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 долота со встроенным обратным клапаном, предназначенные для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (авт. св. СССР 168211, МКИ Е 21 В 23/20, опубл. БИ 4, 1965, авт. св. СССР 250065, МКИ Е 21 В 9/080, опубл. БИ 26, 1968).

Однако данные конструкции обладают повышенными аэродинамическими сопротивлениями, возникающими при продувке скважины в результате того, что главные проходные каналы клапанов затенены расположенными внутри них деталями в виде запорных и упругих элементов, опорных и ограничительных буртиков и др.

Повышенные аэродинамические сопротивления вызывают рост давления в пневмотранспортной системе бурового станка, что приводит к дополнительным затратам энергии, сокращает срок службы насосно-компрессорного оборудования и электроприводов.

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

Упомянутая конструкция (прототип) 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 предшествующими 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.

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

Это достигается тем, что в шарошечном долоте со встроенным обратным клапаном, предназначенном для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью и содержащем ниппель с каналами в лапах для продувки опор, продувочный насадок, закрепленный в центральном отверстии долота, обратный клапан, включающий распределитель потока, установленный с возможностью осевого перемещения на корпусе, выполненном в виде полого двухступенчатого цилиндра, у которого ступень меньшего диаметра корпуса соединена с продувочным насадком и оснащена боковыми окнами, а ступень большего диаметра закрыта глухой крышкой и выполнена у основания с отверстиями, распределитель потока выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, причем ступени большего и меньшего диаметров охватывают соответствующие ступени корпуса, а в кольцевой камере между стенками корпуса и распределителя потока расположена пружина, опирающаяся одним концом на внутренний уступ ступеней распределителя потока, а другим концом - на наружный уступ ступеней корпуса, при этом боковые окна расположены так, что в нерабочем положении клапана одна их часть на половину высоты перекрыта ступенью меньшего диаметра распределителя потока, опирающейся на ограничительное кольцо, а другая часть выходит в кольцевую камеру между корпусом и распределителем потока.

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

Позиции на чертеже обозначают:
1 - ниппель долота; 2 - каналы для продувки опор; 3 - продувочный насадок; 4 - распределитель потока продувки; 5 - корпус обратного клапана; 6 - крышка; 7 - кольцевая камера; 8 - пружина; 9 - боковые окна; 10 - отверстия; 11 - ограничительное кольцо разрезное.

Предлагаемое шарошечное долото работает следующим образом.

Для проходки скважины ниппель 1 долота соединяют с буровым ставом (на фиг. 1 став не показан) и внутрь става нагнетают поток продувки под давлением, который, воздействуя на гидравлически неуравновешенную площадь распределителя потока 4, перемещает его, сжимая пружину 8, при этом открываются боковые окна 9 и поток продувки устремляется во внутренний канал корпуса 5 клапана, а из него через продувочный насадок 3 идет в забой скважины на вынос продуктов разрушения. Одновременно поток продувки через каналы 2 в лапах долота поступает на продувку опор шарошек (шарошки на чертеже не показаны). Это рабочий режим продувки при бурении скважины.

Следует отметить, что проходя через клапан, поток продувки встречает минимально возможные местные аэродинамические сопротивления, представляющие собой сопротивления входа в боковые окна 9 с одинарными тонкими стенками, далее поток продувки идет по каналу, сечение которого такое же, как и у продувочного насадка 3, поэтому дополнительные затраты энергии на пропуск потока через клапан будут пренебрежимо малы.

В случае прекращения процесса бурения, отключения подачи в забой потока продувки и оставлении долота на забое, сжатая пружина 8 переместит распределитель потока 4 до упора торца его в ограничительное кольцо 11. При этом ступень меньшего диаметра распределителя потока 4 перекроет боковые окна 9 и в полости центрального канала корпуса 5 обратного клапана, в полости ниппеля 1, в продувочных каналах 2 опор шарошек, а также внутри бурового става сохранится повышенное давление потока продувки, равное тому значению, которое было в момент прекращения продувки. Поэтому все отмеченные полости будут надежно защищены от поступления в них загрязненной жидкости и шлама из забоя скважины и затрубного пространства.

Следует обратить внимание и на тот факт, что конструкция обратного клапана предлагаемого шарошечного долота предельно упрощена. Она составлена всего из пяти деталей, включая три элементарно простые типовые детали, такие как разрезное кольцо 11, пружина 8 и крышка 6. По сравнению с известными аналогами и прототипом предлагаемая конструкция имеет минимально возможную высоту, так как в ней совмещены в пространстве в нерабочем положении обратного клапана распределитель потока 4, пружина 8 и частично боковые окна 9.

Шарошечное долото предназначено для бурения скважин в горной промышленности с продувкой забоя воздухом или воздушно-водяной смесью. Шарошечное долото содержит ниппель с каналами в лапах для продувки опор, продувочный насадок, закрепленный в центральном отверстии долота, обратный клапан, включающий распределитель потока, установленный с возможностью осевого перемещения на корпусе, выполненном в виде двухступенчатого цилиндра, у которого ступень меньшего диаметра корпуса соединена с продувочным насадком и оснащена боковыми окнами, а ступень большего диаметра закрыта глухой крышкой и выполнена у основания с отверстиями. Распределитель потока выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, причем ступени большего и меньшего диаметров охватывают соответствующие ступени корпуса. В кольцевой камере между стенками корпуса и распределителя потока расположена пружина, опирающаяся одним концом на внутренний уступ ступеней распределителя потока, а другим концом - на наружный уступ ступеней корпуса. Боковые окна расположены так, что в нерабочем положении клапана одна их часть на половину высоты перекрыта ступенью меньшего диаметра распределителя потока, опирающейся на ограничительное кольцо, а другая часть выходит в кольцевую камеру между корпусом и распределителем потока. Упрощается конструкция, повышается надежность работы шарошечного долота. 1 ил.

Шарошечное долото, содержащее ниппель с каналами в лапах для продувки опор, продувочный насадок, закрепленный в центральном отверстии долота, обратный клапан, включающий распределитель потока, установленный с возможностью осевого перемещения на корпусе, выполненном в виде двухступенчатого цилиндра, у которого ступень меньшего диаметра корпуса соединена с продувочным насадком и оснащена боковыми окнами, а ступень большего диаметра закрыта глухой крышкой и выполнена у основания с отверстиями, отличающееся тем, что распределитель потока выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, причем ступени большего и меньшего диаметров охватывают соответствующие ступени корпуса, а в кольцевой камере между стенками корпуса и распределителя потока расположена пружина, опирающаяся одним концом на внутренний уступ ступеней распределителя потока, а другим концом - на наружный уступ ступеней корпуса, при этом боковые окна расположены так, что в нерабочем положении клапана одна их часть на половину высоты перекрыта ступенью меньшего диаметра распределителя потока, опирающейся на ограничительное кольцо, а другая часть выходит в кольцевую камеру между корпусом и распределителем потока.