БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ 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 твердости.

Известно буровое трехшарошечное 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 г., 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 шарошечное 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 г., стр.40-41).

Данное долото благодаря новой схеме расположения зубьев обеспечивает более эффективное разрушение забоя.

К недостаткам данного долота следует отнести вероятность отклонения долота от заданного направления, т.к. предложенная схема расположения зубьев не учитывает отклоняющего усилия на долоте. Это в свою очередь снижает эффективность буровых работ и ведет к их удорожанию.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота путем обеспечения проходки скважины по заданному направлению.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с параллельно смещенными наклонными цапфами, установленные на них посредством опорного узла шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых установлены под углом к продольной оси цапфы, суммарные составляющие осевой нагрузки на каждый опорный узел долота, возникающие вследствие усилия разрушения породы венцами шарошек с наклонным вооружением при его проскальзывании по забою - одинаковы по величине и совпадают по направлению.

Изобретение поясняется чертежами, на которых: 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 по меньшей мере часть зубьев 3 каждой шарошки 2 выполнена косыми, т.е. с наклоном относительно продольной оси шарошки 2. Величина угла наклона зубьев определяется в первую очередь физико-механическими свойствами разбуриваемых пород и применяемыми способами и режимами бурения. Чем более мягкие породы, тем больше должен быть угол наклона зубьев 3 с точки зрения эффективности разрушения породы и эвакуации ее из зоны бурения. При этом наличие зубьев с наклонным расположением их режущей кромки под углом к оси шарошки ведет к возникновению дополнительных осевых нагрузок, действующих на опорные узлы долота, приводящих не только к дополнительному нагружению опорных узлов, но и стремящихся увести долото от заданного направления бурения. Для устранения этого фактора при проектировании вооружения долота необходимо соблюсти условие, что суммарные составляющие осевой нагрузки N_A,B,C на каждый опорный узел долота (для наиболее распространенного трехшарошечного долота это шарошки А, Б и С), возникающие вследствие усилия разрушения породы F_A,B,C венцами соответствующих шарошек А, Б и С с наклонным вооружением при их проскальзывании по забою одинаковы по величине и совпадают по направлению относительно радиуса долота, т.е. на всех шарошках они одновременно направлены либо от центра вращения долота, либо к его центру. Для трехшарошечного долота это условие должно удовлетворять следующему равенству:

N_A=N_B=N_C;

где:

N_A=N_A1+N_A2+N_A3; NB=N_B1+N_B2; N_C=N_C1+N_C2;

N_A1, N_A2 и N_A3 - осевая нагрузка на опорный узел A (1-й шарошки долота), возникающая вследствие усилия разрушения породы F_A1, F_A2 и F_A3 зубьев с наклонным вооружением соответственно первого, второго и третьего венцов шарошки A при их 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 соответственно первого и второго венцов шарошки B при их проскальзывании по забою.

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

Предложенная схема вооружения шарошек может быть использована в буровых инструментах 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.

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; изменение угла наклона зубьев, а также их длины для каждого отдельного венца каждой шарошки.

Таким образом, применение предложенного долота позволит повысить эффективность бурения благодаря сохранению скважиной заданного направления и уменьшению объемов бурения. В целом это позволит снизить себестоимость буровых работ.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Обеспечивает повышение эффективности работы долота путем обеспечения проходки скважины по заданному направлению. 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. Суммарные составляющие осевой нагрузки на каждый опорный узел долота, возникающие вследствие усилия разрушения породы венцами шарошек с косозубым вооружением при его проскальзывании по забою одинаковы по величине и одновременно направлены либо от центра вращения долота, либо к его центру. 2 ил.

Буровое шарошечное долото, включающее лапы с параллельно смещенными наклонными цапфами, установленные на них посредством опорных узлов шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых установлены под углом к продольной оси цапфы, отличающееся тем, что суммарные составляющие осевой нагрузки на каждый опорный узел долота, возникающие вследствие усилия разрушения породы венцами шарошек с наклонным вооружением при его проскальзывании по забою, одинаковы по величине и совпадают по направлению относительно радиуса долота.