БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2003 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шарошечным долотам с продувкой забоя сжатым воздухом или другим агентом.

Известно шарошечное долото [1] с продувкой забоя воздухом и воздушным охлаждением опоры.

Недостатком этого долота является то, что воздух выходит из опоры в зазор между торцем шарошки и лапой, отклоняет и рассеивает воздушный поток из гидромониторного канала, ухудшая тем самым очистку забоя. Кроме того, воздушный поток в опоре при выходе в зазоры между роликами резко отклоняется, ударяясь о поверхность лапы, что снижает его скорость, эффективность охлаждения опоры и, следовательно, ее стойкость. В процессе износа опоры происходит осевое смещение шарошки к спинке лапы, в результате чего уменьшается зазор между торцем шарошки и лапой, что влечет за собой ухудшение охлаждения опоры и ее преждевременный износ.

Известно долото [2] , в котором имеются гидромониторные каналы для очистки забоя воздушным потоком, каналы для охлаждения опоры и паз в лапе со стороны торца шарошки для выхода воздуха из опоры.

Недостатком этого долота является несовершенство системы циркуляции воздуха, которое проявляется в том, что воздушная струя, выходя из опоры, воздействует на струю воздуха из гидромониторного канала, отклоняя и рассеивая ее и тем самым снижая эффективность очистки забоя и механическую скорость бурения. Кроме того, воздушный поток, пройдя ролики, резко меняет свое направление, следствием чего является уменьшение скорости потока, эффективности охлаждения и стойкости опоры. В результате износа опоры уменьшается зазор между торцем шарошки и лапой, что также способствует перегреву опоры и преждевременному выходу ее из строя.

Целью настоящего изобретения является повышение стойкости опоры и механической скорости бурения скважин долотами с продувкой забоя сжатым воздухом или другим агентом на основе улучшения конструкции системы циркуляции воздуха в опоре и призабойной зоне.

Указанная выше цель достигается тем, что основной поток воздуха из опоры направляется в выходные каналы, идущие от основания цапфы к спинке лапы наружу и направленные под углом вверх к стенке скважины для улучшения очистки забоя от шлама.

Такая конструкция долота позволяет решить задачу повышения стойкости их опор и проходки путем более эффективного охлаждения и очистки забоя.

Долото (1) (фиг. 1) включает несколько (обычно три) взаимосвязанных лап (2), каждая из которых имеет цапфу (3), на которой смонтирована шарошка (4) с твердосплавными зубками (13, 14) или фрезерованными зубьями с возможностью вращения. На цапфе (3) размещены роликовые (5) и шариковый (6) подшипники качения. Шарошка (4) закреплена на цапфе с помощью шарикового подшипника (6) и замкового пальца (7). Система циркуляции воздуха включает гидромониторный канал (12), входные каналы (8) в лапе, канавку в лапе для сбора воздуха (9) со стороны торца шарошки (10), выходные каналы (11) в лапе и паз (15) для выхода каналов.

Как показано на фиг. 1, входной поток воздуха (а) разделяется на два потока: в гидромониторный канал (b) и в опору (с) долота. Струя воздуха (е) из гидромониторного канала (12) направлена вниз на забой, обеспечивая его очистку от шлама. Для охлаждения опоры в нее направляется воздух через каналы (8) в лапе, проходит через зазоры между телами качения и опорами подшипников и собирается в канавке (9) (см. фиг.1 и 2), откуда по каналам (11) направляется под углом вверх к спинке лапы. Для обеспечения беспрепятственного выхода потока воздуха (f) в спинке лапы выполнен специальный паз (15). Восходящий воздушный поток (f) обеспечивает вынос шлама из призабойной зоны. Выход воздуха из опор осуществляется частично и через зазоры между торцем (10) шарошки и лапой (2), но основной поток направляется в каналы (11), имеющие минимальную общую площадь поперечных сечений, удовлетворяющую соотношению:
S_з+ΣS_i≥S_вх,
где S_i - минимальная площадь поперечного сечения i-го выходного канала лапы, S_з - площадь зазора между торцем шарошки и лапой, S_вх - общая площадь сечений входных каналов лапы. Такое условие позволяет избежать возрастания давления и температуры воздуха в опоре, способствует повышению эффективности охлаждения элементов опоры.

На фиг. 1 показано долото, в котором для выхода воздуха из опоры предусмотрены каналы в спинке лапы; на фиг. 2 показан разрез лапы А-А с канавкой для сбора воздуха.

Возможность осуществления изобретения подтверждается положительными результатами стендовых испытаний буровых долот, изготовленных с применением основных принципов данного изобретения.

Источники информации
1. Нефтепромысловое оборудование. АО "Волгабурмаш": Каталог. - WSOY, Finland, 1996. - С. 27-29.

2. Патент США 4813502, кл. Е 21 В 10/18, опубл. 1989.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шарошечным долотам с продувкой воздухом. Долото имеет в лапах каналы для подвода воздуха от центрального отверстия ниппеля к опорам шарошек для их охлаждения. Выход воздуха из опоры осуществляется лишь частично через зазоры между торцом шарошки и лапой, а основной воздушный поток направляется в выходные каналы, идущие от основания цапфы к спинке лапы наружу, направленные под углом вверх к стенке скважины для улучшения очистки забоя от шлама и имеющие минимальную общую площадь поперечных сечений, удовлетворяющую соотношению S_з+ΣS_i≥S_вх, где S_i - минимальная площадь поперечного сечения i-го выходного канала лапы, S_з - площадь зазора между торцем шарошки и лапой, S_вх - общая площадь входных каналов лапы. Конструкция шарошечного долота с улучшенной циркуляцией воздуха обеспечивает более качественное охлаждение подшипников опоры и более эффективную очистку забоя от шлама, что приводит к увеличению стойкости опоры, механической скорости бурения и проходки. Повышается надежность работы долота. 2 ил.

Буровое шарошечное долото, имеющее в лапах каналы для подвода воздуха от центрального отверстия ниппеля к опорам шарошек для их охлаждения, отличающееся тем, что оно имеет выходные каналы для направления воздушного потока, идущие от основания цапфы к спинке лапы наружу, направленные под углом вверх к стенке скважины для улучшения очистки забоя от шлама и имеющие минимальную общую площадь поперечных сечений, удовлетворяющую соотношению
S_з+ΣS_i≥S_вx,
где S_i - минимальная площадь поперечного сечения i-го выходного канала лапы;
S_з - площадь зазора между торцем шарошки и лапой;
S_вx - общая площадь входных каналов лапы.