БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2010 года по МПК E21B10/08 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно малого диаметра.

Известно буровое шарошечное долото, включающее лапы с цапфами, на которых с возможностью ограниченного перемещения вдоль цапф установлены шарошки (см. авт.св. СССР №739210, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).

Недостатком этого долота является возможность перемещения шарошек вдоль цапфы только по мере износа упорного подшипника, выполненного из материала с меньшей износостойкостью, чем материал шарошки и лап. Это ведет к тому, что в начальный период работы долота процесс разрушения породы осуществляется со значительной энергоемкостью. Другим недостатком известного долота является то, что центральная часть забоя практически не перекрывается породоразрушающими элементами. Это особенно сильно сказывается при бурении по твердым и крепким породам и ведет к образованию так называемой «сахарной головки», резко снижающей как проходку, так и скорость бурения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с полыми цапфами, на которых посредством Y-образного замкового элемента, выполненного с буртами и пальцами, размещенными в полости цапф, смонтированы армированные породоразрушающими элементами шарошки (см. Травкин В.С. «Породоразрушающий инструмент для вращательного бурения скважин», М., Недра, 1982 г., стр.102, рис.23 б).

К недостаткам данного долота относится отсутствие возможности перемещения шарошек вдоль цапфы и низкая эффективность разрушения породы, особенно в центральной части забоя. Это ведет к уменьшению как проходки, так и скорости бурения при одновременном росте энергоемкости процесса разрушения породы.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы долота за счет более эффективного разрушения центральной части забоя.

Поставленная техническая задача решается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с цапфами, на которых посредством Y-образного замкового элемента, выполненного с буртами и пальцами, размещенными в полости цапф, смонтированы армированные породоразрушающими элементами шарошки, согласно изобретению, долото снабжено дополнительными шарошками с полыми хвостовиками, при этом дополнительные шарошки установлены на пальцах замкового элемента между его буртами и основными шарошками, а хвостовики их размещены в полости цапф и подпружинены в осевом направлении.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- породоразрушающие элементы дополнительной шарошки выполнены из материала с большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами основных шарошек;

- полость цапф выполнена ступенчатой формы, при этом пружина установлена между уступом в полости цапфы и торцом хвостовика дополнительной шарошки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид долота в продольном разрезе.

Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 с полыми цапфами 12, на которых посредством Y-образного замкового элемента 8 на подшипниках скольжения или качения (не показан) установлены основные шарошки 2 и 3 с породоразрушающими элементами 9. Замковый элемент 8 выполнен с буртами 10 и пальцами 6, размещенными в полости цапф 12. Долото снабжено дополнительными шарошками 4 и 5 с хвостовиками 11, размещенными в ступенчатой полости цапф 12 и опирающимися своими торцами на тарельчатые пружины 7, которые в свою очередь опираются на уступ 13 в полости цапфы 12. Дополнительные шарошки 4 и 5 размещены между буртами 10 и торцами основных шарошек 2 и 3 и оснащены породоразрушающими элементами 14, обладающими большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами 9 основных шарошек 2 и 3.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 9 и 14 основных 2, 3 и дополнительных 3, 4 шарошек осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом благодаря оснащению долота дополнительными шарошками 4 и 5 происходит эффективное разрушение центральной части забоя, т.к. окружная скорость породоразрушающих элементов 14 на этих шарошках значительно больше, чем у обычных двух и трехшарошечных долот. Эффективному разрушению центральной части забоя способствует также и то, что дополнительные шарошки 4 и 5 установлены с возможностью перемещения вдоль пальцев 6, чему способствуют тарельчатые пружины 7, установленные между торцами хвостовиков 11 и уступом 13 в полости цапфы 12. При таком перемещении эффективно разрушается образующаяся на забое «рейка». Этот эффект усиливается благодаря выполнению породоразрушающих элементов 14 на дополнительных шарошках 4 и 5 с большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами 9 основных шарошек 2 и 3. Например, в случае выполнения породоразрушающих элементов 9 основных шарошек 2 и 3 из материала ВК-8 дополнительные шарошки 4 и 5 должны оснащаться породоразрушающими элементами 14 из материала типа ВК-6. Это объясняется тем, что породоразрушающие элементы 9 основных шарошек 2 и 3 разрушают породу дроблением и скалыванием, предъявляющим к материалу рабочих элементов 9 высокие требования на изгиб. При этом породоразрушающие элементы 14 дополнительных шарошек 4 и 5 работают при их осевом перемещении под действием реакции сил со стороны забоя и пружин 7, в основном, в режиме резания. В то же время работа дополнительных шарошек 4 и 5 происходит при незначительных ударных нагрузках вследствие их меньшего диаметра по сравнению с основными шарошками 2 и 3. При таком режиме разрушения породы основное требование к породоразрушающим элементам 14 - это их износостойкость, а износостойкость ВК-6 значительно выше, чем у ВК-8, в то время как прочность на изгиб у элементов 10 из ВК-8 выше, чем у ВК-6.

Осевые колебания дополнительной шарошек 4 связаны с тем, что ось долота не совпадает с осью скважины. Из-за этого то одна, то другая основная шарошка 2 или 3 постоянно прижимаются к стенке скважины, вследствие чего дополнительные шарошки 3 и 4 с противоположной стороны относительно прижатой шарошки 2 или 3 оказываются свободными и перемещаются под действием пружины 7 вдоль пальца 6 в сторону неприжатой шарошки. В процессе бурения это положение постоянно меняется и дополнительные шарошки 4 и 5 перемещаются от одной основной шарошки 2 к другой 3 и наоборот.

Таким образом, применение предложенного долота позволяет снизить энергоемкость процесса разрушения центральной части забоя и тем самым повысить проходку и скорость бурения и снизить себестоимость буровых работ.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно малого диаметра. Технический результат - повышение проходки и механической скорости бурения благодаря эффективному разрушению центральной части забоя, что приводит к снижению себестоимости буровых работ. Буровое шарошечное долото включает лапы с полыми цапфами, на которых посредством Y-образного замкового элемента с буртами и пальцами на подшипниках скольжения установлены шарошки с породоразрушающими элементами. При этом торцы шарошек взаимодействуют с буртами замкового элемента, а пальцы его размещены в полости цапф. Особенностью долота является то, что оно снабжено дополнительными шарошками с полыми хвостовиками, при этом дополнительные шарошки установлены на пальцах между основными шарошками и буртами замкового элемента, а хвостовики их размещены в полости цапф и подпружинены в осевом направлении. Вооружение основных и дополнительных шарошек различно, а полость цапф выполнена ступенчатой формы, при этом каждая пружина установлена между уступом в полости цапфы и торцом хвостовика дополнительной шарошки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Буровое шарошечное долото, включающее лапы с полыми цапфами, на которых посредством Y образного замкового элемента, выполненного с буртами и пальцами, размещенными в полости цапф, смонтированы армированные породоразрушающими элементами шарошки, отличающееся тем, что долото снабжено дополнительными шарошками с полыми хвостовиками, при этом дополнительные шарошки установлены на пальцах замкового элемента между его буртами и основными шарошками, а хвостовики их размещены в полости цапф и подпружинены в осевом направлении.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что породоразрушающие элементы дополнительной шарошки выполнены из материала с большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами основных шарошек.

3. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что полость цапф выполнена ступенчатой формы, при этом пружина установлена между уступом в полости цапфы и торцом хвостовика дополнительной шарошки.