БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2014 года по МПК E21B10/16 E21B10/18 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам с фрезерованными зубьями для разбуривания мягких пород и пород средней твердости.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочные гидромониторные узлы, расположенные в периферийной части межшарошечного пространства (см. Н.А. Жидовцев, В.Я. Кершенбаум и др. Справочник «Долговечность шарошечных долот». М.: Недра, 1992 г., с.8, рис.2).

Недостатком этого долота является некачественная очистка забоя от шлама, что ведет к повторному его измельчению и повышенному износу вооружения шарошек.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел (см. каталог ОАО Волгабурмаш «Буровые долота», 2007 г., стр.28).

К недостаткам данного долота следует отнести несовершенство его промывочной системы, что связано с зашламованием полости между обратными конусами шарошек в их верхнем положении и нижними торцами лап, а также в отсутствии организованного отвода шлама с забоя скважины в затрубное пространство. А это ведет к снижению как проходки на долото, так и механической скорости бурения.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет улучшения очистки забоя от шлама.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел, согласно изобретению, промывочный узел расположен по оси долота, а у всех шарошек венцы выполнены с косыми зубьями, причем косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия их одновременного механического воздействия на гидравлическую среду забоя для каждой шарошки была одинаковой и направлена от центра к периферии.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона рабочих поверхностей косых зубьев к образующей шарошки составляет 5 - 45°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы к оси долота.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен фрагмент общего вида долота, на фиг.2 - вид на шарошки долота сверху.

Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников установлены конические шарошки 3 с фрезерованными или литыми зубьями 4. У всех шарошек 3 зубья 4 венцов выполнены косыми, т.е. с наклоном к ее образующей под углом α, равным 5-45°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы 2 к вертикальной оси долота. В процессе бурения промывочная жидкость, прокачиваемая через центральный промывочный узел 5, расположенный по оси 6 долота, направляет разрушенную породу в сторону стенок скважины и далее в межшарошечную полость 7. При этом часть шлама попадает в полость между обратными конусами 8 шарошек 3 и нижним торцом 9 корпуса 1, образуя шламовую пробку. Это в ряде случаев, особенно при бурении по глинистым породам, может привести к заклиниванию шарошек 3. Для исключения этого явления и более эффективного удаления шлама с забоя скважины в предложенном долоте используются шарошки 3 с определенным наклоном зубьев 4, боковые грани которых создают усилие F, большая часть составляющей которого F_oc ориентирована в сторону устья скважины и межшарошечную полость 7. При этом суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев 5 на гидравлическую среду (шлам) забоя для каждой шарошки 3 должна быть одинаковой и направлена в сторону от центра к периферии.

Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 3 перекатываются с одновременным проскальзыванием по поверхности забоя и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота с косыми зубьями способствует повышению эффективности разрушения горных пород за счет проскальзывания зубьев 4 относительно забоя. Особенно это касается пластичных пород. Разрушенная порода, благодаря выполнению венцов шарошек 3 с зубьями 4, имеющими наклон относительно образующей шарошки 3, при выходе зубьев 4 из контакта с поверхностью забоя, направляется в сторону периферии (направление движения потока показано на фиг.2 стрелками). Там она подхватывается промывочной жидкостью и наклонными зубьями 4, которые выполняя функцию шнековых лопастей, подают обогащенную шламом промывочную жидкость через межшарошечную полость 7 в затрубное пространство и далее на поверхность. При этом, благодаря выполнению шарошек 3 с одинаковой рабочей поверхностью для выноса шлама, исключается создание на забое турбулентных потоков, что в свою очередь гарантирует равномерное удаление шлама с забоя скважины и исключает образование шламовых пробок. Это позволяет избежать повторного измельчения шлама и тем самым уменьшить износ вооружения, а следовательно и увеличение проходки на долото и рост механической скорости бурения.

Таким образом, предложенное долото благодаря более качественной очистке забоя от шлама позволяет повысить эффективность работы долота и тем самым снизить затраты на буровые работы.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, установленные на них с наклонно расположенными относительно их образующих конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел. Промывочный узел расположен по оси долота, а у всех шарошек венцы выполнены с косыми зубьями. Косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя для каждой шарошки была одинаковой и направлена от центра к периферии. Как вариант, угол наклона рабочих поверхностей косых зубьев к образующей шарошки составляет 5-45°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы к оси долота. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота и улучшении очистки забоя от шлама. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, установленные на них с наклонно расположенными относительно их образующих конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел, отличающееся тем, что промывочный узел расположен по оси долота, а у всех шарошек венцы выполнены с косыми зубьями, причем косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя для каждой шарошки была одинаковой и направлена от центра к периферии.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что угол наклона рабочих поверхностей косых зубьев к образующей шарошки составляет 5-45°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы к оси долота.