ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2006 года по МПК E21B10/08 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам шарошечного типа.

Известно буровое долото, включающее корпус и породоразрушающие органы, установленные соосно один внутри другого (см. патент США №2626780, кл. 175-101, опубликован в 1961 г.)

Недостатком этого долота является низкая эффективность работы, связанная с разрушением центральной части забоя раздавливанием породы. Объясняется это малой окружной скоростью вращения внутреннего породоразрушающего органа.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, содержащее корпус с промывочным каналом и породоразрушающие органы, размещенные один внутри другого и установленные с противоположными угловыми смещениями их осей относительно оси корпуса долота (см. авторское свидетельство СССР №512282, кл. Е 21 В 10/08, 1976 г).

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы, особенно при разрушении периферийной части забоя. Это связано с разрушением породы наружным породоразрушающим органом методом скалывания. Такой способ разрушения породы не обеспечивает высокой скорости бурения и большой проходки на долото.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является снижение энергоемкости разрушения породы и как следствие этого - повышение механической скорости бурения и проходки на долото.

Поставленная техническая задача решается тем, что буровое долото, содержащее корпус с промывочным каналом и породоразрушающие органы, размещенные один внутри другого и установленные с противоположными угловыми смещениями их осей относительно оси корпуса долота, согласно изобретению, оно снабжено размещенной на наружной поверхности корпуса и подпружиненной относительно него в осевом направлении втулкой со шлицами на внутренней поверхности и зубчатым венцом на нижнем торце, причем верхний торец наружного породоразрушающего органа выполнен с зубчатым венцом, а корпус - со шлицами на наружной поверхности, при этом зубчатый венец и шлицы подпружиненной втулки установлены с возможностью взаимодействия соответственно с зубчатым венцом наружного породоразрушающего органа и шлицами корпуса.

Решению поставленной технической задачи способствует и то, что:

- оно снабжено съемным кольцевым упором, расположенным между внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью корпуса, при этом упор жестко соединен с корпусом посредством резьбы, а относительно втулки установлен с возможностью осевого перемещения;

- внутренний породоразрушающий орган выполнен с осевым и сообщающимися с ним радиальными каналами, при этом промывочный канал корпуса соединен с продольным каналом внутреннего породоразрушающего органа посредством ступенчатой втулки, закрепленной в полости корпуса долота, причем по меньшей мере один радиальный канал внутреннего породоразрушающего органа направлен параллельно нижнему торцу наружного породоразрушающего органа.

На фиг.1 представлен общий вид долота в продольном разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Буровое долото содержит корпус 1 с промывочным каналом 2 и породоразрушающие органы, выполненные в виде наружной и внутренней шарошек 3 и 4, смонтированных на корпусе 1 посредством подшипников 5 и 6. Шарошки 3 и 4 установлены одна внутри другой с угловым смещением относительно продольной оси корпуса 1, причем смещены они в противоположные стороны. Благодаря такому расположению шарошек 3 и 4 в процессе работы долота они опираются на участки забоя, расположенные противоположно относительно оси долота, обеспечивая его центровку. Кроме того, это позволяет уменьшить контактную площадь шарошек 3 и 4 с забоем и тем самым повысить удельные нагрузки на породоразрушающие элементы 7 и как следствие этого - увеличить скорость бурения. Этому способствует и снабжение долота подпружиненной втулкой 8 с зубчатым венцом 9 на нижнем торце, взаимодействующим с ответным зубчатым венцом 10, выполненным на верхнем торце наружной шарошки 3. Зубчатые венцы 9 и 10 постоянно поджаты один к другому тарельчатой пружиной 11, размещенной между выступом 12 втулки 8 и съемным кольцевым упором 13, соединенным с корпусом посредством резьбы. Съемный упор 13 выполнен в виде диска, размещенного в полости втулки 8. Таким образом корпус 1, втулка 8 и упор 13 образуют камеру 14 для пружины 11. Для предохранения полости камеры 14 от попадания шлама используется уплотнение 15. Подпружиненная втулка 8 взаимодействует с корпусом 1 посредством шлицевого соединения 16 (см. фиг.2). Промывочная система долота представлена сообщающимися между собой каналами 17, 18 и 19. В канале 17 корпуса 1 установлена ступенчатая втулка 20, соединяющая канал 17 с осевым каналом 18 хвостовика внутренней шарошки 4, который сообщен с радиальными каналами 19, из которых по меньшей мере один канал направлен параллельно нижнему торцу наружной шарошки 3. Долото перед спуском в скважину посредством резьбы 21 соединяется с бурильной колонной 22.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 7 внедряются в породу и разрушают ее. При этом центральная часть забоя разрушается внутренней шарошкой 4, а периферийная часть - наружной шарошкой 3. При вращении долота зубчатые венцы 9 и 10, перекатываясь один относительно другого, создают дополнительную ударную нагрузку, действие которой увеличивается благодаря использованию пружины 11, которая при подъеме втулки 7 сжимается, аккумулируя энергию, а при опускании втулки 7 разряжается и наносит удар по верхнему торцу наружной шарошки 3. Усилие пружины 11 регулируется осевым перемещением съемного кольцевого упора 13.

Применение предложенного долота, благодаря использованию зубчатого ударного механизма, позволяет уменьшить энергоемкость процесса разрушения породы и тем самым увеличить скорость бурения и проходку на долото.

Изобретение относится к буровым долотам шарошечного типа. Позволяет повысить механическую скорость бурения. Долото содержит корпус с промывочным каналом и размещенные одна внутри другой шарошки, установленные с противоположными угловыми смещениями их осей относительно оси корпуса долота. Долото снабжено размещенной на наружной поверхности корпуса и подпружиненной относительно него в осевом направлении втулкой с зубчатым венцом на нижнем торце, взаимодействующим с верхним торцом наружной шарошки, выполненной с ответным зубчатым венцом. Корпус с втулкой взаимодействуют посредством шлицевого соединения. Промывочная система долота включает сообщающиеся между собой осевые каналы в корпусе и внутренней шарошке, а также радиальные каналы внутренней шарошки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровое долото, содержащее корпус с промывочным каналом и породоразрушающие органы, размещенные один внутри другого и установленные с противоположными угловыми смещениями их осей относительно оси корпуса долота, отличающееся тем, что оно снабжено размещенной на наружной поверхности корпуса и подпружиненной относительно него в осевом направлении втулкой со шлицами на внутренней поверхности и зубчатым венцом на нижнем торце, причем верхний торец наружного породоразрушающего органа выполнен с зубчатым венцом, а корпус - со шлицами на наружной поверхности, при этом зубчатый венец и шлицы подпружиненной втулки установлены с возможностью взаимодействия соответственно с зубчатым венцом наружного породоразрушающего органа и шлицами корпуса.2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено съемным кольцевым упором, расположенным между внутренней поверхностью втулки и наружной поверхностью корпуса, при этом упор жестко соединен с корпусом посредством резьбы, а относительно втулки установлен с возможностью осевого перемещения.3. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что внутренний породоразрушающий орган выполнен с осевым и сообщающимися с ним радиальными каналами, при этом промывочный канал корпуса соединен с продольным каналом внутреннего породоразрушающего органа посредством ступенчатой втулки, закрепленной в полости корпуса долота.4. Буровое долото по п.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один радиальный канал внутреннего породоразрушающего органа направлен параллельно нижнему торцу наружного породоразрушающего органа.