный промывочный узел, включающий жестко соединенную с корпусом втулку с опорным уступом на внутренней поверхности, установленную на уступе гидромониторную насадку с уплотнительным кольцом, установленным в пазу между втулкой и насадкой, и фиксатор, контактирующий с верхним торцом насадки, согласно изобретению выходной торец насадки выполнен в виде двух ступенчато расположенных конических поверхностей, а опорный уступ втулки в виде поверхности, конгруэнтной конической поверхности меньшего диаметра насадки, при этом вершины конусов насадки и опорного уступа обращены в сторону забоя скважины, причем паз под уплотнительное кольцо образован коническими поверхностями опорного уступа и большего диаметра насадки.

Достижению поставленного технического результата способствует также выполнение конических поверхностей насадки и опорного уступа с одинаковым углом при вершине, а поперечного сечения паза под уплотнительное кольцо в форме ромба, на большей диагонали которого расположен центр поперечного сечения уплотнительного кольца.

На фиг. 1 изображен общий вид долота; на фиг. 2 вид I на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3 фрагмент промывочного узла.

Буровое долото содержит корпус 1, рабочие органы, в представленном случае шарошки 2 с вооружением 3 и центральный промывочный узел, включающий жестко соединенную с корпусом 1, например, посредством сварки втулку 4, в полости которой размещены насадка 5 с уплотнительным кольцом 6 и фиксатор 7.

Втулка 4 выполнена со ступенчатой внутренней поверхностью с опорным уступом 8 под насадку и резьбой 9 в верхней части. Опорная поверхность уступа 8 имеет форму конуса.

Насадка 5 выполнена с двумя ступенчато расположенными цилиндрическими 10 и 11 и двумя коническими поверхностями 12 и 13, вершины которых обращены в сторону забоя, причем коническая поверхность 13 меньшего диаметра насадки 5 конгруэнтна конической поверхности опорного уступа 8 втулки 4. Коническая поверхность 12 большего диаметра насадки 5 совместно с конической поверхностью уступа 8 образует кольцевой паз 14 с ромбическим поперечным сечением под уплотнительное кольцо 6, центр поперечного сечения которого располагается на большой диагонали ромба. Уплотнительный элемент изготавливается из полиуритана, резины и т.д. и поджимается к опорной поверхности уступа 8 нижним торцем фиксатора 7.

Фиксатор 7 выполнен в виде резьбового ниппеля, соединенного с втулкой 4, и имеет на верхнем торце пазы 15 под монтажный инструмент.

Долото работает следующим образом.

Под действием осевой нагрузки и крутящего момента вооружение 3 шарошки 2 разрушает породу, которая удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью, нагнетаемой через промывочный узел. При этом благодаря выполнению выходного торца насадки 5 конической формы с вершиной, обращенной в сторону забоя, обеспечивается приближение насадки к забою и, следовательно, более эффективное воздействие струи промывочной жидкости на породу. Одновременно с этим достигается и надежная герметизация промывочного узла. Это обеспечивается как самой схемой размещения уплотнительного кольца 6 в кольцевом пазу 14, так и возможностью регулирования усилия поджатия кольца 6 резьбовым фиксатором 7. Выполнение паза 14 с поперечным сечением в форме ромба и схема размещения уплотнительного кольца 6 гарантируют равномерное поджатие его фиксатором 7 и тем самым увеличение срока службы и надежности работы. Этому способствует и исключение механического повреждения уплотнительного кольца 6 при его монтаже, а также дополнительное поджатие его за счет перепада давления, действующего на саму насадку 5. Одновременно с этим достигается упрощение технологии изготовления насадки по сравнению с прототипом и упрощение конструкции промывочного узла, а следовательно, и снижение стоимости всего долота. Снижение стоимости долота достигается в значительной степени за счет сокращения расхода твердого сплава на изготовление насадок благодаря выполнению ее выходного торца конической формы, причем без снижения прочностных характеристик, а также за счет исключения операций шлифовки стенок кольцевого паза 14. Предложенный промывочный узел может быть использован и с долотами другого типа с центральной промывкой.

Использование: при бурении скважин различного назначения. Сущность изобретения: касается долот с центральным промывочным узлом, включающим резьбовую втулку с опорным уступом на внутренней поверхности, насадку с уплотнительным кольцом и резьбовой фиксатор. Нижний торец насадки и уступ имеют форму конуса, обращенного вершиной в сторону забоя. На коническом торце насадки выполнен паз под уплотнительное кольцо. Паз образован второй конической поверхностью, расположенной ступенчато относительно первой конической поверхности, и конической поверхностью уступа. Поперечное сечение паза - ромб, на большой диагонали которого расположено уплотнительное кольцо. Такое выполнение бурового долота позволяет повысить эффективность его работы при одновременном упрощении конструкции и технологии изготовления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Буровое долото, содержащее корпус с рабочими органами и центральный промывочный узел, включающий жестко соединенную с корпусом втулку с опорным уступом на внутренней поверхности, размещенную на нем гидромониторную насадку с уплотнительным кольцом, установленным в кольцевом пазу между втулкой и насадкой, и фиксатор, контактирующий с верхним торцом насадки, отличающееся тем, что выходной торец насадки выполнен в виде двух конических ступенчато расположенных поверхностей, а опорный уступ втулки в виде поверхности, конгруэнтной конической поверхности меньшего диаметра насадки, при этом вершины конусов насадки и опорного уступа обращены в сторону забоя, причем паз под уплотнительное кольцо образован коническими поверхностями опорного уступа и большего диаметра насадки. 2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что конические поверхности насадки и опорного уступа втулки выполнены с одинаковыми углами. 3. Долото по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что поперечное сечение под уплотнительное кольцо имеет форму ромба, при этом центр поперечного сечения уплотнительного кольца расположен на большой диагонали ромба.