БУРОВОЕ ДОЛОТО ДЛЯ УДАРНОГО БУРЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B17/42 E21B10/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ИЗВЕСТНАЯ ТЕХНИКА

Настоящее изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения горной породы согласно преамбуле п.1 формулы изобретения.

Известное буровое долото для ударного бурения горной породы, выполненное согласно преамбуле п.1 формулы изобретения, показано на фиг.1. Буровое долото данного типа, например, описано в публикации WO 2004/003334 A1, публикациях заявки на патент США US 2002/074797 и 2008/304904 или публикации WO 01/38685.

Данное известное буровое долото 1 содержит бурильную головку 2, соединительную муфту 3, расточку 4, проходящую аксиально через соединительную муфту 3 от заднего конца соединительной муфты к бурильной головке 2, снабженную внутренней охватывающей резьбой 5 для соединения с соответствующей наружной охватываемой резьбой 6 бурильной штанги 7, и ударную поверхность 8 для упора в концевую поверхность 9 бурильной штанги, выполненную на дне расточки 4 и проходящую перпендикулярно продольной оси бурового долота.

Часть расточки 4 между внутренним концом охватывающей резьбы 5 и ударной поверхностью 8 шире охватывающей резьбы для создания зазора 10 на внутреннем конце охватывающей резьбы.

В каждом из патентов США 3258077A и США 3258284A раскрыто буровое долото, имеющее упорный заплечик. Патент Японии 8 151885 A, на котором основана преамбула п.1 формулы изобретения, раскрывает буровое долото с локально увеличенным диаметром бурового долота в окрестности ударной поверхности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание бурового долота упомянутого выше типа, улучшенного, по меньшей мере, в некоторых аспектах.

Согласно изобретению данная цель достигается с помощью бурового долота, имеющего признаки по п.1 формулы изобретения.

Буровое долото по настоящему изобретению содержит бурильную головку, соединительную муфту, имеющую первый конец и противоположный второй конец и соединенную с бурильной головкой на первом конце, расточку, проходящую аксиально через соединительную муфту от ее второго конца к первому концу и снабженную внутренней цилиндрической охватывающей резьбой для соединения с соответствующей наружной цилиндрической охватываемой резьбой бурильной штанги, и ударную поверхность для упора в концевую поверхность бурильной штанги, выполненную на дне расточки и проходящую перпендикулярно продольной оси бурового долота.

Согласно изобретению каждое сечение расточки между ударной поверхностью и частью расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль, имеет площадь сечения, которая меньше площади сечения на части расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль. Таким образом, буровое долото по настоящему изобретению не имеет расширенного зазора в резьбе между внутренним концом охватывающей резьбы и ударной поверхностью. Такой зазор в резьбе должен обеспечить уменьшенную толщину стенки соединительной муфты в части стенки, окружающей зазор в резьбе, в сравнении с частью стенки, окружающей охватывающую резьбу. Такая часть стенки соединительной муфты с уменьшенной толщиной стенки и, следовательно, уменьшенной площадью сечения стенки соединительной муфты должна образовать ослабленную часть или зону FZ растрескивания (см. фиг.1) на буровом долоте. Настоящее изобретение основано на реализации возможности упрочнения бурового долота, что можно выполнить, распределяя зазор в резьбе между внутренним концом охватывающей резьбы и ударной поверхностью. Измеренное улучшение прочности составляет до 18% для бурового долота согласно настоящему изобретению в сравнении с соответствующим известным буровым долотом. Без такого зазора в резьбе расточку бурового долота можно выполнять таким способом, что каждое сечение расточки между ударной поверхностью и частью расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль, имеет площадь, которая меньше площади сечения расточки на части расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль. При этом точка уменьшения прочности не вводится в часть соединительной муфты, проходящую между ударной поверхностью и резьбой на охватывающей части.

В данном описании и приведенной ниже формуле изобретения выражение "поперечное сечение расточки" относится к поперечному сечению расточки, перпендикулярному продольной оси бурового долота.

Дополнительные преимущества и предпочтительные признаки бурового долота согласно изобретению должны стать ясны из следующего описания и зависимых пунктов формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи описание вариантов осуществления изобретения в виде примеров. На чертежах показано следующее.

На фиг.1 показан частично в сечении вид сбоку известного бурового долота, соединенного с бурильной штангой.

На фиг.2 показан частично в сечении вид сбоку бурового долота согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.3 показан частично в сечении вид сбоку бурового долота фиг.2, соединенного с бурильной штангой.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Буровое долото 20 для ударного бурения горной породы согласно варианту осуществления настоящего изобретения показано на фиг.2 и 3. Данное буровое долото 20 содержит бурильную головку 21, снабженную породоразрушающими элементами 22, 23 на своем переднем конце. В показаном варианте осуществления породоразрушающие элементы являются вставками из цементированного карбида в форме передних сферических зубков 22 и периферийных сферических зубков 23. На своем заднем конце бурильная головка 21 соединена соединительной муфтой 24. Бурильная головка 21 и соединительная муфта 24 выполнены из одной заготовки из подходящего металлического материала, такого как, например, сталь.

Соединительная муфта 24 имеет первый конец 24a, которым она соединена с бурильной головкой 21, и противоположный второй конец 24b. Расточка 25 проходит аксиально через соединительную муфту 24 от второго конца 24b к первому концу 24a. Данная расточка 25 снабжена внутренней цилиндрической охватывающей резьбой 26 для соединения с соответствующей наружной цилиндрической охватываемой резьбой 36, выполненной на конце бурильной штанги 30. Охватывающая и охватываемая резьба могут быть резьбой любой обычной формы, такой как круглая резьба или трапецеидальная резьба. Резьба, показанная на фигурах, является круглой резьбой. Ударная поверхность 27 для упора в концевую поверхность 37 бурильной штанги 30 выполнена на дне расточки 25. Данная ударная поверхность 27 проходит перпендикулярно продольной оси A бурового долота 20. Расточка 25, где необходимо, снабжена одной или несколькими не имеющими резьбы цилиндрическими поверхностями 28 между наружным концом круглой охватывающей резьбы 26 и вторым концом 24b соединительной муфты 24, как показано на фиг.2 и 3. Расточка 25 сообщена с передним концом головки 21 долота посредством промывочных каналов 29, проходящих через бурильную головку. Когда буровое долото 20 соединено с бурильной штангой 30 охватывающей резьбой 26, свинчивающейся с охватываемой резьбой 36 бурильной штанги и с ударной поверхностью 27 бурового долота, упирающейся в концевую поверхность 37 бурильной штанги (как показано на фиг.3), промывочные каналы 29 бурового долота сообщены с промывочным каналом (не показано), проходящим аксиально через бурильную штангу вдоль ее центральной оси.

Каждое сечение расточки 25 на части расточки, где резьба 26 имеет полный профиль, имеет одну и одинаковую площадь. Выражение "полный профиль резьбы" можно определить как профиль, присутствующий на большей части отрезка длины резьбы.

Зазор в резьбе не создается в расточке 25 между внутренним концом охватывающей резьбы 26 и ударной поверхностью 27, и каждое сечение расточки 25 между ударной поверхностью 27 и частью расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль, имеет площадь сечения, которая меньше площади сечения расточки 25 на части расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль.

Расточка 25 имеет наименьшую площадь сечения на своем дне, и ударная поверхность 27 образует наименьшую радиальную площадь сечения расточки 25. Таким образом, площадь ударной поверхности 27 меньше площади любого сечения расточки 25 между ударной поверхностью 27 и вторым концом 24b соединительной муфты 24.

На фиг.2 также показано, что площадь сечения расточки 25 постепенно уменьшается от внутреннего конца охватывающей резьбы 26 к ударной поверхности 27. Радиальная площадь сечения расточки 25 непрерывно увеличивается вдоль расточки от ударной поверхности 27 на всем отрезке части расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль. Аксиальное расстояние между ударной поверхностью 27 и внутренним концом части расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль, составляет предпочтительно 8-12 мм, то есть часть расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль, который начинается в 8-12 мм от ударной поверхности 27 в аксиальном направлении.

Радиальное расстояние Ro от продольной оси A бурового долота 20 до самой глубокой точки впадины охватывающей резьбы 26, т.e. наибольший радиус охватывающей резьбы, предпочтительно меньше или равен 18,5 мм на части расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль.

Предпочтительно охватывающая резьба 26 имеет 2,8-3,2 витков резьбы с полным профилем.

Воображаемый цилиндр C показан пунктирными линиями на фиг.2. Данный воображаемый цилиндр C имеет такой диаметр Do, что его огибающая поверхность касается самой глубокой точки впадины охватывающей резьбы расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль. Таким образом, Do=2Ro.

Диаметр Do воображаемого цилиндра C предпочтительно меньше или равен 37 мм, при этом выполняется следующее условие:

1,3<L/Do<1,6

где L - аксиальное расстояние от ударной поверхности 27 до наружного конца части расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль.

Кольцевая зона MZ образована между плоскостью P1 сечения, проходящей через ударную поверхность 27 и огибающую поверхность упомянутого выше воображаемого цилиндра C. Кольцевая зона MZ формирует область на некотором аксиальном сечении, сужающуюся к месту, где охватывающая резьба имеет полный профиль.

Буровое долото 20 предназначено для использования для ударного бурения породы при соединении бурового долота 20 с устройством с верхним ударником одной или несколькими бурильными штангами 30.

С помощью бурового долота 20 согласно настоящему изобретению обеспечивается создание более длинной охватывающей резьбы 26 более длинной контактной поверхности между охватывающей резьбой 26 бурового долота 20 и соответствующей охватываемой резьбой 36 бурильной штанги 30 в сравнении с известным буровым долотом, без увеличения аксиального расстояния L от ударной поверхности 27 до наружного конца части расточки, где охватывающая резьба 26 имеет полный профиль. Кроме того, создаются улучшенные возможности изменения пространства для удаления шлама с обеспечением достаточной прочности соединительной муфты или для увеличения прочности соединительной муфты 24 вследствие того, что стенку соединительной муфты 24 можно разрабатывать без учета какой-либо зоны растрескивания на внутреннем конце соединительной муфты. Буровое долото согласно настоящему изобретению устраняет проблему слабости соединительной муфты, увеличивая толщину стенки без увеличения наружного габарита бурового долота.

Следует отметить, что охватывающая резьба 26 бурового долота согласно настоящему изобретению является цилиндрической резьбой и не относится к типу конической резьбы, используемому в бурильных трубах или бурильном трубном инструменте для роторного бурения нефтяных скважин.

Изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, многие возможности его модификаций понятны специалисту в данной области техники в объеме изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Группа изобретений относится к буровому долоту для ударного бурения горной породы и к его использованию. Технический результат заключается в увеличении прочности и устранении слабости соединительной муфты долота. Буровое долото содержит бурильную головку, соединительную муфту, имеющую первый конец и соединенную с бурильной головкой первым концом, расточку, проходящую аксиально через соединительную муфту от ее второго конца к первому концу и снабженную внутренней цилиндрической охватывающей резьбой для соединения с соответствующей наружной цилиндрической охватываемой резьбой бурильной штанги, и ударную поверхность для упора в концевую поверхность бурильной штанги, выполненную на дне расточки и проходящую перпендикулярно продольной оси бурового долота. Каждое поперечное сечение расточки между ударной поверхностью и частью расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль, имеет площадь меньше площади поперечного сечения расточки на части расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Буровое долото (20) для ударного бурения горной породы, содержащее бурильную головку (21), соединительную муфту (24), имеющую первый конец (24a) и соединенную с бурильной головкой (21) первым концом (24a), расточку (25), проходящую аксиально через соединительную муфту (24) от ее второго конца (24b) к первому концу (24a) и снабженную внутренней цилиндрической охватывающей резьбой (26) для соединения с соответствующей наружной цилиндрической охватываемой резьбой бурильной штанги, и ударную поверхность (27) для упора в концевую поверхность бурильной штанги, выполненную на дне расточки (25) и проходящую перпендикулярно продольной оси (A) бурового долота, отличающееся тем, что каждое поперечное сечение расточки (25) между ударной поверхностью (27) и частью расточки, где охватывающая резьба (26) имеет полный профиль, имеет площадь меньше площади поперечного сечения расточки (25) на части расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль.

2. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что ударная поверхность (27) образует наименьшую радиальную площадь сечения расточки (25).

3. Буровое долото по п. 1 или 2, отличающееся тем, что радиальная площадь сечения расточки (25) непрерывно увеличивается вдоль расточки от ударной поверхности (27) по всему отрезку до части расточки, где охватывающая резьба (26) имеет полный профиль.

4. Буровое долото по п. 1 или 2, отличающееся тем, что имеет кольцевую зону (MZ), образованную между плоскостью (P1) сечения, содержащей ударную поверхность (27), и огибающей поверхностью воображаемого цилиндра (С), который имеет такой диаметр (Do), что его огибающая поверхность касается самой глубокой точки впадины охватывающей резьбы на части расточки, где охватывающая резьба (26) имеет полный профиль.

5. Буровое долото по п. 4, отличающееся тем, что диаметр (Do) воображаемого цилиндра (С) меньше или равен 37 мм, при этом выполняется следующее условие: 1,3<L/Do<1,6, где Do - диаметр воображаемого цилиндра (С) и L - аксиальное расстояние от ударной поверхности (27) до наружного конца части расточки, где охватывающая резьба (26) имеет полный профиль.

6. Буровое долото по любому из пп. 1, 2, 5, отличающееся тем, что аксиальное расстояние между ударной поверхностью (27) и внутренним концом части расточки, где охватывающая резьба (26) имеет полный профиль, составляет 8-12 мм.

7. Буровое долото по любому из пп. 1, 2, 5, отличающееся тем, что радиальное расстояние (Ro) от продольной оси (A) бурового долота (20) до самой глубокой точки впадины охватывающей резьбы (26) меньше или равно 18,5 мм на части расточки, где охватывающая резьба имеет полный профиль.

8. Буровое долото по любому из пп. 1, 2, 5, отличающееся тем, что количество витков охватывающей резьбы (26) с полным профилем составляет 2,8-3,2.

9. Буровое долото по любому из пп. 1, 2, 5, отличающееся тем, что расточка (25) снабжена по меньшей мере одной не имеющей резьбы цилиндрической поверхностью (28) между охватывающей резьбой (26) и вторым концом (24b) соединительной муфты (24).

10. Буровое долото по любому из пп. 1, 2, 5, отличающееся тем, что содержит породоразрушающие элементы в форме передних сферических зубков (22) и периферийных сферических зубков (23), расположенных на переднем конце бурильной головки (21).

11. Буровое долото по любому из пп. 1, 2, 5, отличающееся тем, что расточка (25) сообщена с передним концом бурильной головки (21) через один или несколько промывочных каналов (29), проходящих через бурильную головку.

12. Буровое долото по любому из пп. 1, 2, 5, отличающееся тем, что охватывающая резьба (26) является круглой резьбой или трапецеидальной резьбой.

13. Использование бурового долота по любому из пп. 1-12 для ударного бурения горной породы, при этом буровое долото (20) соединено с устройством верхнего ударника через одну или несколько бурильных штанг (30).