БУРОВОЕ ДИСКОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 2008 года по МПК E21B10/12 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к дисковым долотам, и может быть использовано при бурении скважин различного назначения.

Известно буровое дисковое долото, содержащее корпус и смонтированные на горизонтальной оси с помощью двухрядных подшипников скольжения диски с фрезерованными или твердосплавными зубками (авт. св. СССР №250794, кл. Е21В 10/12, 1969 г.).

Недостатком данного долота является быстрая потеря диаметра из-за одностороннего износа опоры долота.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому уровню является буровое дисковое долото, содержащее П-образный корпус, закрепленную в корпусе ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми подшипниками, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек (авт.св. СССР №1705538, кл. Е21В 10/12, 1992 г.).

Одним из недостатков данного долота является невозможность синхронизации работы дисковых шарошек, что в случае заклинивания одной из шарошек приводит к неравномерному износу их вооружения и, как следствие этого, - к снижению проходки и скорости бурения.

Другим недостатком долота является малая скорость бурения и низкая проходка, что связано с нерациональной схемой удаления разрушенного шлама с забоя и схемой расположения дисков, способствующей образованию «сахарной головки» в центре скважины, которая приводит к заклиниванию шарошек и быстрому выходу их вооружения из строя.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет синхронизации работы дисковых шарошек и оптимизации процесса разрушения породы и удаления разрушенной породы с забоя скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом дисковом долоте, содержащем П-образный корпус, закрепленную в корпусе ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми упорами, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек посредством штырей, согласно изобретению оно снабжено шнеком с конической шестерней на нижнем конце, размещенном в шламоотводящем канале, выполненном в корпусе долота, при этом кольцевые упоры и контактирующие с ними внутренние торцевые поверхности дисковых шарошек выполнены в виде конических шестерен, а один из упоров закреплен на вертикально установленном вращающемся штыре с возможностью взаимодействия с шестерней шнека.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- долото снабжено дополнительной шарошкой, жестко закрепленной на конце вращающегося штыря, который расположен эксцентрично относительно продольной оси долота.

- дисковые шарошки и дополнительная шарошка установлены на разных уровнях, причем опережающими являются дисковые шарошки.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 изображен общий вид долота в продольном сечении; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Буровое дисковое долото содержит П-образной формы корпус 1 с горизонтальной осью 3, на которой установлены дисковые шарошки 2 и кольцевые упоры 4, размещенные между внутренними торцевыми поверхностями 5 дисковых шарошек 3. Корпус 1 может быть выполнен в виде единой детали или в виде двух элементов, жестко соединенных посредством резьбы или сварки. При этом внутренние торцевые поверхности 5 дисковых шарошек 3 и кольцевые упоры 4 выполнены в виде конических зубчатых шестерен, установленных с возможностью взаимодействия между собой. Кольцевые упоры 4 установлены с возможностью вращения на горизонтальной оси 3 посредством штырей, которые жестко закреплены в радиальных каналах оси 3. При этом одно из радиальных отверстий 7 горизонтальной оси 3 выполнено сквозным и расположено в вертикальной плоскости, а размещенный в этом отверстии штырь 6 жестко соединен с кольцевым упором 4 и установлен там с возможностью вращения. На противоположном конце штыря 6 жестко установлена дополнительная шарошка 8 с породоразрушающими элементами 9. Шарошка 8 имеет сферически-коническую форму, при этом ось дополнительной шарошки 8 расположена эксцентрично относительно продольной оси долота. Дисковые шарошки 2 и шарошка 8 со сферически-конической формой установлены на разных уровнях, причем опережающими являются дисковые шарошки 2. В корпусе 1 долота выполнен шламоотводящий канал 10, в котором размещен шнек 11 с конической шестерней 12 на нижнем конце, взаимодействующей с кольцевым упором 4 в виде конической шестерни. Шнек 11 установлен на подшипниках 13 с возможностью вращения относительно корпуса 1

Принцип работы долота заключается в следующем. Долото соединяется с бурильной колонной резьбой 15 и спускается в скважину. При вращении долота дисковые шарошки 2 вращаются вокруг горизонтально закрепленной оси 3 долота в противоположном направлении. При этом кольцевые упоры 4, выполненные в виде конических зубчатых шестерен, контактируют с внутренними торцевыми поверхностями 5 обеих дисковых шарошек 2, выполненных также в виде зубчатых конических шестерен, и благодаря этому постоянно вращаются вокруг своих зафиксированных осей. Один из кольцевых упоров 4 жестко закреплен со штырем 6, расположенным перпендикулярно оси 3, и вращается вместе с ней. На противоположном от кольцевого упора 4 конце штыря 6 жестко закреплена дополнительная шарошка 8, расположенная с эксцентриситетом ε относительно продольной оси корпуса 1 долота. Благодаря использованию кольцевых упоров 4, диаметр которых кратно превышает диаметр шариков, обычно используемых в опорах качения шарошек, значительно сокращается износ опоры и повышается работоспособность долота в целом. Этому способствует и выполнение кольцевых упоров 4 и внутренних торцевых поверхностей 5 дисковых шарошек 3 в виде конических зубчатых шестерен, взаимодействующих между собой и обеспечивающих синхронизацию работы обеих дисковых шарошек 2, исключая их проскальзывание относительно забоя скважины. При заклинивании одной из дисковых шарошек 3 благодаря зубчатому зацеплению ее с кольцевыми упорами 4 она приводится во вращение от другой дисковой шарошки 3 через зубчатое зацепление кольцевых упоров 4 с дисковыми шарошками 3. Снабжение долота дополнительной шарошкой 8 позволяет эффективно разрушать центральную часть забоя скважины, являющейся наиболее проблемной для всех типов долот, а установка дополнительной шарошки 8 со смещением относительно дисковых шарошек 2 по высоте обеспечивает объемное разрушение породы благодаря образованию дополнительной плоскости обнажения. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины очистным агентом, подаваемым на забой скважины через канал 14. Очистной агент, обогащенный шламом, эффективно удаляется на поверхность через шламоотводящий 10 канал посредством шнека 11, который приводится во вращение через коническую пару 4-12 от дисков 2.

Таким образом, благодаря использованию зубчатого зацепления между дисковыми шарошками 3 и кольцевыми упорами 4 обеспечивается равномерная загрузка обеих дисковых шарошек. Наличие же дополнительной шарошки 8 в центральной части долота и расположение ее со смещением в вертикальной плоскости относительно дисковых шарошек 2 обеспечивает оптимальную работу всего долота. Использование шнека 11 обеспечивает отбор шлама непосредственно в призабойной зоне скважины, что благоприятно сказывается на качестве очистки забоя от шлама. При этом в качестве привода для шнека 11 используется вращение дисковых шарошек 2, что исключает дополнительные потери энергии для удаления шлама. Все это ведет к повышению как проходки, так и скорости бурения.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к дисковым долотам, и может быть использовано при бурении скважин различного назначения. Обеспечивает качественную очистку забоя от шлама, синхронизацию работы его дисковых шарошек, оптимизацию работы всех рабочих элементов долота и как следствие этого - повышение проходки и скорости бурения. Долото содержит П-образный корпус, закрепленную в корпусе ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми упорами, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек. Долото снабжено шнеком с шестерней на нижнем конце, размещенном в шламоотводящем канале, выполненном в корпусе долота. Кольцевые упоры и контактирующие с ними внутренние торцевые поверхности дисковых шарошек выполнены в виде конических шестерен, а один из упоров закреплен на вертикально установленном вращающемся штыре с возможностью взаимодействия с шестерней шнека. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровое дисковое долото, содержащее П-образный корпус и закрепленную в корпусе горизонтально ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми упорами, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек посредством штырей, закрепленных в радиальных отверстиях горизонтальной оси, отличающееся тем, что оно снабжено шнеком с шестерней на нижнем конце, размещенном в шламоотводящем канале, выполненном в корпусе долота, при этом кольцевые упоры и контактирующие с ними внутренние торцевые поверхности дисковых шарошек выполнены в виде конических шестерен, а один из упоров закреплен на вертикально установленном вращающемся штыре с возможностью взаимодействия с шестерней шнека.2. Буровое дисковое долото по п.1, отличающееся тем, что долото снабжено дополнительной шарошкой, расположенной на конце вращающегося штыря, который расположен эксцентрично относительно продольной оси долота.3. Буровое дисковое долото по п.1, отличающееся тем, что дисковые шарошки и дополнительная шарошка установлены на разных уровнях, причем опережающими являются дисковые шарошки.