Буровое трехшарошечное долото Российский патент 2004 года по МПК E21B10/18 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к промывочным системам буровых шарошечных долот.

Известно буровое долото, система промывки которого состоит из центральной втулки с радиальными прорезями и боковых эжекционных насадок [1].

При работе такого долота из-за отсутствия боковых гидромониторных насадок, обращенных к забою скважины, недостаточно эффективно омывается его периферийная, наиболее шламозагруженная зона, что неизбежно приводит к неравномерному и преждевременному износу вооружения шарошек, особенно их периферийных зубьев, и некачественной очистке забоя.

Известно также буровое шарошечное долото, комбинированная промывочная система которого включает эжекционные, периферийные и центральный промывочные узлы [2].

Недостатком данной схемы промывки является нерациональная конструкция центрального промывочного узла, особенно выполнение его радиальных прорезей, что при работе приводит к противодействию и взаимогашению поперечных и вертикальных потоков промывочной жидкости. Кроме того, наличие в долоте эжекционных, периферийных и центрального промывочных узлов требует экспериментальной оптимизации соотношения их выходных геометрических параметров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является буровое трехшарошечное долото, содержащее корпус, установленные на опорах шарошки и комбинированную схему промывки, состоящую из двух боковых гидромониторных и одной центральной насадки [3].

Наличие в гидромониторном долоте дополнительной центральной насадки хотя и положительно с точки зрения очистки центра долота и забоя, однако, такая конструкция всегда требует научного обоснования соотношения объёмов подаваемой жидкости в центр и на периферию забоя скважины. Из-за отсутствия такого обоснования в процессе работы долота в плоскости забоя может иметь место интерференция поперечных потоков промывочной жидкости, их взаимогашение и хаотическое движение выбуренного шлама. Вытекающая из центральной насадки струя промывочной жидкости имеет ограниченное, локальное воздействие только на вершины шарошек. Разбившись о вершины шарошек, жидкость сразу поднимается вверх, не принимая никакого участия в очистке забоя и зубьев шарошек от выбуренного шлама. Эта тенденция особенно отрицательно влияет на работу буровых долот большого диаметра с их склонностью к сальникообразованию.

Цель настоящего изобретения - увеличение площади струйного воздействия на центральную зону забоя и противодействие сальникообразованию на долоте.

Поставленная цель достигается тем, что в буровом трехшарошечном долоте, состоящем из лап, составляющих корпус долота, установленных на опорах шарошек, и комбинированной системы промывки, состоящей из двух боковых и одной центральной насадок, центральная насадка выполнена с верхней сужающейся частью, средней цилиндрической и нижней расширяющейся частями с наличием трех радиальных отверстий в цилиндрической части. Центральная насадка долота выполнена по форме подобно соплу Лаваля. Это свойство сопла Лаваля - большой вакуум в центральной цилиндрической части и в начале расширяющейся зоны - используется для обеспечения подсоса жидкости из надшарошечного пространства в струю. Для этого в центральной, наименьшей диаметральной части насадки выполнены три радиальных отверстия, площадь выходных сечений которых связана с площадью наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки следующими соотношениями:

,

где F_дч - площадь выходного сечения наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки, мм²;

ΣF_р.отв - суммарная площадь выходных сечений трех радиальных отверстий центральной насадки, мм².

При этом суммарная площадь выходных сечений двух боковых гидромониторных насадок и площадь выходного сечения наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки, в свою очередь, выполняются в следующем соотношении:

ΣF_бн/ F_дч=1,6÷1,8,

где ΣF_бн - суммарная площадь выходных сечений двух боковых гидромониторных насадок, мм².

Наименьшие значения указанных соотношений применимы к долотам малых размеров, а наибольшие - к долотам больших размеров.

Выполнение центральной насадки по форме, подобной соплу Лаваля, позволяет при работе долота повысить кинетическую энергию вытекающего потока, его турбулизацию и область воздействия. Скорость потока промывочной жидкости в наименьшей диаметральной части, которая служит переходной зоной между сужающейся и расширяющейся частями насадки, будет максимальной, за счет чего в этой зоне создается разрежение. Вследствие разрежения через радиальные отверстия будет происходить подсасывание дополнительного объема жидкости, что значительно уменьшит образование "мертвых" застойных зон в надшарошечном пространстве, повысит площадь струйного воздействия и ударную силу вытекающего из насадки потока.

Применение в центральной насадке трех радиальных отверстий позволяет обеспечить противодействие образованию внутридолотных сальников и сальников на вооружении шарошек.

Струя жидкости при входе в центральную насадку испытывает значительное сжатие. В месте сжатия струи создается большой вакуум, благодаря чему возрастает подсасывание жидкости и расход жидкости увеличивается. Таким образом, предлагаемые насадки позволяют пропускать большее количество жидкости.

На фиг.1 показан общий вид долота; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

Буровое трехшарошечное долото состоит из корпуса, составленного из трех лап 1, установленных на опорах 2 шарошек 3 и двух гидромониторных насадок 4. В центральной части долота устанавливается центральная насадка 5, которая выполнена подобно соплу Лаваля. В центральной части насадки 6 выполнены три радиальных отверстия 7, которые при установке насадки ориентируются в межшарошечные пространства. При этом рациональным является максимально возможное приближение центральной насадки к шарошкам и плоскости забоя.

Долото работает следующим образом. После его спуска в скважину по колонне бурильных труб на забой подается промывочная жидкость. При этом струи жидкости, вытекающие из боковых гидромониторных насадок 4, будут оказывать гидромониторное и очистное воздействие на периферию забоя. Путем вытекания жидкости и увеличения ее скорости в центральной части 6 насадки 5 создается разрежение. В результате этого через радиальные отверстия 7 центральной насадки 5 будет подсасываться дополнительный объём жидкости, что позволит охватить струйным воздействием надшарошечную зону и рабочие поверхности шарошек 3. После очистки вооружения шарошек и плоскости забоя промывочная жидкость с выбуренной породой будет выноситься на дневную поверхность.

Предложенная гидравлическая схема промывки долота делает реальной возможность осуществления изобретения. Проведенные экспериментальные исследования в стендовых и промысловых условиях позволили установить оптимальные соотношения площадей центральной и боковых гидромониторных насадок, обеспечивающие наиболее эффективную работу промывочной системы долота, за счет чего повышаются проходка и механическая скорость бурения.

Литература

1. Авторское свидетельство № 1541370, Е 21В 10/18, 1990 г., бюл. №5.

2. Авторское свидетельство № 548700, Е 21В 9/08, 1977 г., бюл. № 8.

3. Шарошечные долота и бурильные головки. Каталог. Изд. 6. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990 г., стр. 48-50.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к промывочным системам буровых шарошечных долот. Буровое трехшарошечное долото состоит из лап, составляющих корпус долота, установленных на опорах шарошек, и комбинированной системы промывки, состоящей из двух боковых и одной центральной насадок. Центральная насадка выполнена с верхней сужающейся частью, средней цилиндрической и нижней расширяющейся частями с наличием трех радиальных отверстий в цилиндрической части, площадь выходных сечений которых связана с площадью наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки следующим соотношением: , где F_дч - площадь выходного сечения наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки, мм²; ΣF_р.отв - суммарная площадь выходных сечений трех радиальных отверстий центральной насадки, мм²; а суммарная площадь выходных сечений двух боковых гидромониторных насадок и площадь выходного сечения наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки находятся в следующем соотношении: ΣF_бн/F_дч=1,6÷1,8, где ΣF_бн - суммарная площадь выходных сечений двух боковых гидромониторных насадок, мм². Повышается надежность работы долота, поскольку предложенная комбинированная гидравлическая схема промывки трехшарошечного долота позволяет рационально распределять призабойные потоки промывочной жидкости, противодействовать образованию сальников на долоте и вооружении шарошек, при этом повышаются технико-экономические показатели бурения. 2 ил.

Буровое трехшарошечное долото, состоящее из лап, составляющих корпус долота, установленных на опорах шарошек и комбинированной системы промывки, состоящей из двух боковых и одной центральной насадок, отличающееся тем, что центральная насадка выполнена с верхней сужающейся частью, средней цилиндрической и нижней расширяющейся частями с наличием трех радиальных отверстий в цилиндрической части, площадь выходных сечений которых связана с площадью наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки следующим соотношением:

,

где F_дч - площадь выходного сечения наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки, мм²;

ΣF_р.отв - суммарная площадь выходных сечений трех радиальных отверстий центральной насадки, мм²,

а суммарная площадь выходных сечений двух боковых гидромониторных насадок и площадь выходного сечения наименьшей диаметральной цилиндрической части центральной насадки находятся в следующем соотношении:

ΣF_бн/ F_дч=1,6÷1,8,

где ΣF_бн - суммарная площадь выходных сечений двух боковых гидромониторных насадок, мм².