БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 1999 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам.

Известно шарошечное долото для забуривания наклонных скважин, содержащее корпус с лапами и цапфами, на которых смонтированы шарошки с основными и обратными конусами, армированными твердосплавными зубками [1].

Недостатком данной конструкции долота является недостаточная эффективность забуривания долота в породу при отклонении его от оси скважины, а также быстрый износ материала лап долота.

Целью изобретения является повышение эффективности работы долота при забуривании стволов из ранее пробуренных скважин и наборе кривизны при бурении наклонных скважин.

Это достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы, цапфы и закрепленные на них шарошки с основными и обратными конусами, содержащими венцы, армированные породоразрушающими зубками с режущей кромкой, режущая кромка зубков периферийного венца основного конуса шарошек выступает в радиальном направлении над поверхностью обратного конуса на величину в интервале 0,01 - 0,03 диаметра долота D (м). Над режущей кромкой зубков обратного конуса данная кромка зубков периферийного венца основного конуса выступает также на величину в интервале 0,01 - 0,03 D, а над козырьком лапы на величину в интервале 0,02 - 0,05 D, при этом оси зубков периферийного венца образуют с осью долота угол в интервале 45 - 75^o.

На чертеже изображена конструкция долота, общий вид с частичным разрезом.

Долото содержит лапы 1 с козырьком 2 и цапфой 3. На цапфе с помощью блока подшипников 4 монтируется шарошка 5. Опора долота может быть герметизирована и снабжена узлом смазки 6 с каналами 7 и уплотнением 8. Шарошки имеют основной 9 и обратный 10 конуса с венцами 11, армированными твердосплавными зубками 12 с рабочей режущей кромкой 13. Породоразрушающие зубки на венцах шарошки, в том числе и зубки 14 обратного конуса, могут быть как фрезерованными, так и выполненными из твердого сплава. При этом зубки 15 периферийного венца основного конуса в любом случае предпочтительно выполнять из твердого сплава.

Долото работает следующим образом. При повторном вскрытии продуктивных пластов с выходом из эксплуатационных колонн ранее пробуренных скважин, а также при наборе кривизны при бурении наклонных скважин, долото с помощью отклоняющих устройств отклоняется в радиальном направлении от оси скважины и забуривается в породы стенки скважины (или стенку колонны). При этом основную нагрузку по разрушению породы берут на себя зубки 15 периферийного венца основного конуса шарошек. Выступая в радиальном направлении над поверхностью обратного конуса 10 и козырьком 2 лапы, они не позволяют материалу шарошки и лапы изнашиваться при взаимодействии с горной породой. При этом устраняется одна из основных причин выхода из строя долота - выход из строя опоры при ее открытии (разгерметизации) за счет износа поверхностей 2, 10 и обнажении уплотнения 8.

Величина выступания (вылета) режущей кромки зубков 15 над поверхностью обратного конуса 10 шарошки в диапазоне l₁ = 0,01 - 0,03 D (где D -диаметр долота) и над козырьком 2 лапы в диапазоне l₂ = 0,02 - 0,05 D (см. чертеж) определены экспериментальным путем и являются оптимальным интервалом. При меньшей величине вылета l₁ и l₂ не достигается в достаточной мере защита обратного конуса шарошек и лап долота, а при большем - происходят случаи скола зубков (и выпадения - при их выполнении из твердого сплава). Более значительная величина вылета l₂ режущей кромки зубков периферийного венца над поверхностью лапы, чем над поверхностью шарошки (l₁) обусловлена тем, что большему износу при отклонении долота в радиальном направлении от оси скважины подвержена поверхность лапы.

Угол α в интервале 45 - 75^o, который образует ось зубков 15 с осью долота в момент контакта данных зубков с породой, позволяет зубкам 15 эффективно работать как в режиме прямолинейного, так и в режиме криволинейного бурения.

Вылет режущей кромки зубков 15 периферийного венца над рабочей кромкой зубков обратного конуса в интервале l₃ = 0,01 - 0,03 D (м) подобран опытным путем и определяется необходимостью внедрения в породу рабочих зубков 15 периферийного венца на глубину выкола, что способствует уменьшению контакта с породой и износа защитных зубков 14 обратного конуса.

Данная конструкция шарошечного долота оптимизирует условия взаимодействия долота с породой при повторном вскрытии продуктивных пластов с выходом из эксплуатационных колонн ранее пробуренных скважин и наборе кривизны при бурении наклонных скважин. Это позволяет повысить эффективность бурения и стойкость долота.

Источники информации.

1. SU, авторское свидетельство, 802502, кл. E 21 B 10/16, 1981.

Изобретение используется в горной промышленности для повторного вскрытия продуктивных пластов с выходом из эксплуатационных колонн ранее пробуренных скважин, а также для набора кривизны при бурении наклонных скважин. Сущность изобретения состоит в расположении на долоте породоразрушающих зубков. Режущая кромка зубков 15 периферийного венца основного конуса шарошек выступает в радиальном направлении над поверхностью обратного конуса 10 шарошек на величину в интервале l₁ = 0,01-0,03 диаметра долота D (м). Над режущей кромкой зубков обратного конуса кромка зубков 15 выступает на величину l₂ = 0,01-0,03D. Над козырьком 2 лапы кромка зубков 15 выступает на величину l₂ = 0,02-0,05D. Оси зубков 15 в момент контакта с породой образуют с осью долота угол в интервале 45-75^o. Техническим результатом является повышение эффективности работы долота при забуривании стволов из ранее пробуренных скважин и наборе кривизны при бурении наклонных скважин. 1 ил.

Буровое шарошечное долото, включающее лапы, цапфы и закрепленные на них шарошки с основными и обратными конусами, содержащими венцы, армированные породоразрушающими зубками с режущей кромкой, отличающееся тем, что режущая кромка зубков периферийного венца основного конуса шарошек выступает в радиальном направлении над поверхностью обратного конуса шарошек на величину 0,01 - 0,03 диаметра долота D (м), над режущей кромкой зубков обратного конуса на величину в интервале 0,01 - 0,03 D, а над козырьком лапы на величину в интервале 0,02 - 0,05 D, при этом оси зубков периферийного венца образуют с осью долота угол в интервале 45 - 75^o.