БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО С АСИММЕТРИЧНОЙ СХЕМОЙ ПРОМЫВКИ Российский патент 2014 года по МПК E21B10/16 E21B10/18 

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, с.141-142, рис.2.1.63).

Недостатком этого долота является низкая эффективность работы из-за некачественной очистки забоя от шлама. Это связано с образованием шламовых пробок, особенно при бурении по глинистым породам.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото с асимметричной схемой промывки, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, шламоотводящий канал и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы (см. патент РФ №2394146, кл. Е21В 10/18, 2009).

Данное долото благодаря асимметричной схеме промывки и наличию специального шламоотводящего канала обеспечивает более качественную очистку забоя от шлама. Однако при бурении по породам с образованием большого объема шлама этого бывает недостаточно. В первую очередь это объясняется тем, что эффективно в удалении шлама участвует только шарошка с удлиненными периферийными зубьями. А это ведет к повторному измельчению шлама вооружением шарошек и, как следствие этого, к снижению механической скорости бурения и усиленному износу самих зубьев.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте с асимметричной схемой промывки, включающем лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, шламоотводящий канал и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы, согласно изобретению все шарошки выполнены с косыми зубьями, при этом первая шарошка расположена между промывочными узлами и имеет зубья, наклоненные к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя шарошки была направлена от периферии к центру, а у смежных шарошек - в обратную сторону.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона рабочих поверхностей косых зубьев к образующей шарошки составляет 5-45°, при этом у шарошек, расположенных по обе стороны от шламоотводящего канала, меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы к оси долота, а у первой шарошки - наоборот.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид долота; на фиг.2 - вид на шарошек сверху.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников, один из которых замковый (не показано), установлены конические шарошки 3 с литыми или фрезерованными зубьями 4, шламоотводящий канал 5 и напорные промывочные узлы 6, размещенные между шарошками 3 и направляющими поток промывочной жидкости на забой скважины. Все зубья 4 на шарошках 3 выполнены косыми, т.е. под углом α к образующей шарошки, причем угол наклона зубьев 4 в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород колеблется от 5° до 45°. Величина угла наклона зубьев 4 определяется в первую очередь физико-механическими свойствами разбуриваемых пород и применяемыми способами и режимами бурения. Чем более мягкие породы, а следовательно, и большие объем шлама на забое, тем больше должен быть угол наклона зубьев 4. Такое выполнение зубьев 4 позволит обеспечить более эффективную транспортировку этого шлама в сторону шламоотводящего канала 6 первой шарошкой, вершина которой выходит за ось долота. Далее шлам направляется в затрубное пространство двумя другими шарошками 3, расположенными по обе стороны от шламоотводящего канала 5. В свою очередь, это позволит свести к минимуму повторное измельчение шлама зубьями долота. Следует отметить, что такая схема очистки забоя от шлама может быть использована не только в трехшарошечных долотах, но и в долотах с другим количеством шарошек. Причем у шарошек 3, расположенных по обе стороны от шламоотводящего канала 5, меньшее значение угла наклона - α зубьев 4 к образующей шарошки 3 соответствует большему значению угла наклона - β цапфы 2 к оси долота, а у первой шарошки - наоборот. При этом первая шарошка 3 расположена между напорными промывочными узлами 6 и имеет зубья 4, наклоненные к оси цапфы 2 таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия - Foc одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя шарошки была направлена от периферии к центру, а у смежных шарошек 3 - в обратную сторону.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 3 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины, а промывочная жидкость, прокачиваемая с поверхности через боковые напорные промывочные узлы 6, оказывает динамическое воздействие на породу забоя. При этом благодаря асимметричной схеме промывки на забое образуются поперечные потоки, которые благодаря выполнению зубьев 4 шарошек 3 с вышеуказанными конструктивными признаками направляют обогащенную шламом промывочную жидкость в сторону отводного канала 5. При этом наклонные зубья 4 первой шарошки не только запирают проход шламу в сторону напорных промывочных узлов 6, но и направляют этот шлам в направлении шламоотводящего канала 5. Далее этот шлам подхватывается двумя другими шарошками и удаляется в затрубное пространство.

Таким образом, применение предложенного долота благодаря более рациональной геометрии вооружения периферийной части шарошек и созданию благоприятных условий, как механических, так и гидравлических, для удаления шлама с забоя скважины, позволит повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Обеспечивает повышение эффективности работы долота за счет более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство. Буровое шарошечное долото с асимметричной схемой промывки включает лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, шламоотводящий канал и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы. Все шарошки выполнены с косыми зубьями, при этом первая шарошка расположена между промывочными узлами и имеет зубья, наклоненные к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя шарошки была направлена от периферии к центру, а у смежных шарошек - в обратную сторону. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровое шарошечное долото с асимметричной схемой промывки, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, шламоотводящий канал и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы, отличающееся тем, что все шарошки выполнены с косыми зубьями, при этом первая шарошка расположена между промывочными узлами и имеет зубья, наклоненные к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя шарошки была направлена от периферии к центру, а у смежных шарошек - в обратную сторону.

2. Буровое шарошечное долото с асимметричной схемой промывки по п.1, отличающееся тем, что угол наклона рабочих поверхностей косых зубьев к образующей шарошки составляет 5-45°, при этом у шарошек, расположенных по обе стороны от шламоотводящего канала, меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы к оси долота, а у первой шарошки - наоборот.