ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2002 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к бурению скважин в горной промышленности, а именно к шарошечным долотам со встроенным обратным клапаном, используемым для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью.

Известны шарошечные долота со встроенным обратным клапаном, предназначенные для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (авт. св. СССР 250065, МКИ Е 21 В 9/08, опубл. БИ 26, 1968; 1444501, МКИ⁴ Е 21 В 10/08, опубл. БИ 46, 1988).

Однако первое из них обладает большими аэродинамическими сопротивлениями, возникающими в результате малых сечений проходных каналов, что вызывает при бурении неоправданный рост давления в пневмотранспортной системе бурового станка, ведет к дополнительным затратам энергии, напряженному режиму работы насосно-компрессорного оборудования и интенсивному износу механизмов; второе требует оснащения первой трубы бурового става специальным переводником с горизонтальным обратным клапаном, что усложняет конструкцию бурового снаряда.

Отмеченные недостатки частично устранены в шарошечном долоте (патент SU 1806256 A3, кл. Е 21 В 10/18, опубл. БИ 12, 1993), которое является наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению и принято в качестве прототипа.

Упомянутая конструкция представляет собой шарошечное долото, содержащее клапан, выполненный в виде полого цилиндра с крышкой, соединенный с ниппелем долота, имеющий сквозные радиальные отверстия, расположенные в три яруса, снабженный сплошной перегородкой, разделяющей его полость на две части, в одной из них расположен подпружиненный в продольном направлении золотник, имеющий радиальные отверстия и установленный так, что в нерабочем положении клапана его радиальные отверстия перекрыты внутренней поверхностью клапана, а в рабочем положении они совмещаются со средними отверстиями клапана, сообщенными с кольцевой полостью ниппеля долота.

В этом шарошечном долоте по сравнению с предыдущими аналогами увеличены проходные сечения каналов, но, прежде чем поступить в забой скважины, поток продувки должен неоднократно изменять свое направление, преодолевая местные сопротивления, что в конечном итоге вызывает повышенное общее аэродинамическое сопротивление клапана.

Задачей изобретения является упрощение конструкции долота со встроенным обратным клапаном без изменения устройства ниппельной части серийного шарошечного долота и уменьшение потерь давления потока продувки при пропуске его через обратный клапан.

Это достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем полый ниппель с наклонными каналами в лапах для продувки опор шарошек, центральное отверстие с закрепленным в нем продувочным насадком, соединенным с обратным клапаном, включающим корпус с боковыми окнами, внутри которого расположен поршень, крышку, распределитель потока продувки, пружину, распределитель потока продувки охватывает корпус, установлен на нем с возможностью перемещения вдоль его оси и связан с поршнем посредством стержня, один конец которого закреплен в торце поршня, а на другом конце в отверстии, перпендикулярном стержню, установлен палец, который входит в продольные прорезы, выполненные на диаметрально противоположных сторонах корпуса, и свободными концами закреплен в отверстиях распределителя потока продувки, причем крышка выполнена с отверстием, а пружина надета на корпус и опирается одним концом на ограничительную шайбу, а другим концом - на торец распределителя потока продувки, при этом в нерабочем положении клапана боковые окна и продольные прорезы перекрыты распределителем потока продувки с возможностью непрерывного кругового уплотнения по корпусу обратного клапана.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан вертикальный разрез шарошечного долота со встроенным обратным клапаном.

Позиции на чертеже обозначают:1 - ниппель; 2 - каналы продувки опор; 3 - центральное отверстие; 4 - продувочный насадок; 5 - корпус обратного клапана; 6 - боковые окна; 7 - поршень; 8 - крышка; 9 - отверстие в крышке; 10 - распределитель потока продувки; 11 - пружина; 12 - ограничительная шайба; 13 - стержень; 14 - палец; 15 - продольные прорезы; 16 - отверстия.

Предлагаемое шарошечное долото работает следующим образом.

Для проходки скважины ниппель 1 долота соединяют с буровым ставом (на чертеже став не показан), и внутрь става нагнетают поток продувки под давлением, который, проникая через отверстие 9, воздействует на поршень 7 и через связанные с ним стержень 13, палец 14 передает усилие на распределитель потока продувки 10, последний, перемещаясь, сжимает пружину 11 и открывает боковые окна 6 до тех пор, пока палец 14, скользя по продольным прорезам 15, не упрется в их основания. Этому положению соответствует полное открытие окон 6, и поток продувки будет поступать из полости ниппеля 1 через окна 6 в канал корпуса 5, в продувочный насадок 4 и далее в забой скважины на вынос продуктов разрушенной породы, не встречая на этом пути существенных аэродинамических сопротивлений.

Одновременно из полости ниппеля 1 по наклонным каналам 2 часть потока продувки будет поступать в опоры шарошек (шарошки на чертеже не показаны). Это рабочий режим продувки забоя при углубке скважины.

В случае прекращения процесса бурения, отключения подачи в забой потока продувки и оставления долота на забое сжатая пружина 11 переместит распределитель потока 10, а вместе с ним и поршень 7 в исходное нерабочее положение. При этом распределитель потока продувки 10 своей боковой поверхностью надежно перекроет боковые окна 6 и продольные прорезы 15.

Надежность герметизации в данном случае будет гарантирована не только свободным выбором высоты зон непрерывного кругового уплотнения по корпусу обратного клапана, но также и тем, что боковая поверхность его не имеет разрывов сплошности. Поэтому все полости, находящиеся за обратным клапаном, будут защищены от поступления в них загрязненной жидкости и шлама из забоя скважины и затрубного пространства.

Как видно из описания и чертежа, предлагаемая конструкция шарошечного долота со встроенным обратным клапаном, предназначенного для бурения скважин в горной промышленности с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью, для реализации ее в промышленности не требует изменения ниппельной части серийно изготовляемых шарошечных долот; она обладает минимально возможными аэродинамическими сопротивлениями, возникающими только при входе потока продувки в боковые окна и продольные прорезы в корпусе клапана, имеющего тонкие стенки (не более 4 - 5 мм); наиболее ответственные детали защищены от абразивного износа и блокирования (зашламовывания) их раздробленной породой, так как они расположены не внутри основного канала корпуса обратного клапана, а вне его - в полости ниппеля. Это прежде всего относится к распределителю потока продувки и пружине; обратный клапан скомпонован из очень простых и технологичных деталей.

Шарошечное долото предназначено для бурения скважин в горной промышленности с продувкой забоя воздухом или воздушно-водяной смесью. Шарошечное долото содержит полый ниппель с наклонными каналами в лапах для продувки опор шарошек, центральное отверстие с закрепленным в нем продувочным насадком, соединенным с обратным клапаном, включающим корпус с боковыми окнами, внутри которого расположен поршень, крышку, распределитель потока продувки, пружину. Распределитель потока продувки охватывает корпус, установлен на нем с возможностью перемещения вдоль его оси и связан с поршнем посредством стержня, один конец которого закреплен в торце поршня, а на другом конце в отверстии, перпендикулярном стержню, установлен палец, который входит в продольные прорезы, выполненные на диаметрально противоположных сторонах корпуса, и свободными концами закреплен в отверстиях распределителя потока продувки. Крышка выполнена с отверстием, а пружина надета на корпус и опирается одним концом на ограничительную шайбу, а другим концом - на торец распределителя потока продувки. В нерабочем положении клапана боковые окна и продольные прорезы перекрыты распределителем потока продувки с возможностью непрерывного кругового уплотнения по корпусу обратного клапана. Упрощается конструкция и повышается надежность работы шарошечного долота. 1 ил.

Шарошечное долото, содержащее полый ниппель с наклонными каналами в лапах для продувки опор шарошек, центральное отверстие с закрепленным в нем продувочным насадком, соединенным с обратным клапаном, включающим корпус с боковыми окнами, внутри которого расположен поршень, крышку, распределитель потока продувки, пружину, отличающееся тем, что распределитель потока продувки охватывает корпус, установлен на нем с возможностью перемещения вдоль его оси и связан с поршнем посредством стержня, один конец которого закреплен в торце поршня, а на другом конце в отверстии, перпендикулярном стержню, установлен палец, который входит в продольные прорезы, выполненные на диаметрально противоположных сторонах корпуса, и свободными концами закреплен в отверстиях распределителя потока продувки, причем крышка выполнена с отверстием, а пружина надета на корпус и опирается одним концом на ограничительную шайбу, а другим концом - на торец распределителя потока продувки, при этом в нерабочем положении клапана боковые окна и продольные прорезы перекрыты распределителем потока продувки с возможностью непрерывного кругового уплотнения по корпусу обратного клапана.