ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК E21B10/46 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, в котором используются твердосплавные вставки, закрепляемые в корпусе инструмента методом запрессовки.

Известна шарошка бурового долота, включающая корпус с венцами, оснащенными твердосплавными породоразрушающими элементами в виде твердосплавных вставок, запрессованных в отверстия корпуса (см. патент РФ №2215111, кл. Е21В 10/16, 2003 г.).

К недостаткам данной шарошки бурового долота следует отнести малую стойкость, связанную с образованием трещин вокруг твердосплавных вставок в процессе их запрессовки. Это ведет к быстрому выпадению вставок из отверстий корпуса и, как следствие этого, к снижению эффективности разрушения породы.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является породоразрушающий инструмент, включающий корпус с запрессованными твердосплавными вставками, между которыми выполнены разгрузочные отверстия (см. патент ЕР 0869256, кл. Е21В 10/26, 11988 г.).

К негативным моментам данного инструмента относится недостаточная надежность крепления твердосплавных вставок из-за появления трещин в донной части гнезд под вставки, особенно это касается шарошечных долот. Это связано с жесткими ограничениями на технологию запрессовки, налагаемыми размерами опоры шарошечного долота. Другим недостатком известного инструмента является усиленный износ твердосплавных вставок шламом, особенно после износа поверхности корпуса, и значительного снижения вследствие этого проходного сечения разгрузочных канавок, используемых в качестве промывочных. Все это снижает эффективность работы инструмента.

В связи с изложенным, техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет более надежного крепления вставок в корпусе инструмента и более качественной очистки забоя от шлама.

Поставленный технический результат по первому варианту достигается тем, что в породоразрушающем инструменте, включающем корпус с запрессованными твердосплавными вставками, между которыми выполнены разгрузочные отверстия, согласно изобретению соседние отверстия, расположенные на противоположных сторонах твердосплавной вставки, выполнены на разной глубине относительно поверхности корпуса, при этом, по меньшей мере, часть отверстий выполнена с переменным поперечным сечением, уменьшающимся в направлении вращения инструмента.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- по меньшей мере, часть разгрузочных отверстий полностью расположена в теле корпусе инструмента;

- что часть разгрузочных отверстий в поперечном сечении выполнена удлиненной формы, при этом большая ось отверстия расположена параллельно оси смежной твердосплавной вставки.

По второму варианту поставленный технический результат достигается тем, что в породоразрушающем инструменте, включающем корпус с запрессованными твердосплавными вставками, между которыми выполнены разгрузочные отверстия, согласно изобретению соседние отверстия, расположенные на противоположных сторонах твердосплавной вставки, выполнены на разной глубине относительно поверхности корпуса, при этом, по меньшей мере, часть отверстий выполнена с переменным поперечным сечением, увеличивающимся в направлении вращения инструмента.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- по меньшей мере, часть разгрузочных отверстий полностью расположена в теле корпусе инструмента;

- что часть разгрузочных отверстий в поперечном сечении выполнена удлиненной формы, при этом большая ось отверстия расположена параллельно оси смежной твердосплавной вставки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 представлены фрагменты инструмента во фронтальной плоскости в двух вариантах, на фиг.3 и 4 - схема расположения отверстий в плане также в двух вариантах.

Породоразрушающий инструмент содержит корпус 1, оснащенный породоразрушающими элементами в виде твердосплавных вставок 2, запрессованных в отверстия 3 корпуса 1. Между твердосплавными вставками 2 выполнены разгрузочные отверстия 4. При этом соседние отверстия 3, расположенные на противоположных сторонах твердосплавной вставки 2, выполнены на разной глубине относительно наружной поверхности корпуса 1. Это различие глубин - Н отверстий 4 может колебаться в значительных пределах и оно зависит от нескольких факторов, таких как размеры твердосплавных вставок 2, тип и размер породоразрушающего инструмента и т.д. В предложенном инструменте, по меньшей мере, часть разгрузочных отверстий 4 выполнена с переменным поперечным сечением, увеличивающимся по одному варианту в направлении вращения инструмента, а по другому - в противоположную сторону. Первый вариант используется при бурении по породам, образующим в большом количестве мелкий шлам. В этом случае, с целью исключения повторного измельчения шлама твердосплавными вставками 2, предусматривается использование эжекционного эффекта, создаваемого на выходе разгрузочными отверстиями 4 переменного сечения. При этом, по меньшей мере, часть отверстий 4 имеет переменное поперечное сечение по длине, преимущественно - коническое. При бурении же трещиноватых пород, для которых характерно образование крупного шлама, разгрузочные отверстия 4 выполняются с переменным сечением, увеличивающимся в направлении, противоположном вращению инструмента. Такое выполнение отверстий 4 обеспечивает быстрое и беспрепятственное удаление шлама с забоя скважины и работу вооружения долота по чистому забою. Размеры разгрузочных отверстий 4 выбираются в зависимости от типоразмера долот, размеров твердосплавных вставок 2 и типа разбуриваемых пород.

В процессе бурения к породоразрушающему инструменту прилагается осевое усилие, которое передается на забой через твердосплавные вставки 2. Усилие со стороны забоя воспринимается через вставки 2 корпусом 1 инструмента. При этом в зонах концентрации напряжений между станками отверстий 3 и твердосплавными вставками 2 в существующих долотах образуются микротрещины, которые приводят к сколу участков корпуса 1 в зоне размещения твердосплавных вставок 2 и к выпадению вставок 2 из отверстий 3 на забой скважины. Это часто приводит к выходу инструмента из строя. В предложенном инструменте, благодаря выполнению корпуса 1 с разгрузочными отверстиями 4, зоны концентраций напряжений вокруг твердосплавных вставок 1 значительно уменьшаются, а следовательно, уменьшается и вероятность образования микротрещин. Этот эффект усиливается благодаря выполнению разгрузочных отверстий 4 практически по всей высоте твердосплавных вставок 2, гарантирующих переориентацию зон концентрации напряжений.

Одновременно с этим выполнение разгрузочных отверстий 4 с переменным сечением повышает эффективность очистки забоя от шлама, исключает повторное его измельчение и снижает износ твердосплавных вставок благодаря исключению повторного измельчения шлама.

Все это способствует повышению стойкости вооружения долота и, как следствие этого, снижению стоимости затрат на проведение буровых работ.

Группа изобретений относится к породоразрушающему инструменту, в котором используются твердосплавные вставки, закрепляемые в корпусе инструмента методом запрессовки. Обеспечивает повышение стойкости долота, увеличение надежности крепления твердосплавных вставок, улучшение очистки забоя от шлама. Породоразрушающий инструмент включает корпус с запрессованными твердосплавными вставками, между которыми выполнены разгрузочные отверстия. Соседние разгрузочные отверстия, расположенные на противоположных сторонах твердосплавной вставки, выполнены на разной глубине относительно поверхности корпуса, при этом, по меньшей мере, часть отверстий выполнена с переменным поперечным сечением, по одному варианту уменьшающимся, а по второму - увеличивающимся в направлении вращения инструмента. По меньшей мере, часть разгрузочных отверстий может быть полностью расположена в теле корпуса инструмента. Часть разгрузочных отверстий в поперечном сечении может быть выполнена удлиненной формы, при этом большая ось отверстия расположена параллельно оси смежной твердосплавной вставки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Породоразрушающий инструмент, включающий корпус с запрессованными твердосплавными вставками, между которыми выполнены разгрузочные отверстия, отличающийся тем, что соседние отверстия, расположенные на противоположных сторонах твердосплавной вставки, выполнены на разной глубине относительно поверхности корпуса, при этом, по меньшей мере, часть отверстий выполнена с переменным поперечным сечением, уменьшающимся в направлении вращения инструмента.

2. Породоразрушающий инструмент по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть разгрузочных отверстий полностью расположена в теле корпуса инструмента.

3. Породоразрушающий инструмент по п.1, отличающийся тем, что часть разгрузочных отверстий в поперечном сечении выполнена удлиненной формы, при этом большая ось отверстия расположена параллельно оси смежной твердосплавной вставки.

4. Породоразрушающий инструмент, включающий корпус с запрессованными твердосплавными вставками, между которыми выполнены разгрузочные отверстия, отличающийся тем, что соседние отверстия, расположенные на противоположных сторонах твердосплавной вставки, выполнены на разной глубине относительно поверхности корпуса, при этом, по меньшей мере, часть отверстий выполнена с переменным поперечным сечением, увеличивающимся в направлении вращения инструмента.

5. Породоразрушающий инструмент по п.4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть отверстий полностью расположена в теле корпуса инструмента.

6. Породоразрушающий инструмент по п.4, отличающийся тем, что часть отверстий в поперечном сечении выполнена удлиненной формы, при этом большая ось отверстия расположена параллельно оси смежной твердосплавной вставки.