БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 2001 года по МПК E21B10/60 

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и других породоразрушающих инструментах, преимущественно при бурении взрывных скважин с продувкой забоя воздухом.

Известно буровое долото, содержащее корпус с продувочными каналами и породоразрушающими органами в виде шарошек и обратный клапан, состоящий из патрубка с перфорированной воронкой и размещенный в центральной части полости корпуса для предотвращения попадания частиц выбуренной породы (шлама) и воды через каналы охлаждения в опоры шарошек бурового долота при наращивании труб или при остановке компрессора, подающего воздух в скважину (1).

Существенным недостатком данного долота является сложность конструкции клапанного узла и, как следствие этого, значительная стоимость.

Кроме того, при остановке компрессора скважинная жидкость, попадая вместе со шламом через сопловую полость в перфорированную воронку, имеет возможность попадать в полость внутритрубного пространства над воронкой, а также и в узкое пространство между стенкой перфорированного патрубка и упругим уплотнением, уменьшая и без того ограниченное габаритами и размером отверстий сечение, затрудняя проход охлаждающего и очищающего агента (воздуха) к забою скважины.

При этом конструкция узла клапана при возможном его засорении создает слишком большой перепад давления в пространствах под и над клапаном, снижая эффект охлаждения опор и очистки забоя от шлама.

Известно также буровое долото с центральной продувкой забоя (2), в корпусе которого предусматривается центральное отверстие-сопло с установленным в нем обратным клапаном лепесткового типа. При создании давления в трубном пространстве рабочие лепестки клапана сжимают возвратную пружину, установленную между ними, открывая с двух сторон боковые окна в стенке клапана, в которые проходит сжатый воздух, попадающий в дальнейшем в центральную часть забоя для его очистки от выбуренной породы.

Недостатком такого клапанного устройства является затрудненная очистка периферийной части забоя, поскольку весь очищающий агент поступает лишь в центральную зону.

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

Это достигается простотой и надежностью работы центрального бескорпусного клапанного узла, состоящего из седла, возвратной пружины, клапанной шайбы, установочного кольца и пружинного стопорного кольца.

Неподвижно закрепленное седло обеспечивает достаточную жесткость, герметизацию со стороны ниппеля и со стороны клапанной шайбы, необходимые для длительной работы клапанной системы под воздействием пружины, давления в системе продувки и от столба жидкости в скважине.

В центре седла предусмотрено отверстие для прохода сжатого воздуха в системы очистки забоя и охлаждения опор. Конструкция седла клапанного узла может быть различной, например в виде кольца с центральным отверстием - плоской шайбы.

Герметизация проходного отверстия со стороны ниппеля и со стороны клапанной шайбы может осуществляться, например, за счет обрезиненного слоя по всей поверхности седла или приклейкой к нему уплотняющих прокладок.

Клапанная шайба выполнена таким образом, чтобы ее центральная сплошная часть полностью перекрывала центральное отверстие седла, а предпериферийная часть - с отверстиями, которые, в свою очередь, перекрываются сплошной частью седла (в закрытом состоянии). Пружина выполняется и устанавливается таким образом, чтобы она контактировала с периферийной частью клапанной шайбы и установочного кольца. При этом размер пружины по наружнему диаметру должен соответствовать диаметру полости ниппеля.

В глубине расточки ниппеля, на ее торцевой части, помещается установочное кольцо с внутренним буртом для центровки пружины. Возможен также вариант установки пружины без установочного кольца, непосредственно на уступ расточки ниппеля. Седло клапана жестко закрепляется на уступе расточки ниппеля различными способами, например, с помощью разжимного стопорного пружинного кольца, устанавливаемого выше седла в кольцевую канавку, выполненную в верхней части расточки ниппеля.

На чертеже показан фрагмент бурового долота с клапанным узлом по настоящему изобретению. Долото имеет корпус с резьбовым ниппелем, предназначенным для присоединения к колонне бурильных труб. Во внутренней части ниппеля бурового долота размещается клапанный узел. Он состоит из седла 1, покрытия седла (резины) 2 с кольцевым выступом 3 со стороны контакта с клапанной шайбой 4, имеющей ряд отверстий 5 на периферийной части, установочного кольца 6 и возвратной пружины 7. Для фиксирования клапанного узла в ниппеле устанавливается разжимное стопорное кольцо 8. Для предотвращения попадания шлама и жидкости в опоры долота на входе в систему охлаждения опор устанавливаются фильтры 9.

Клапанный узел бурового долота работает следующим образом. В процессе бурения скважины поток очищающего агента (воздуха) подается в ниппельную часть бурового долота. Под действием этого потока клапанная шайба 4 вместе с возвратной пружиной 7 сдвигаются внутрь полости ниппеля и пропускают очищающий агент через отверстия 5 в клапанной шайбе 4 и установочном кольце 4 - к забою скважины (через специальные сопла-насадки 10, закрепляемые в корпусе долота с помощью колец 11) и через фильтры 9 - в охлаждающие каналы полости опор.

При прекращении подачи продувочного агента клапанная шайба 4 под воздействием возвратной пружины 7 возвращается в исходное положение, плотно прижимаясь к выступу 3 поверхности 2 седла 1, тем самым надежно предотвращая возможность подъема скважинной жидкости со шламом в трубное пространство.

При этом для оптимальной работы систем охлаждения опор и очистки забоя от выбуренной породы необходимо соблюдать следующие соотношения площадей сечения:
S₁ > S₃ ≥ S₂ >S₄,
где S₁ - площадь сечения трубного пространства, мм²;
S₂ - площадь центрального отверстия седла клапанного узла, мм²;
S₃ - суммарная площадь периферийных отверстий в клапанной шайбе, мм²;
S₄ - сумма площадей поперечного сечения отверстий во всех насадках-соплах системы очистки забоя и наименьших сечений каналов системы охлаждения опор, мм².

Выполнение этих условий сводит перепад давления продувочного агента над и под клапаном практически к нулю.

Преимуществом бурового долота с клапанным узлом по предлагаемому изобретению является простота устройства, практически нулевой перепад давления в клапанном устройстве, высокая надежность в работе, что позволяет достигнуть требуемый технический результат.

Данное изобретение может быть применено в буровых долотах для бурения взрывных скважин с очисткой забоя воздухом в горнорудной промышленности.

Возможность осуществления изобретения подтверждается успешными стендовыми и промысловыми испытаниями опытных образцов буровых долот, изготовленных с применением клапанных узлов буровых долот по настоящему изобретению.

Предлагаемое буровое долото с простым и надежным в работе клапанным узлом обеспечивает резкое увеличение проходки на долото и механической скорости бурения в обводненных скважинах.

Источники информации
1 . Патент США N 4154313, кл. 175/318 (E 21 B 9/08), опубликован 15.05.1979 г.

2. Каталог-справочник "Горнодобывающее и нефтепромысловое оборудование, выпускаемое ОАО "Волгабурмаш", Лондон, 1998 г., стр. 12.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шарошечным долотам. Буровое долото содержит в ниппельной части клапанный узел, в продувочных каналах сменные насадки-сопла, а в каналах охлаждения опор фильтры для предотвращения попадания в них шлама и воды. Клапанный узел имеет неподвижно закрепленное на стенке ниппеля седло с центральным отверстием и с герметизирующим покрытием со всех сторон, клапанную шайбу с отверстием и возвратную пружину, фиксирующую закрытое положение клапанного узла. Буровое долото с простым и надежным в работе клапанным узлом обеспечивает резкое увеличение проходки на долото и механической скорости бурения в обводненных скважинах. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Буровое долото, содержащее в ниппельной части клапанный узел, в продувочных каналах сменные насадки-сопла, а в каналах охлаждения опор фильтры для предотвращения попадания в них шлама и воды, отличающееся тем, что клапанный узел имеет неподвижно закрепленное на стенке ниппеля седло с центральным отверстием и с герметизирующим покрытием со всех сторон, клапанную шайбу с отверстиями и возвратную пружину, фиксирующую закрытое положение клапанного узла. 2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что клапанная шайба выполнена с центральной сплошной частью, перекрывающей отверстие седла, и с отверстиями на периферии, которые, в свою очередь, в закрытом положении клапанного узла перекрываются сплошной периферийной частью седла. 3. Буровое долото по п.1 или 2, отличающееся тем, что суммарная площадь периферийных отверстий в клапанной шайбе равна или более площади центрального отверстия седла клапанного узла.