ГИДРОМОНИТОРНЫЙ НАСАДОК БУРОВОГО ДОЛОТА Российский патент 1998 года по МПК E21B10/60 

Изобретение относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту для бурения скважин.

Известны гидромониторные насадки для буровых долот, содержащие цилиндрические металлические корпуса с центральным каналом переменного сечения и наружной резьбой и уплотнительные кольца из упругоэластичного материала (Палий П. А. Корнеев К.Е. Буровые долота. Справочник. М.: Недра, 1966, с. 35).

Недостатком известных устройств является удаленность их выходных торцов от забоя скважины при размещении их между лапами шарошечных долот, вследствие чего снижается эффективность их воздействия на разрушаемую долотом породу.

Известен также гидромониторный насадок бурового долота, содержащий удлиненный цилиндрический металлический корпус с наружной резьбой и с центральным каналом переменного сечения с равномерной шероховатостью поверхности стенок и уплотнительное кольцо из упругоэластичного материала (Патент СССР N 2001230, МКИ E 21 B 10/18, опубл. 15.10.93, прототип).

Недостатками известного устройства, выбранного нами в качестве прототипа по большинству совпадающих признаков, являются трудность изготовления насадка с равномерной шероховатостью поверхности центрального канала, невозможность максимально приблизить выходной торец насадка к забою скважины и трудность создания стабильной струи бурового раствора вследствие постороннего воздействия колеблющегося корпуса на боковую поверхность струи, из-за чего снижается ее гидромониторная активность.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности работы гидромониторного насадка.

Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известном гидромониторном насадке бурового долота, содержащем удлиненный цилиндрический металлический корпус с наружной резьбой и с центральным каналом переменного сечения с равномерной шероховатостью поверхности стенок и уплотнительное кольцо из упругоэластичного материала, центральный канал корпуса выполнен с кольцевыми расточками и сквозными радиальными отверстиями и снабжен упругоэластичным покрытием с выступами, размещенными в расточках и отверстиях корпуса, выполненным единым с уплотнительным кольцом, причем покрытие выступает за нижний торец корпуса на величину не менее трех диаметров центрального канала покрытия, выполненного на выступающем участке суженным с коническим переходным участком.

Выполнение центрального канала корпуса с кольцевыми расточками и сквозными радиальными отверстиями и снабжение его упругоэластичным покрытием с выступами, размещенными в расточках и отверстиях корпуса, обеспечивает надежное соединение уплотнительного кольца, выполненного единым с упругоэластичным покрытием, с корпусом и безусловное гашение посторонних вибраций, отрицательно воздействующих на гидромониторные способности сформированной в насадке струи бурового раствора.

Выход покрытия за нижний торец корпуса на величину не менее трех диаметров центрального канала покрытия и выполнение его на выступающем участке суженным с коническим переходным участком обеспечивает увеличение гасящих посторонние колебания упругоэластичных свойств покрытия, приближение насадка к забою и ориентирование сформированной им струи в нужном направлении.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого устройства.

Устройство состоит из корпуса 1 в виде кольцевого цилиндра с центральным промывочным каналом с расширенным входным участком и кольцевыми расточками 2, сквозными радиальными отверстиями 3 и наружной присоединительной резьбой 4.

Сверху к торцу корпуса примыкает уплотнительное кольцо 5, выполненное единым с упругоэластичным покрытием 6 полости корпуса 1. Покрытие 6 имеет выступы 7 в виде валиков и выступы 8 в виде цилиндриков, которые взаимодействуют соответственно с кольцевыми расточками 2 и с радиальными отверстиями 3 корпуса 1. При этом покрытие облегчает снизу нижний торец корпуса 1 и выполнено с кольцевым в поперечном сечении выступом 9 за него на величину не менее чем три диаметра центрального канала 10 выступа 9. Центральный канал 10 выступа 9 имеет суженный относительно основного центрального канала покрытия 6 диаметр. Каналы покрытия 6 разных диаметров соединены коническим переходным участком 11.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Гидромониторные насадки монтируются между лапами буровых долот в специальных гнездах при помощи резьбы 4. При этом уплотнительное кольцо 5 предотвращает размыв резьбы 4, герметизируя пространство между корпусом долота и корпусом 1 насадка.

В процессе бурения промывочная жидкость, проходя через центральный канал насадка, сжимается и приобретает увеличенную скорость движения, вследствие чего при встрече созданной в насадке струи промывочной жидкости с неподвижной преградой - забоем скважины на поверхности последнего создаются значительные механические усилия (так называемый гидромониторный эффект), способные ослабить прочность материала преграды, а в большинстве случаев и разрушить ее. Посторонние колебания бурового инструмента и шероховатость центрального канала насадка отрицательно влияют на гидромониторные способности струи промывочной жидкости, отрывая частицы жидкости от нее и снижая таким образом плотность струи и ее скоростные характеристики, что приводит к неэффективности работы гидромониторного бурового долота. С другой стороны снижение коэффициента трения между струей и насадком приводит к росту гидромониторной активности струи. Например, добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ) в промывочную жидкость приводят к росту механической скорости бурения не только за счет физико-химических эффектов (эффект Ребиндера и т.п.), но и благодаря уменьшению коэффициента трения между струей жидкости и поверхностью канала насадка. Уменьшение величины этого коэффициента может быть достигнуто уменьшением шероховатости поверхности канала насадка путем механической обработки (полирование, хонингование и т.д.), а также путем использования специальных покрытий с низким коэффициентом трения (стеклование, хромирование и т.д.). В рассматриваемом устройстве нами предлагается обрезинивание поверхности канала насадка, то есть покрытие широко распространенным упругоэластичным материалом - резиной. При этом геометрическая конфигурация покрытия позволяет насадку получить несколько положительных качеств: а) возможность уплотнения резьбового соединения; б) снижение коэффициента трения; в) создание резонанса автоколебаний сформированной в насадке струи; г) использование эффекта "блуждающей струи"; д) возможность поражения забоя на любом участке; е) возможность очистки породоразрушающих элементов долота от частиц горной породы; ж) приближение выходного торца насадка к забою.

Резонанс автоколебаний сформированной в насадке струи позволяет повысить гидромониторные свойства струи, вследствие чего повышается эффективность работы бурового долота. Этот физэффект возможен только в каналах с упругоэластичным покрытием с незащемленным выходом и с зауженным сечением на длине канала не менее трех его диаметров. Конический переходный участок 11 способствует формированию струи и созданию эффекта резонанса автоколебаний. Эффект "блуждающей струи" достигается благодаря упругоэластичности выходного выступа 9, вследствие чего выходное отверстие насадка автоматически ориентируется в направлении зон с пониженным гидравлическим давлением, создавая таким образом циклические знакопеременные нагрузки на забой, что способствует увеличению разрушающей способности струи, а при попадании струи на шарошку или другой породоразрушающий элемент - очистке поверхности элемента, что улучшает условия работы долота на забое скважины.

Технико-экономическая или иная эффективность
Повышение эффективности работы буровых долот благодаря использованию различных физэффектов, в том числе повышение механической скорости бурения и увеличение проходки на долото.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту для бурения скважин. Гидромониторный насадок бурового долота содержит удлиненный цилиндрический металлический корпус с наружной резьбой и с центральным каналом переменного сечения с равномерной шероховатостью поверхности стенок, обеспечиваемой упругоэластичным покрытием, выполненным единым с уплотнительным кольцом. Покрытие выступает за нижний торец корпуса на величину не менее трех диаметров центрального канала покрытия, выполненного на выступающем участке суженным с коническим переходным участком. Повышается эффективность работы буровых долот. 1 ил.

Гидромониторный насадок бурового долота, содержащий удлиненный цилиндрический корпус с наружной резьбой и с центральным каналом переменного сечения с равномерной шероховатостью поверхности стенок и уплотнительное кольцо из упругоэластичного материала, отличающийся тем, что центральный канал корпуса выполнен с кольцевыми расточками и радиальными отверстиями и снабжен упругоэластичным покрытием, выполненным единым с уплотнительным кольцом, причем покрытие выступает за нижний торец насадка на величину не менее трех диаметров центрального канала покрытия, выполненного на выступающем участке суженным с коническим переходным участком.