УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК E21B4/00 E21B10/08 

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин с использованием шарошечных долот.

Известно буровое шарошечное долото, включающее делитель осевой нагрузки, выполненный в виде шпинделя с установленными на нем тарельчатыми пружинами, и узел разгрузки, передающий часть осевой нагрузки на забой через обратные конусы шарошек и выполненный в виде дисковых роликов, установленных на цапфах корпуса узла разгрузки и контактирующих с обратными конусами шарошек при определенной осевой нагрузке (см. авт. св. СССР №168222, кл. Е21В 10/08, 1965 г.).

Недостатком этого долота является сложность конструкции и как следствие этого малая надежность в работе и малая эффективность.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бурения скважин, включающее шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой (см. авт. св. №560053, кл. Е21В 10/08, 1977 г.).

Данное устройство благодаря передаче части осевой нагрузки через корпуса шарошек и использованию узла для принудительного вращения шарошек обеспечивает повышение срока службы бурового долота. К недостаткам его следует отнести быструю «потерю диаметра долота» из-за низкой калибрующей способности долота, связанную с отсутствием калибрующих элементов на обратных конусах шарошек, контактирующих с кольцевым выступом промывочной плиты. Быстрая «потеря диаметра» ведет к заклиниванию шарошек и как следствие этого к снижению его проходки и механической скорости бурения.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы долота за счет повышения калибрующей способности долота.

Поставленная техническая задача по первому варианту решается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, согласно изобретению, обратные конуса шарошек выполнены, по меньшей мере, с одной кольцевой проточкой, а контактирующий с ними кольцевой выступ промывочной плиты выполнен конгруэнтной формы и размещен в кольцевых проточках обратных конусов шарошек, при этом смежные с кольцевой проточкой участки обратного конуса армированы породоразрушающими элементами и установлены с зазором относительно торца кольцевого выступа промывочной плиты.

Решению поставленной технической задачи способствует также и то, что кольцевая проточка на обратных конусах шарошек выполнена в средней их части и имеет трапецеидальную форму.

По другому варианту поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, согласно изобретению, кольцевой выступ промывочной плиты на торце выполнен, по меньшей мере, с одной кольцевой проточкой, а контактирующие с ним обратные конуса шарошек выполнены конгруэнтной формы, при этом размещенные в кольцевой проточке выступы обратных конусов шарошек установлены с зазором относительно дна кольцевой проточки и армированы породоразрушающими элементами.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 и 3 - узел А на фиг.1 (два варианта выполнения) в увеличенном масштабе.

Устройство для бурения скважин включает долото 1 с шарошками 2, которое посредством резьбы соединено с наддолотной трубой 3, приводимой во вращение бурильной колонной или от вала забойного двигателя 4. В полости корпуса долота 1 размещена промывочная плита 5 с кольцевым выступом 6, который совместно с обратными конусами 7 шарошек 2 образует фрикционные пары. Благодаря этому промывочная плита 5 передает часть осевой нагрузки непосредственно на корпуса шарошек 2, минуя опору долота 1 и выполняя роль узла разгрузки опоры. Промывочная плита 5 соединена с валом 8 осевой турбины 9, которая установлена на радиальных опорах 10 внутри наддолотной трубы 3 и служит узлом принудительного вращения шарошек 2 долота 1.

Обратные конуса 7 шарошек 2 в средней части выполнены (по первому варианту, см. фиг.2) с кольцевыми проточками 11, преимущественно трапецеидальной формы, в полости которых расположен кольцевой выступ 6 промывочной плиты 5, выполненный конгруэнтной формы. При этом смежные с кольцевой проточкой 11 участки обратного конуса 7 армированы породоразрушающими элементами 12 и установлены с зазором относительно торца кольцевого выступа 6 промывочной плиты 5.

По другому варианту (см. фиг.1 и 3) кольцевой выступ 6 промывочной плиты 5 на торце выполнен с одной или несколькими кольцевыми проточками 13, а контактирующие с ним обратные конуса 7 шарошек 2 - конгруэнтной формы. При этом размещенные в кольцевой проточке 13 выступы 14 обратных конусов 7 шарошек 2 установлены с зазором относительно дна кольцевой проточки 13 и армированы породоразрушающими элементами 15. В этом случае контакт между кольцевым выступом 6 и обратными конусами шарошек 7 осуществляется соседними участками, не армированными породоразрушающими элементами. Благодаря такому выполнению узла контакта кольцевого выступа 6 с обратными конусами 7 шарошек 2 исключается контакт между армированным породоразрушающими элементами 15 выступом 14 обратного конуса 7 шарошки 2 с дном кольцевой проточки 13.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 2 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом калибровка стенок скважины осуществляется вооружением как основных конусов шарошек 2, так и вооружением 12 и 15 обратных конусов шарошек 2. В качестве такого вооружения может быть использована как наплавка любым известным износостойким материалом, так и алмазной крошкой. Разрушенная порода выносится промывочной жидкостью, прокачиваемой через бурильную колонну 4 и промывочную плиту 5.

Таким образом, применение предложенного устройства благодаря более эффективной схеме калибровке стенок скважины позволяет повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к вариантам устройства для бурения скважин, включающего шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой. По одному варианту обратные конуса шарошек выполнены с кольцевой проточкой, а контактирующий с ними кольцевой выступ промывочной плиты выполнен конгруэнтной формы и размещен в кольцевых проточках обратных конусов шарошек. По другому варианту кольцевой выступ промывочной плиты на торце выполнен, по меньшей мере, с одной кольцевой проточкой, а контактирующие с ним обратные конуса шарошек выполнены конгруэнтной формы, при этом размещенные в кольцевой проточке выступы обратных конусов шарошек установлены с зазором относительно дна кольцевой проточки и армированы породоразрушающими элементами. Обеспечивает повышение калибрующей способности долота, обеспечивая тем самым повышение проходки и механической скорости бурения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для бурения скважин, включающее шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, отличающееся тем, что обратные конуса шарошек выполнены, по меньшей мере, с одной кольцевой проточкой, а контактирующий с ними кольцевой выступ промывочной плиты выполнен конгруэнтной формы и размещен в кольцевых проточках обратных конусов шарошек, при этом смежные с кольцевой проточкой участки обратного конуса армированы породоразрушающими элементами и установлены с зазором относительно торца кольцевого выступа промывочной плиты.

2. Устройство для бурения скважин по п.1, отличающееся тем, что кольцевая проточка на обратных конусах шарошек выполнена в средней их части и имеет трапецеидальную форму.

3. Устройство для бурения скважин, включающее шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, отличающееся тем, что кольцевой выступ промывочной плиты на торце выполнен, по меньшей мере, с одной кольцевой проточкой, а контактирующие с ним обратные конуса шарошек выполнены конгруэнтной формы, при этом размещенные в кольцевой проточке выступы обратных конусов шарошек установлены с зазором относительно дна кольцевой проточки и армированы породоразрушающими элементами.