БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 1998 года по МПК E21B10/60 E21B27/00 

Изобретение относится к долотостроению и может быть использовано в долотах, расширителях и других породоразрушающих инструментах, преимущественно при бурении скважин сжатым воздухом.

Известно буровое долото, содержащее корпус с продувочными каналами и породоразрушающими органами в виде шарошек и обратный клапан, размещенный в полости корпуса для предотвращения попадания шлама через продувочные каналы в опоры шарошек долота [1].

Недостатком данного долота является сложность конструкции и как следствие этого значительная стоимость.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины [2].

Недостатком известного долота является выход запорного органа и части возвратной пружины во время работы за пределы корпуса долота. Это приводит к тому, что рабочая поверхность запорного органа попадает в зону вихревых обратных потоков очистного агента со взвешанными в нем частицами абразивного шлама. В результате этого происходит абразивный износ контактной поверхности запорного органа и пружины. Кроме того, крупные частицы шлама, попадая в открытую полость между седлом клапана и наружной поверхностью запорного органа, не позволяют сократиться пружине и тем самым нарушают герметичность клапана. К этому следует добавить невозможность регулирования выходного сечения стационарного клапана непосредственно на буровой в зависимости от конкретных условий бурения.

Техническим результатом изобретения является повышение проходки на долото и механической скорости бурения путем обеспечения более надежной и эффективной работы клапанного узла.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины, согласно изобретению клапанный узел выполнен с расположенным в продувочном канале ячеистым дном-экраном, причем запорный орган и возвратная пружина вместе с ячеистым дном-экраном размещены внутри корпуса долота при свободном проходе продувочного агента между внутренней поверхностью отверстия в корпусе и запорным органом для защиты от воздействия частиц шлама, при этом ячеистое дно-экран на выходе отверстия в корпусе закреплено стопором для обеспечения возможности легкой и быстрой замены клапанного узла на другой с необходимым проходным сечением ячеистого дна-экрана.

Дополнительно достижению поставленного технического результата способствует также и то, что:
- запорный орган выполнен выпуклым, например, в виде шара;
- на внутренней поверхности ячеистого дна-экрана выполнен установочный, сплошной или прерывистый, внутренний или наружный относительно возвратной пружины буртик для предотвращения возможности ее смещения в сжатом и разжатом состоянии относительно дна экрана;
- поверхность контакта седла в корпусе долота, ответная поверхности запорного органа, выполнена, например, конической, биконической, в виде части внешней или внутренней поверхности тора, ограниченной цилиндрической поверхностью канала и внутренней поверхностью гнезда под клапан;
- стопор для закрепления клапанного узла выполнен в виде разжимного пружинного кольца, установленного в кольцевом пазу на стенке канала, или в виде гайки с пазами под отвертку и резьбой для заворота на выходе продувочного канала, или в виде шайбы байонетного крепления, или в виде шайбы и обводного шплинта, введенного в пространство, образованное совместно с кольцевыми пазами в шайбе и стенке продувочного канала через сверление в этой стенке, или в виде болтов, шпилек, играющих роль бокового прижима или выступающих ступенек, или в виде шайбы, прихватываемой участками или по всей длине торца сварным швом к боковой поверхности стенки продувочного отверстия.

На фиг. 1 изображено буровое долото в разрезе с клапанным узлом; на фиг. 2 - клапанный узел в увеличенном масштабе; на фиг. 3-6 - варианты выполнения седла запорного органа; на фиг. 7,8,10,12,13 - варианты выполнения стопоров клапанного узла; на фиг. 9 и 11 - сечение А-А соответственно на фиг. 8 и 10.

Буровое долото содержит корпус 1 с ниппелем 2 и продувочными каналами 3 с гнездами 4 на концах под клапанные узлы 5. Клапанный узел состоит из запорного органа 6 и возвратной пружины 7. Запорный орган 6 установлен на внутренней поверхности возвратной пружины 7, которая может быть выполнена с одной стороны с уширением для стабилизации положения запорного органа 6 (фиг. 6). В свою очередь, для стабилизации положения возвратной пружины 7 относительно ячеистого дна-экрана 8 на последнем выполняется установочный буртик 9, который может быть сплошным или прерывистым и располагается внутри или снаружи пружины. Это предотвращает возможность заедания запорного органа 6, а также абразивный износ возвратной пружины 7 в случае ее сдвига и перекрытия ячеек дна-экрана 8. Ячеистое дно-экран 8 закреплено в нижней части клапанного гнезда 4 стопором, который может быть выполнен, например, в виде пружинного разрезного кольца 10, установленного в кольцевом пазу 11. Дно-экран 8 выполнено с отверстиями 12 или ячейками, суммарная площадь которых равна или больше площади входного отверстия продувочного канала 3.

Запорный орган 6 может иметь любую форму, например, шаровую, коническую и т. д. Ответная поверхность контакта-седла 13 внутри канала 3 может иметь также различную форму: коническую, биконическую, сферическую, в виде части внешней или внутренней поверхности тора, ограниченной с одной стороны цилиндрической поверхности канала 3, а с другой стороны - внутренней поверхностью гнезда 4 под клапан, и другие, как показано на фиг. 2-5 соответственно.

В качестве стопора может быть использована гайка 14, соединенная с корпусом 1 резьбой 15. В гайке предусмотрены пазы 16 под ключ или под отвертку (фиг.7). На фиг. 8 и 9 изображен вариант крепления клапанного узла 5 байонетной шайбой 17, помещаемой в кольцевой паз 18 через продольные пазы 19, выполненные на стенке гнезда 4 продувочного канала 3. После поворота шайбы 17 вокруг ее оси выступы 20 устанавливаются в кольцевом пазу 18. На фиг. 10 и 11 изображен вариант крепления клапанного узла 5 посредством "гвоздевого" соединения. Шайба 21 имеет кольцевой паз 22 на наружной поверхности с сечением в виде полукруга, а в стенке гнезда 4 продувочного канала 3 имеется ответный кольцевой паз 23 с сечением также в виде полукруга. В полость, образованную пазами 22 и 23, введен через боковое отверстие 24 шплинт - "гвоздь" 25. На фиг.12 изображен вариант крепления клапанного узла в виде стопорных болтов 26 или шпилек 27, заворачиваемых в резьбовые отверстия 28 и 29 и выполняющих роль ступенек и прижимов. На фиг. 13 представлен вариант крепления клапанного узла 5 стопорным кольцом 30, прихваченным участками или по всей длине торца сварным швом 31.

Буровое долото работает следующим образом. В процессе бурения исходящий поток очистного агента подается под давлением в ниппель 2, проходит по продувочному каналу 3 в клапанный узел 5 и направляется на забой скважины и поверхность шарошек. Под действием потока очистного агента запорный орган 6, преодолевая сопротивление возвратной пружины 7 выдвигается вниз к ячеистому дну-экрану 8, образуя свободный проход агента между боковыми стенками канала 3 и запорным органом 5 сквозь ячейки 12 дна-экрана 8. При прекращении подачи очистного агента запорный орган 6 под действием пружины 7 возвращается в исходное положение, препятствуя проникновению шлама в ниппельную полость и продувочные каналы опор подшипников.

Такое выполнение долота повышает надежность работы клапанного узла и позволяет регулировать в широких пределах объем подаваемого очистного агента в зависимости от конкретных условий бурения, что в свою очередь повышает эффективность работы долота.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Мокшин А.С. и др. Шарошечные долота. - М.: Недра, 1971, с.189-191.

2. Авторское свидетельство СССР N 1492018, кл. Е 21 В 27/00, 1989.3

Относится к буровым долотам. Оно содержит корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины. Клапанный узел выполнен с расположенным в продувочном канале ячеистым дном-экраном. Запорный орган и возвратная пружина вместе с ячеистым дном-экраном размещены внутри корпуса долота при свободном проходе продувочного агента между внутренней поверхностью отверстия в корпусе и запорным органом для защиты от воздействия частиц шлама. Ячеистое дно-экран на выходе отверстия в корпусе закреплено стопором для обеспечения возможности легкой и быстрой замены клапанного узла на другой с необходимым проходным сечением ячеистого дна-экрана. 4 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Буровое долото, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины, отличающееся тем, что клапанный узел выполнен с расположенным в продувочном канале ячеистым дном-экраном, причем запорный орган и возвратная пружина вместе с ячеистым дном-экраном размещены внутри корпуса долота при свободном проходе продувочного агента между внутренней поверхностью отверстия в корпусе и запорным органом для защиты от воздействия частиц шлама, при этом ячеистое дно-экран на выходе отверстия в корпусе закреплено стопором для обеспечения возможности легкой и быстрой замены клапанного узла на другой с необходимым проходным сечением ячеистого дна-экрана. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что запорный орган выполнен выпуклым, например, в виде шара. 3. Долото по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности ячеистого дна-экрана выполнен установочный, выступающий, сплошной или прерывистый, внутренний или наружный относительно возвратной пружины буртик для предотвращения возможности ее смещения в сжатом и разжатом состоянии относительно дна-экрана. 4. Долото по п.1, отличающееся тем, что поверхность контакта седла в корпусе долота, ответная поверхности запорного органа выполнена, например конической, биконической, в виде части внешней или внутренней поверхности тора, ограниченной цилиндрической поверхностью канала и внутренней поверхностью гнезда под клапан. 5. Долото по п.1, отличающееся тем, что стопор для закрепления клапанного узла выполнен в виде разжимного пружинного кольца, устанавливаемого в кольцевом пазу на стенке канала, или в виде гайки с пазами под отвертку и резьбой для заворота на выходе продувочного канала, или в виде шайбы байонетного крепления, или в виде шайбы и обводного шплинта, введенного в пространство, образованное совместно с кольцевыми пазами в шайбе и в стенке продувочного канала через сверление в этой стенке, или в виде болтов, шпилек, играющих роль бокового прижима или выступающих ступенек, или в виде шайбы, прихватываемой участками или по всей длине торца сварным швом к боковой поверхности стенки продувочного отверстия.