ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2003 года по МПК E21B10/08 E21B10/30 

Изобретение откосится к шарошечному долоту и предназначено для бурения скважин.

Известно шарошечное долото /1/, содержащее лапы с закрепленными калибрующими элементами.

Лапы такого долота выполнены с наклоном спинки в сторону, противоположную вращению долота.

Общим с предложенным техническим решением признаками являются наличие калибрующих элементов, закрепленных на лапах долота, и возможности увеличения подъемной силы продувочного агента со шламом.

Однако следует заметить, что калибрующие элементы у известного устройства выполнены сгруппированными в плоскости наружной поверхности лап, а не по периметру окружности вращения долота, следовательно, не имеют равномерного касания со стенкой скважины, что несколько ухудшает динамику вращения долота.

Этим же объясняется недостаточная величина подъемном силы продувочного агента со шламом.

Известно другое устройство /2/, содержащее корпус с лапами и шарошками, а также калибратор в виде втулки с вырезами, армирующие элементы, которые сгруппированы в два сектора, напротив друг друга.

Недостатком данного устройства является наличие выреза в нижней части втулки на размер лап, что будет способствовать накоплению крупных частиц шлама над лапой и износу ее козырька, а следовательно, обнажению периферийного ряда подшипников.

Кроме того, в этом устройстве отсутствуют условия для увеличения подъемной силы продувочного агента, которая бы способствовала удалению крупных частичек шлама от козырьков лап и уменьшению их повторного переизмельчения.

Сгруппирование армирующих элементов в два сектора создает не совсем минимальный уровень вибрации долота при бурении.

Целью настоящего изобретения является повышение долговечности долота за счет улучшения продувки и снижения уровня вибрации при бурении, а также уменьшения трудоемкости извлечения армирующих элементов из отработанного стабилизатора.

Указанная цель достигается тем, что шарошечное долото, содержащее корпус, лапы с шарошками и размещенный на корпусе стабилизатор, выполненный в виде съемной цилиндрической втулки с армирующими элементами, отличается тем, что на наружной поверхности которой выполнены каналы, имеющие наклон в сторону, противоположную вращению долота под углом 45^o к образующей цилиндра, при этом втулка выполнена со сквозными отверстиями для размещения армирующих элементов, причем каждый армирующий элемент имеет наружную твердосплавную вставку и внутреннюю подпорную вставку, выполненную из материала втулки.

Благодаря наличию каналов получаем возможность при вращении долота создавать дополнительную подъемную силу продувочного агента, что позволяет успешно транспортировать более крупные частички породы от забоя скважины и козырьков лап долота, предотвращая последние от чрезмерного износа.

Кроме того, в связи с непрерывным контактом втулки со стенкой скважины по всему периметру окружности вращения получаем минимальный уровень вибрации при вращении долота и уменьшение усилий на боковую поверхность стабилизатора в процессе бурения.

На приведенном чертеже иллюстрируется шарошечное долото, где на фиг.1 показан общий вид долота с продольным сечением, на фиг.2 - вид сверху.

Шарошечное долото состоит из корпуса 1, лап 2 с шарошками 3 и стабилизатора 4 в виде съемной цилиндрической втулки 5 с армирующими элементами 6.

На наружной поверхности 7 втулки 5 выполнены каналы 8 с наклоном в сторону, противоположную вращению долота под углом 45^o к образующей цилиндра, при этом втулка 5 выполнена со сквозными отверстиями 9 для размещения армирующих элементов 6, причем каждый армирующий элемент 6 имеет наружную твердосплавную вставку 10 и внутреннюю подпорную вставку 10, выполненную из материала втулки 5.

Втулка 5 может быть выполнена из любого износостойкого материала: стали пластмассы, капрона и т. д, как с помощью механической обработки, так и с помощью литья.

Долото работает следующим образом.

При вращении долота шарошки 3 перекатываются по забою скважины, разрушая горную породу. Частички бурового шлама /разрушенной горной породы/ потоком продувочного агента выносятся на поверхность скважины. При этом из-за недостаточной величины подъемной силы продувочного агента наиболее крупные частички разрушенной горной породы зависают над забоем скважины и вторично переизмельчаются, снижая скорость бурения и истирая нижнюю часть лапы 2, т.е. ее козырек. Благодаря наличию каналов 8, расположенных на наружной поверхности 7 втулки 5 и имеющих наклон в сторону, противоположную вращению долота под углом 45^o к образующей цилиндра, создается дополнительная подъемная сила продувочного потока и частички породы, включая частички крупного скола, будут более успешно увлекаться потоком и уноситься из пространства между нижней частью лапы 2 и стенкой скважины /не показана/, тем самым уменьшая износ лапы 2, а следовательно, подшипника в целом.

Таким образом, втулка 5 с каналами 8 работает в режиме насоса.

Одновременно в процессе бурения стабилизатор 4 своей наружной поверхностью 7 по всему периметру окружности втулки 5 имеет постоянный контакт со стенкой скважины, что делает работу долота стабильной, снижая уровень вибрации и способствуя уменьшению износа лапы 2, в первую очередь ее нижней части.

В свою очередь, наличие каналов 8, через которые проходит основная часть продувочного агента, позволяет величину зазора между втулкой 5 и стенкой скважины свести до минимума.

После того, как долото отработало свой ресурс, с него снимается стабилизатор 4 и извлекаются армирующие элементы 6, при этом снижению трудоемкости их извлечения способствует наличие сквозных отверстия во втулке 5 стабилизатора 4.

Следует заметить, что стабилизатор может быть заменен по мере его износа в процессе бурения при забуривании очередной скважины.

Извлеченный твердый сплав может вторично использоваться при изготовлении следующей партии стабилизаторов.

Технические преимущества заявленного технического решения по сравнению с прототипом заключаются в следующем:
- наличие на наружной поверхности втулки каналов, имеющих наклон в сторону, противоположную вращению долота под углом 45^o к образующей цилиндра, позволяет создать дополнительную подъемную силу продувочного потока и своевременно уносить частички разрушенной породы, особенно крупного скола, из пространства между нижней частью лапы и стенкой скважины, предотвращая их вторичное переизмельчение, что благоприятно влияет на величину скорости бурения, а кроме того, уменьшается износ самой лапы в нижней части, тем самым увеличивается срок службы самого долота;
- выполнение втулки со сквозными отверстиями для размещения армирующих элементов, имеющих каждый наружную твердосплавную вставку и внутреннюю подпорную вставку, выполненную из материала втулки, позволяет уменьшить трудозатраты при извлечении твердого сплава из отработанного стабилизатора и вторично использовать его при изготовлении дальнейшей продукции;
- наличие каналов на наружной поверхности втулки, через которые проходит основная часть продувочного агента, позволяет величину зазора между втулкой и стенкой скважины свести до минимума.

Совокупность указанных технических преимуществ заявленного объекта по использованию в новом качестве по сравнению с прототипом обеспечивает положительный эффект согласно цели настоящего изобретения, заключающийся в повышении долговечности долота за счет улучшения условий продувки и снижения уровня вибрации, а также уменьшения трудоемкости извлечения армирующих элементов из отработанного стабилизатора.

Источники информации
1. А.С. СССР 1467157 от 1989 г., кл. 21 В 10/26 /аналог/.

2. А.С. СССР 1421845 от 1988 г., кл. 21 В 10/26 /прототип/.

Изобретение относится к шарошечному долоту, предназначенному для бурения скважин. Шарошечное долото содержит корпус, лапы с шарошками и размещенный на корпусе стабилизатор, выполненный в виде съемной цилиндрической втулки с армирующими элементами. На наружной поверхности втулки стабилизатора выполнены каналы, имеющие наклон в сторону, противоположную вращению долота под углом 45^o к образующей цилиндра. Втулка выполнена со сквозными отверстиями для размещения армирующих элементов. Каждый армирующий элемент имеет наружную твердосплавную вставку и внутреннюю подпорную вставку, выполненную из материала втулки. Изобретение позволяет повысить долговечность долота за счет улучшения продувки и снизить уровень вибрации при бурении, а также уменьшить трудоемкость извлечения армирующих элементов из отработанного стабилизатора. 2 ил.

Шарошечное долото, содержащее корпус, лапы с шарошками и размещенный на корпусе стабилизатор, выполненный в виде съемной цилиндрической втулки с армирующими элементами, отличающееся тем, что на наружной поверхности втулки выполнены каналы, имеющие наклон в сторону, противоположную вращению долота под углом 45^o к образующей цилиндра, при этом втулка выполнена со сквозными отверстиями для размещения армирующих элементов, причем каждый армирующий элемент имеет наружную твердосплавную вставку и внутреннюю подпорную вставку, выполненную из материала втулки.