БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 2001 года по МПК E21B10/60 E21B27/00 

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 шлама.

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.

Достижение такого технического результата обеспечивается простотой и надежностью работы клапанного узла бурового долота, состоящего из корпуса и двух подпружиненных рабочих створок. Обе створки при прекращении подачи рабочего агента (воздуха) на забой скважины под действием пружин плотно прижимаются к плоскому кольцу корпуса и друг к другу, обеспечивая достаточную герметизацию. При возникновении давления над клапаном обе створки поворачиваются на своих осях и открываются, обеспечивая максимальную свободную площадь прохода очищающего агента. Потери воздуха за счет перепада давления над и под клапаном сводятся практически к нулю.

Это позволяет улучшить условия для дальнейшего прохода очищающего агента в каналы для очистки забоя скважины от шлама для охлаждения и экранирования опор.

При падении давления в трубном пространстве обе створки под действием пружин возвращаются в исходное положение, плотно прижимаясь друг к другу и к кольцу корпуса, предотвращая попадание скважинной жидкости и шлама в трубное пространство.

Стопор для закрепления клапанного узла в ниппельной полости долота может быть выполнен различным, например, в виде разжимного пружинного кольца, установленного в кольцевом пазу в верхней части ниппеля бурового долота.

На чертеже изображен участок бурового долота с клапанным узлом по настоящему изобретению. Буровое долото имеет корпус с ниппелем, предназначенным для присоединения долота к колонне бурильных труб. В верхней части ниппеля бурового долота размещается клапанный узел. Он состоит из кольца-корпуса 3 клапанного узла, в нижней части которого устанавливаются клапанные створки 1 и 2 и возвратные пружины 4 (с большим усилием сжатия) и 5 (с меньшим усилием сжатия), устанавливаемые на осях 6. Для фиксирования клапанного узла в ниппеле долота устанавливается стопорное кольцо 7.

Для предотвращения попадания шлама и жидкости в опоры долота в верхней части полости охлаждения опор устанавливается фильтр 8. Продувочные полости бурового долота оснащаются сменными насадками 10, закрепляемыми в корпусе долота с помощью обводных шплинтов 9.

Буровое долото работает следующим образом. В процессе бурения скважины исходящий поток очистного агента (воздуха или газа) подается под давлением в ниппель бурового долота. Под действием этого потока створки 1 и 2 клапанного узла, преодолевая сопротивление возвратных пружин, открываются, позволяя потоку очистного агента свободно проходить через продувочные отверстия на забой скважины и через охлаждающие отверстия в полости опор долота.

При прекращении подачи очистного агента створки клапана под действием возвратных пружин возвращаются в исходное положение, надежно перекрывая проходное сечение ниппеля, тем самым создавая воздушную подушку и препятствуя проникновению частиц выбуренной породы в трубное пространство и в опоры долота через фильтр. Первой закрывается створка 1, поджимаемая пружиной 4 с большим усилием сжатия и имеющая острый угол скоса в верхней части, за ней - створка 2, поджимаемая пружиной 5 с меньшим усилием сжатия и имеющая угол скоса контактной поверхности противоположной ориентации (острый угол в нижней части).

Преимуществом бурового долота с клапанным узлом по настоящему изобретению является простота устройства и надежность в работе, что позволяет достигнуть требуемый технический результат.

Данное изобретение может быть применено в буровых долотах расширителях и других породоразрушающих инструментах преимущественно для бурения взрывных скважин в горнорудной промышленности. Возможность осуществления изобретения подтверждается успешными стендовыми и промысловыми испытаниями опытных образцов буровых долот, изготовленных с применением клапанных узлов по настоящему изобретению.

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

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

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к буровым шарошечным долотам с клапанными узлами. Клапанный узел прост и надежен в работе. Он состоит из корпуса и двух подпружиненных рабочих створок со скосами на контактной поверхности обратной ориентации. Обе створки при прекращении подачи рабочего агента под действием пружин плотно прижимаются друг к другу и к плоскому кольцу корпуса, обеспечивая надежную герметизацию. Первой закрывается створка, поджимаемая пружиной с большим усилием сжатия и имеющая острый угол скоса в верхней части, за ней - створка, поджимаемая пружиной с меньшим усилием сжатия и имеющая угол скоса контактной поверхности противоположной ориентации. При возобновлении подачи воздуха обе створки поворачиваются на своих осях, открывая доступ воздуха в продувочные каналы и в каналы для охлаждения опор и обеспечивая максимальную свободную площадь для прохождения воздуха. Потери воздуха за счет перепада давления над и под клапаном практически нет. Буровое долото с простым и надежным в работе клапанным узлом обеспечивает резкое увеличение проходки на долото и механической скорости бурения. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Буровое долото, содержащее в ниппельной части клапанный узел, в продувочных каналах сменные насадки, а в каналах охлаждения опор фильтр для предотвращения попадания в них шлама и воды, отличающееся тем, что клапанный узел имеет корпус с парой плоских створок, подвижно закрепленных на нем и полностью перекрывающих отверстие в корпусе со стороны забоя скважины, а также оси, относительно которых створки установлены с возможностью поворота, открывая отверстие в корпусе, пружины, фиксирующие положение закрытых створок, и стопор положения клапанного узла в полости ниппеля. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что корпус клапанного узла имеет со стороны забоя кольцевое плоское основание для контакта с плоскостями створок. 3. Долото по п.1 или 2, отличающееся тем, что створки клапанного узла имеют скосы на контактной поверхности противоположной ориентации. 4. Долото по п.3, отличающееся тем, что створки клапанного узла установлены с возможностью поджатия при помощи пружин с различным усилием сжатия.