БУРОВОЕ ТРЕХШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2011 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней категории твердости.

Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями и боковые промывочные узлы со сменными насадками (см. Масленников И.К. «Буровой инструмент». М.: Недра, 1989, с.141-142, рис.2.1.63).

Недостатком этого долота является низкая эффективность работы из-за несбалансированности его двух основных систем - геометрии вооружения и опорных узлов.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых расположены под углом относительно образующей (см. Масленников И.К. и Матвеев Г.И. Инструмент для бурения скважин. М.: Недра, 1981, стр.40-41).

Данная конструкция долота благодаря новой схеме расположения зубьев обеспечивает более эффективное разрушение забоя.

К недостаткам данного бурового инструмента следует отнести вероятность отклонения долота от заданного направления в процессе бурения, так как предложенная схема расположения зубьев не устраняет отклоняющего усилия на долоте, а также способствует повышенному износу подшипниковых узлов, связанному с возникновением дополнительной осевой нагрузки в подшипниковых узлах долота не только вследствие воздействия осевой нагрузки на долото, но и от сил разрушения породы, возникающих при проскальзывании вооружения по забою. Это, в свою очередь, снижает эффективность работы бурового долота и ведет к удорожанию буровых работ.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет увеличения ресурса работы подшипниковых узлов и оптимизации отвода шлама из зоны бурения зубьев шарошек с одновременным обеспечением проходки скважины строго по заданному направлению.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом трехшарошечном долоте, включающем лапы с параллельно смещенными наклонными цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых установлены под углом к продольной оси цапфы, согласно изобретению каждая шарошка оснащена зубьями с правым и левым наклоном, выполненными с таким расчетом, чтобы осевая нагрузка на подшипниковый узел каждой шарошки долота, возникающая вследствие усилия разрушения породы наклоненных зубьев венцов шарошки одного направления, компенсировалась такой же по величине и противоположной по направлению осевой нагрузкой, одновременно возникающей при работе остальных венцов на той же шарошке.

Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 представлен общий вид долота; фиг.2 - схема размещения вооружения.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными параллельно смещенными цапфами (не показаны), на которых установлены конические шарошки 2 с литыми или фрезерованными зубьями 3, и промывочные узлы 4, размещенные между шарошками 2 и направляющими поток промывочной жидкости на забой скважины. При этом зубья 3 на каждой шарошке 2 выполнены с противоположным (т.е. с правым и левым) наклоном относительно продольной оси шарошки 2. Суммарные осевые составляющие для каждой из трех шарошек N_A, N_B и N_C от соответствующих усилий разрушения породы F_A, F_B и F_C наклоненных зубьев, возникающих при их контакте с забоем, должны удовлетворять следующему условию (равенству):

N_A-N_A1+N_A2+N_A3=0;

N_B=N_B1+N_B2=0;

N_C=N_C1+N_C2=0;

где:

N_A1, N_A2 и N_A3 = осевая нагрузка на опорные узлы - A (1-й шарошки долота), возникающая вследствие усилия разрушения породы - F_A1, F_A2, и F_A3 зубьев с наклонным вооружением соответственно перового, второго и третьего венцов шарошки - А при его проскальзывании по забою.

N_B1 и N_B2 = осевая нагрузка на опорный узел - B (2-й шарошки долота), возникающая вследствие усилия разрушения породы - F_B1 и F_B2 зубьев с наклонным вооружением перового и второго венцов шарошки - В при их проскальзывании по забою.

N_C1 и N_C2 = осевая нагрузка на опорный узел - С (3-й шарошки долота), возникающая вследствие усилия разрушения породы - F_C1 и F_C2 зубьев с наклонным вооружением перового и второго венцов шарошки - С при их проскальзывании по забою.

Выполнение этого условия достигается за счет целого ряда конструктивных решений, таких как: изменения количества наклонных зубьев; использования наряду с наклонными зубьями также и зубьев, ориентированных вдоль оси шарошки; изменением угла наклона зубьев, а также их длины для каждого отдельного венца каждой шарошки.

Такое выполнение геометрии вооружения шарошек обеспечивает взаимное погашение усилий, действующих вдоль оси шарошки долота и направленных в противоположные стороны, возникающих при разрушении породы право и левосторонними зубьями. Это гарантирует увеличение долговечности подшипниковых узлов, а также сохранение заданного направления бурения.

Предложенная схема вооружения шарошек бурового долота может быть использована в долотах с любым количеством шарошек.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента зубья 3 шарошек 2 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. Разрушенная порода удаляется на поверхность промывочной жидкостью, подаваемой на забой скважины через промывочные узлы 4. Благодаря выполнению вооружения долота с указанными параметрами на долоте не возникает отклоняющих усилий, и скважина сохраняет заданное направление бурения.

Таким образом, применение предложенного долота позволит повысить эффективность его работы и тем самым снизить себестоимость буровых работ.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Технический результат - повышение эффективности работы долота путем обеспечения проходки скважины по заданному направлению. Буровое долото включает лапы с параллельно смещенными наклонными цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых установлены под углом к продольной оси цапфы. Каждая шарошка оснащена зубьями с правым и левым наклоном, выполненными с таким расчетом, чтобы осевая нагрузка на подшипниковый узел каждой шарошки долота, возникающая вследствие усилия разрушения породы наклоненных зубьев одного венца шарошки, компенсировалась такой же по величине и противоположной по направлению осевой нагрузкой, одновременно возникающей при работе остальных венцов той же шарошки, т.е. суммарная составляющая осевого усилия, возникающего вследствие усилия разрушения породы венцами шарошек с косозубым вооружением при его проскальзывании по забою, на каждый подшипниковый узел долота должна равняться нулю. 2 ил.

Буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с параллельно смещенными наклонными цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых установлены под углом к продольной оси цапфы, отличающееся тем, что каждая шарошка оснащена зубьями с правым и левым наклоном, выполненными с таким расчетом, чтобы осевая нагрузка на подшипниковый узел каждой шарошки долота, возникающая вследствие усилия разрушения породы наклоненных зубьев венцов шарошки одного направления, компенсировалась такой же по величине и противоположной по направлению осевой нагрузкой, одновременно возникающей при работе остальных венцов на той же шарошке.