ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 1999 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для бурения скважины, в том числе в средних и крепких горных породах.

Известны шарошечные долота для бурения скважин [1], содержащие держатель с лапами, снабженными консольно выступающими цапфами, и шарошки в виде полого корпуса с выступающими над его поверхностью штырями (зубками), смонтированные с возможностью вращения на цапфах.

Недостатком известных шарошечных долот является сравнительно низкая скорость бурения и стойкость долота.

В качестве прототипа принимаем шарошечное долото [2], содержащее держатель с лапами, снабженными консольно выступающими цапфами, и шарошки в виде полого корпуса с выступающими над его поверхностью штырями (зубками), смонтированные с возможностью вращения на цапфах. Вооружение шарошек выполнено твердосплавными зубками или фрезерованными стальными зубками известных форм.

Внутренняя полость шарошки, внутри которой помещается цапфа с подшипниками, отделена от зубков непроницаемым корпусом.

Недостатком известного шарошечного долота, выбранного в качестве прототипа, является сравнительно низкая скорость бурения и проходка на долото.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы долота за счет повышения скорости бурения и проходки на долото.

Указанная цель достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем держатель с лапами, снабженными консольно выступающими цапфами, и шарошки в виде полого корпуса с выступающими над его поверхностью штырями (зубками), смонтированные с возможностью вращения на цапфах, штыри (зубки) и корпус шарошки имеют сквозные каналы, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены поршеньки (бойки), упирающиеся в цапфу, а цапфа снабжена кулачками, перемещающими бойки внутрь каналов при внедрении штырей в забой.

Предлагаемое шарошечное долото изображено на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 представлен продольный разрез одной из лап шарошечного долота конического типа; на фиг. 2 изображено сечение А-А фиг. 1.

Шарошечное долото включает в себя шарошку 1 в виде полого корпуса конического типа с выступающими над его поверхностью штырями (зубками) 2, смонтированную при помощи подшипников 3 и 4 с возможностью вращения на цапфе 5 лапы 6.

Корпус шарошки 1 и зубки 2 имеют каналы 7 с установленными в них бойками 8, которые способны перемещаться в каналах 7 под действием упругих элементов (пружин) 9 и смонтированных на цапфе 5 кулачков 10. Причем установка кулачков 10 обеспечивает погружение бойка 8 в канал 7 при внедрении зубка 2 в породу на забое и перемещение бойка в верхнее положение (выход из канала) при удалении зубка от забоя скважины.

При бурении скважины так же, как и в известном способе, шарошка 1 совместно с лапой 6 и опорой 5 вращается вокруг оси скважины, одновременно перекатываясь по забою и разрушая породу на забое внедрением в нее зубьев. Струя бурового раствора подается под давлением буровых насосов на свободный от корпуса долота участок забоя и обеспечивает удаление шлама с забоя скважины.

При внедрении зубка долота в породу боек 8 под действием кулачка 10 перемещается по каналу 7 вниз (в канал), сжимая буровой раствор в канале 7 с нагнетанием бурового раствора в трещины породы в зоне контакта с зубком и дополнительным разрушением породы. Происходит также смывание породы с внешней стороны зубка. При выходе зубка 2 долота из контакта с породой боек 8 резко освобождает полость (канал) 7 зубка 2, вызывая заполнение канала 7 буровыми раствором, сопровождающееся дополнительным импульсом и кавитацией бурового раствора, в свою очередь, возникновение кавитации приводит к дополнительному разрушению породы.

В различных условиях бурения отдельные детали долота могут отличаться от изображенных на фиг. 1 и 2. Так, для пород повышенной твердости боек 8 может быть удлинен и наносить своим концом удар по породе забоя в период погружения зубка. Кроме того, форма канала 7 в нижней части зубка 2 может иметь коническую форму для пород средней твердости и т.д.

Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в том, что благодаря сочетанию статистических нагрузок, создаваемых зубками шарошек, и ударных импульсов бурового раствора, возникающих непосредственно в зоне контакта зубка долота и породы забоя при возвратно-поступательном перемещении бойка 8 в канале 7 зубков 2, интенсивность разрушения породы на забое повышается, а износ зубков, обусловленный их трением о породу, снижается. Это позволяет снизить осевую нагрузку на долото, улучшить условия работы цапфы и подшипников.

Источники информации
1. Технология бурения глубоких скважин. Мавмотов М.Р., Алексеев Л.А., Вдовин К.И. и др. - М. "Недра", 1982, с. 58-65.

2. Авторское свидетельство СССР N 1170108 кл. E 21 B 10/22.

Изобретение относится к буровому инструменту. Шарошечное долото содержит держатель с лапами, снабженными консольно выступающими цапфами, и шарошки в виде полого корпуса с выступающими над его поверхностью штырями (зубками), смонтированные с возможностью вращения на цапфах. Штыри (зубки) и корпус шарошки имеют сквозные каналы, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены поршеньки или бойки, упирающиеся в цапфу, а цапфа снабжена кулачками, перемещающими бойки внутрь каналов при внедрении штырей в забой. Повышается эффективность работы долота за счет повышения скорости бурения и проходки на долото. 2 ил.

Шарошечное долото, содержащее держатель с лапами, снабженными консольно выступающими цапфами, и шарошки в виде полого корпуса с выступающими над его поверхностью зубками, смонтированные с возможностью вращения на цапфах, отличающееся тем, что зубки и корпус шарошки имеют сквозные каналы, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены поршеньки или бойки, упирающиеся в цапфу, а цапфа снабжена кулачками, перемещающими бойки внутрь каналов при внедрении зубков в породу на забое.