ШАРОШЕЧННОЕ ДОЛОТО Российский патент 1998 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту буровой техники, а более конкретно - к шарошечным долотам с устройствами для шламозащиты их подшипников при бурении скважин с очисткой забоя преимущественно сжатым воздухом или водовоздушной смесью на горизонтах карьеров с естественным притоком грунтовых вод.

Известны шарошечные долота с устройствами для их шламозащиты [1], содержащие крепежный фланец и запорный элемент, выполненный в виде конуса, поверхность которого разрезана по образующей на ряд лепестков.

Общими с предложенным техническим решением признаками являются крепежный фланец и запорный элемент.

Такое конструктивное выполнение обеспечивает пропуск потока продувочного агента в заданном направлении в процессе бурения и перекрытие центрального канала на период отключения источников продувочного агента, но надежность перекрытия недостаточна, т.к. обеспечивается непосредственное контактирование торцевых поверхностей лепестков, которые не могут быть выполнены достаточно толстыми для обеспечения необходимой плотности контакта. Кроме того, попадание в зону контакта частиц твердой составляющей шлама при закрытии запорного элемента такой конструкции приводит к смешению торцевых поверхностей лепестков относительно друг друга, что предопределяет неполное перекрытие канала и попадание шлама в наддолотное пространство.

Известно другое устройство [2], устанавливаемое в центральное сопло долота, выполненное в виде эластичной втулки с крепежным фланцем и запорным элементом, между которыми выполнен переход конической формы, усеченный двумя пересекающимися под острым углом плоскостями, причем линия пересечения секущих плоскостей лежит в плоскости, продольной оси втулки и перпендикулярна последней, а запорный элемент является продолжением усеченной части и выполнен в виде нормально закрытой плоской щелевой насадки.

При движении воздушной или водовоздушной продувочной смеси нормально закрытая плоская щелевая насадка запорного элемента приобретает цилиндрическую форму, при этом выходящий поток из насадки, расширяясь под некоторым углом конусности, воздействует на стенки выходного отверстия запорного элемента. При этом происходит пульсация выходной части запорного элемента и ее разрушение.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и долговечности работы обратного клапана путем улучшения условий взаимодействия проходившего потока и стенок устройства при выходе из запорного элемента.

Указанная цель достигается тем, что в шарошечном долоте с установленным в центральном отверстии обратным клапаном в виде эластичного трубчатого элемента с крепежным фланцем, запорной частью, выполненной в виде плоского щелевого элемента, проходное сечение которого перекрыто боковыми поверхностями, а промежуточная часть выполнена с двумя размещенными под острым углом плоскими поверхностями, расположенными диаметрально противоположно относительно оси центрального отверстия, плоские поверхности запорной части в выходном отверстии выполнены двумя расходящимися поверхностями под углом, равным углу конусности выходящего потока и соединенных двумя противоположными боковыми поверхностями.

На приведенных чертежах иллюстрируется шарошечное долото с устройством шламозащиты, где на фиг. 1 показан его общий вид в установленном на долоте положении; на фиг. 2 - чертежа общего вида устройства в положении, развернутом вокруг вертикальной оси на 90^o относительно положения на фиг. 1 и на фиг. 3 - тот же вид со стороны нормально закрытой плоской щелевой насадки.

Шарошечное долото с устройством для шламозащиты их подшипников состоит из непосредственно долота 1 с центральным отверстием 2 и обратного клапана 3, выполненного в виде эластичного трубчатого элемента 4 с крепежным фланцем 5. Запорная часть выполнена в виде плоского щелевого элемента 6, проходное сечение которого перекрыто боковыми поверхностями 7, а промежуточная часть 8 выполнена с двумя размещенными под острым углом поверхностями 9, расположенными диаметрально противоположно относительно оси центрального отверстия 2. Боковые поверхности 7 плоского щелевого элемента 6 в выходном отверстии 10 выполнены двумя расходящимися поверхностями 11 под углом конусности выходящего потока α и соединенных двумя противоположными боковыми поверхностями 12.

Перед бурением в шарошечное долото 1 устанавливается в его центральное отверстие 2 обратный клапан 3 до упора его крепежного фланца 5 в выступ центрального отверстия 2. Благодаря тугой посадке обратного клапан 3 в выступ центрального отверстия 2 дополнительного крепления не требуется.

В исходном положении плоская щелевая насадка запорного элемента 6 под действием упругих деформаций находится в нормально закрытом состоянии.

При включении источника продувочного агента под воздействием потока нормально закрытая запорная часть плоского щелевого элемента [6] приобретает цилиндрическую форму, а все устройство, удерживающееся благодаря наличию армированного крепежного фланца [5] на плоскости выступа центрального отверстия 2, приобретает форму эластичной втулки с уменьшающимся в сторону забоя скважины диаметром.

В связи с тем, что плоские поверхности запорного элемента 6 в выходном отверстии выполнены двумя расходящимися поверхностями 1 под тем же углом конусности, что и угол конусности выходящего потока, т.е. выходящий поток в этой части устройства, расширяясь, проходит своими крайними слоями параллельно расходящимися поверхностями 11, при этом разрушения выходной части запорного элемента 6 не происходит.

При отключении источника продувочного агента стенки плоской щелевой насадки запорного элемента 6 под действием упругих деформаций мгновенно занимают свое первоначальное положение, надежно перекрывая центральное отверстие 2.

С учетом того, что плотность столба шлама в затрубном пространстве скважины при отключенном источнике продувочного агента значительно выше плотности воздуха внутри буровой колонны, на наружные поверхности закрытой плоской щелевой насадки 6 будет воздействовать дополнительное давление, способствующее более надежному перекрытию центрального продувочного отверстия 2.

При возобновлении процесса бурения первые несколько оборотов шарошечного долота 1 приводят к разрушению спрессованного в зоне плоской щелевой насадки шлама, устройство для шламозащиты приобретает рабочее положение и цикл повторяется.

Технические преимущества заявленного технического решения по сравнению с прототипом заключаются в следующем:
- выполнение выходного отверстия запорной части в виде двух расходящихся поверхностей обеспечивает более плавный выход продувочного агента в призабойное пространство с наименьшим давлением на его кромки:
- выходящая из эластичного трубчатого элемента, а именно его запорной части, струя продувочного агента расширяется, приобретая форму конуса, в связи с чем выходное отверстие плоских поверхностей запорного элемента выполнено в виде двух расходящихся поверхностей под углом конусности, равным углу конусности выходящего потока, способствует уменьшению давления на внутренние поверхности, что позволяет увеличить эффективность и долговечность его работы:
- наличие двух противоположных боковых поверхностей, соединяющих расходящиеся поверхности под углом конусности выходящего потока, позволяет исключить возможность выхода ширины расходящихся поверхностей за пределы конусности потока, при этом обеспечивая их прочность.

Совокупность указанных технических преимуществ заявленного объекта по сравнению с прототипом обеспечивает положительный эффект согласно цели настоящего изобретения, заключающейся в повышении эффективности и долговечности работы обратного клапана при бурении взрывных скважин на горизонтах карьеров с естественным притоком грунтовых вод.

Источники информации
1. Патент США N 3370659 от 1968 г. Н.кл.. 175 - 318 /аналог/.

2. А.С. СССР N 1698414 от 1991 г. кл. E 21 B 10/24 /прототип/.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту буровой техники, а именно к шарошечным долотам с устройствами для шламозащиты их подшипников при бурении взрывных скважин. Шарошечное долото с установленным в центральном отверстии обратным клапаном в виде эластичного трубчатого элемента с крепежным фланцем, запорной частью, выполненной в виде плоского щелевого элемента, проходное сечение которого перекрыто боковыми поверхностями, а промежуточная часть выполнена с двумя размещенными под острым углом плоскими поверхностями, расположенными диаметрально противоположно относительно оси центрального отверстия. Плоские поверхности запорной части в выходном отверстии выполнены двумя расходящимися поверхностями под углом, равным углу конусности выходящего потока, и соединенными двумя противоположными боковыми поверхностями. Повышается эффективность и долговечность работы обратного клапана за счет изменения конструкции и условий прохождения продувочного агента. 3 ил.

Шарошечное долото с установленным в центральном отверстии обратным клапаном в виде эластичного трубчатого элемента с крепежным фланцем, запорной частью, выполненной в виде плоского щелевого элемента, проходное сечение которого перекрыто боковыми поверхностями, а промежуточная часть выполнена с двумя размещенными под острым углом плоскими поверхностями, расположенными диаметрально противоположно относительно оси центрального отверстия, отличающееся тем, что плоские поверхности запорной части в выходном отверстии выполнены двумя расходящимися поверхностями под углом, равным углу конусности выходящего потока, и соединенными двумя противоположными боковыми поверхностями.