БУРОВОЕ АЛМАЗНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2014 года по МПК E21B10/60 

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым алмазным долотам, применяемых для бурения глубоких скважин.

Известно буровое долото [1], принятое за аналог. Для защиты полостей опор шарошек от попадания при бурении крупных частиц шлама, во внутренней полости хвостовика корпуса долота предусмотрены цилиндрические трубки, вставленные одним концом в гнезда. Другой конец трубки закрыт. На выступающей части трубки, закрепленной в гнезде под углом к оси внутренней полости, выполнены множество отверстий для прохода в полость опоры части продувочного агента. Положительным качеством аналога является то, что крупные частицы, способные по мере их накопления засорить и закупорить продувочное отверстие, отсекаются при прохождении продувочного агента наружной поверхностью выступающей трубки и габаритами отверстий, меньшими размеров крупных частиц. Отрицательные качества аналога состоят в том, что невозможно его применение в долотах с промывкой забоя.

Известно другое буровое долото [2], также принятое за аналог. Во внутренней полости его хвостовика помещен эластичный отражатель в виде конуса, перекрывающий всю площадь этой полости с боковыми отверстиями-клапанами по бокам для дальнейшего прохода продувочного агента без крупных частиц в полость опоры. В конце конической воронки расположен пружинный клапан, открывающийся во время бурения давлением продувочного агента и закрывающийся при остановке компрессоров.

Положительным качеством этого аналога также является возможность задержки крупных частиц шлама и предотвращения их попадания в полость опоры. Недостатком является невозможность применения в долотах с промывкой забоя.

Известно другое буровое долото шарошечного типа [3], также принятое за аналог. Во внутренней полости хвостовика на уступе расположены верхняя гофрированная камера в виде трубки и раструба со стопорным разжимным кольцом и канавкой и подвижная нижняя камера на поверхности трубки верхней камеры с разрезными эластичными лепестками - отбойниками шлама, которая поднимается и перекрывает отверстия перфорированной камеры в случае, если давление в стояке падает или прекращается.

Известно другое буровое долото [4], принятое за прототип. Это алмазное долото с резцами PDC, установленными на поверхности выступающих над корпусом лопастей и боковых поверхностях корпуса для защиты от потери долотом диаметра во время бурения. В нишах между лопастями установлено несколько сменных твердосплавных промывочных насадок. Чем больше их количество в долоте, тем лучше омывается забой и поверхности корпуса и лопастей долота, тем меньше вероятность засаливания резцов, ведущая к снижению механической скорости бурения и проходки на долото.

Увеличение количества насадок с уменьшенным диаметром позволяет при постоянном расходе промывочной жидкости увеличить количество зон перекрытия и улучшить очистку забоя. Это положительное свойство прототипа.

Но уменьшение выходных диаметров промывочных насадок нередко приводит к полному и плотному засорению одной или более из них обрывками резиновых покрытий подпятников турбобуров, оболочки статора объемного двигателя, или крупными частицами шлама. При таком засорении промывка из одного или нескольких сопел прекращается, что ведет к ухудшению промывки забоя, засаливанию и прекращению работы части резцов и, в итоге, падает механическая скорость бурения и проходка на долото.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и эффективности работы алмазного долота.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом алмазном долоте, содержащем корпус, выступающие над ним лопасти, оснащенные породоразрушающими и защитными резцами PDC, промывочные твердосплавные насадки в гнездах на корпусе, центральную полость в ниппеле корпуса, систему каналов, подводящих промывочную жидкость к твердосплавным промывочным насадкам, в котором в центральную полость ниппеля установлено устройство для защиты твердосплавных промывочных насадок от засорения, выполненное в виде цилиндра или иного тела вращения, открытого с одного торца и закрытого с другого, с наружным кольцевым буртом со стороны открытого торца для установки и закрепления на ступеньке полости ниппеля, в стенке устройства выполнено множество отверстий круглой или иной формы для прохода промывочной жидкости, при этом площадь центрального отверстия в ниппеле (S_НИП), площадь максимального поперечного сечения устройства (S_УСТ), суммарная площадь отверстий в стенке устройства (S_БОК) и суммарная площадь сопел промывочных насадок (S_НАС) связаны неравенством (S_НИП>S_УСТ>S_БОК>S_НАС), диаметр отверстий в стенке устройства круглой формы d или наибольшая ширина таких отверстий иной формы b должны быть меньше минимального диаметра насадок в пределах d (или b)=(0,4÷0,7)d_НАСmin; корпус устройства выполняется, например, из легированных чугунов или другого износостойкого материала с покрытием карбидами металлов; оси отверстий в стенке устройства наклонены под острым углом α в сторону его закрытого торца с целью уменьшения гидравлических потерь и размыва стенки центральной полости ниппеля струями промывочной жидкости.

Закрепление устройства на ступеньке полости ниппеля может производиться любым известным способом, например как показано в третьем аналоге, с помощью стопорной гайки (на нашей схеме не показано). Крепление должно обеспечивать возможность замены или повторного применения устройства в другом долоте.

Перечень и описание фигур чертежей

На фиг.1 представлен общий вид алмазного долота PDC со стальным корпусом.

На фиг.2 представлено продольное сечение фиг.1 с твердосплавными промывочными насадками и предлагаемым устройством для защиты твердосплавных промывочных насадок от засорения.

На фиг.3 представлен вариант предлагаемого устройства. На фиг.4 представлен другой вариант предлагаемого устройства. На фиг.1 позициями обозначены: 1 - корпус долота, 3 - промывочные твердосплавные насадки, 4 - присоединительная резьба, 5 - резцы PDC породоразрушающие, 6 - зубки PDC для защиты диаметра, 7 - пазы для ключа заворота долота.

На фиг.2 позициями обозначены: 1, 3-7 - те же детали, что и на фиг.2, 2 - внутренняя полость ниппеля долота, 8 - предлагаемое устройство, 9 - наружный кольцевой бурт, 10 - ступенька в полости ниппеля для установки устройства.

На фиг.3 и 4 позициями обозначены: 8-9 - те же детали, что и на фиг.1; 11 - отверстия в стенке устройства для выхода промывочной жидкости во внутреннюю полость 2 и к насадкам 3; 12 - толщина стенки устройства, выбираемая в зависимости от материала и давления на стояке скважины; острым углом α обозначено направление выхода струй из отверстий в стенке устройства, d - диаметр этих отверстий, b - ширина отверстий иной формы, кроме круглой, являющаяся основным размерным препятствием от проникновения засоряющих частиц.

Корпус фильтра может устанавливаться в долото на заводе-изготовителе или непосредственно перед спуском долота в скважину. При необходимости, во время принудительного подъема долота и осмотра, корпус фильтра может меняться на новый, например, с более мелкими отверстиями. После стопорного закрепления устройства, о варианте которого сказано выше, долото спускается на забой. Размеры и форма отверстий в фильтре позволяют надежно удерживать в значительном объеме внутренней полости устройства любые обрывки резиновых покрытий привода или крупные частицы шлама, не допуская их попадания в промывочные насадки, а значит избежать снижения показателей бурения долотом.

Источники информации

1. Патент США №6405811 от 18.06.2002 г. кл. E21B 10/24 (аналог).

2. Авторское свидетельство №1603877 от 27.05.2000 г. кл. E21B 10/24 (аналог).

3. Патент США №3401758 от 17.09.1968 г. кл. 175-318 (аналог).

4. Композит-каталог ОАО «Волгабурмаш» за 2012 г., стр.36 (прототип).

Изобретение относится к алмазным буровым долотам. Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности работы алмазного долота, в защите от засорения твердосплавных промывочных насадок. Буровое алмазное долото содержит корпус, выступающие над ним лопасти, оснащенные породоразрушающими и защитными резцами PDC, промывочные твердосплавные насадки в гнездах на корпусе, центральную полость в ниппеле корпуса, систему каналов, подводящих промывочную жидкость к твердосплавным промывочным насадкам. В центральную полость ниппеля установлено устройство для защиты промывочных насадок от засорения, выполненное в виде цилиндра или иного тела вращения, открытого с одного торца и закрытого с другого, с наружным кольцевым буртом со стороны открытого торца для установки и закрепления на ступеньке полости ниппеля, в стенке устройства выполнено множество отверстий круглой или иной формы для прохода промывочной жидкости. Площадь центрального отверстия в ниппеле (S_НИП), площадь максимального поперечного сечения устройства (S_УСТ), суммарная площадь отверстий в стенке устройства (S_БОК) и суммарная площадь сопел промывочных насадок (S_НАС) связаны неравенством S_НИП>S_УСТ>S_БОК>S_НАС. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Буровое алмазное долото, содержащее корпус, выступающие над ним лопасти, оснащенные породоразрушающими и защитными резцами PDC, промывочные твердосплавные насадки в гнездах на корпусе, центральную полость в ниппеле корпуса, систему каналов, подводящих промывочную жидкость к твердосплавным промывочным насадкам, отличающееся тем, что в центральную полость ниппеля установлено устройство для защиты промывочных насадок от засорения, выполненное в виде цилиндра или иного тела вращения, открытого с одного торца и закрытого с другого, с наружным кольцевым буртом со стороны открытого торца для установки и закрепления на ступеньке полости ниппеля, в стенке устройства выполнено множество отверстий круглой или иной формы для прохода промывочной жидкости, при этом площадь центрального отверстия в ниппеле (S_НИП), площадь максимального поперечного сечения устройства (S_УСТ), суммарная площадь отверстий в стенке устройства (S_БОК) и суммарная площадь сопел промывочных насадок (S_НАС) связаны неравенством S_НИП>S_УСТ>S_БОК>S_НАС.

2. Буровое алмазное долото по п.1, отличающееся тем, что диаметр отверстий круглой формы (d) или наибольшая ширина отверстий иной формы (b) должны быть меньше минимального диаметра насадок в пределах d (или b)=(0,4÷0,7)d_{НАС min}.

3. Буровое алмазное долото по п.1, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен из износостойкого материала или с износостойким покрытием карбидами металлов.

4. Буровое алмазное долото по п.1, отличающееся тем, что оси отверстий в стенке устройства наклонены под острым углом α в сторону его закрытого торца.