Бурильная головка Советский патент 1992 года по МПК E21B10/08 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к породоразруша- ющему инструменту для бурения нефтяных, газовых и других скважин с отбором керна.

Известны четырехшарошечные бурильные головки с закрепленными на лапах коническими шарошками, которые обращены вовнутрь Недостатком этих бурильных головок является то, что вершинные венцы шарошек, представленные одним-двумя твердосплавными зубками, находящимися на оси вращения шарошек, в отличие от других венцов работают в режиме резания, находясь в постоянном контакте с породой забоя. По этой причине приходящаяся на вершинные венцы контактная работа разрушения в несколько раз выше по сравнению с другими венцами, что обуславливает опережающий износ вершинных венцов. При бурении в абразивных породах наступление

полного износа вершинных венцов приводит к быстрому истиранию тела шарошек с выламыванием и выпадением зубкового вооружения последующих венцов. В результате вершины шарошек срезаются вплоть до обнажения цапф биоильной головки, а процесс выбуривания керна идет с образованием в призабойной части породного конуса, на котором бурильная головка в конце концов заклинивается. Таким образом, проходка на бурильную головку (за рейс) ограничивается опережающим износом вершинных венцов шарошек. По мере развития описанного процесса снижается и механическая скорость проходки.

Известна бурильная головка, снабженная шарошками с вогнутой вершинной частью, закрепленными на цилиндрических цапфах. Недостатком этой бурильной головки является то, что величина радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности

sj

о ел со

4 00

вершинной части шарошек не позволяет разместить требуемый объем твердосплавного вооружения для обеспечения сопоставимой износостойкости вершинной и периферийной частей шарошек. Величина радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части шарошки лимитируется толщиной этой части тела шарошки, толщина же в свою очередь ограничена длиной цилиндрической цапфы, на которой закреплена шарошка. Таким образом, хотя техническое решение по прототипу и повышает износостойкость вершинных венцов шарошек бурильной головки по сравнению с аналогом, однако оно не достаточно эффективно для условий бурения в крепких абразивных породах. (Об этом свидетельствует полученный опыт отработки опытной партии бурильных головок, изготовленных в соответствии с техническим решением, принятым за прототип).

Целью изобретения является повышение эффективности работы бурильной головки за счет возможности усиления вооружения по объему.

Поставленная цель достигается тем, что у бурильной головки одержащей цапфу, закрепленную на цапфе шарошку с внутренним основанием, обращенным к цапфе и вогнутой вершинной частью с зубками.рас- положенными на поверхности вогнутой вер- шинной части шарошки, внутреннее основание шарошки выполнено в виде выпуклой поверхности, а цапфа поторцу обра- щенному к внутреннему основанию шарошки,выполнена с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности внутреннему основанию шарошки, причем выпуклая поверхность внутреннего основания шарошки выполнена в виде конической поверхности или сферической поверхности или цилиндрической поверхности.

На чертеже показана бурильная головка, продольный разрез.

Бурильная головка состоит из корпуса 1 с вогнутой вершинной частью 2, на которой размещено вооружение 3 Внутреннее основание корпуса 1 выполнено в виде выпуклой поверхности 4, обращенной к цапфе 5. Причем выпуклая поверхность 4 выполнена в виде конуса или сферы, или цилиндра. Цапфа 5 снабжена вогнутой поверхностью, конгруэнтной поверхности 4 корпуса 1.

Бурильная головка работает следующим образом.

При вращении головки каждый венец шарошки разрушает свой кольцевой участок забоя. Шарошка формирует столбик керна, имеющий в призабойной части форму сферы. Вооружение, помещенное на вогнутой поверхности вершинной части

шарошки, находясь постоянно в контакте с породой забоя в форме сферической поверхности, разрушают эту часть забоя в более благоприятных условиях. Вследствие этого минимум удельных объемных работ разрушения возможно сместить на кольцевые участки забоя скважины, которые перекрываются основными (средними) венцами, т.е. появляется возможность варьировать схемой вооружения по всей поверхности шарошки, За счет охвата призабойной части керна сферическими поверхностями шарошек обеспечивается повышение сохранности керна от разрушения усилиями изгиба, кручения, радиальной вибрации (так как на

начальной стадии формирования керна его диаметр превышает номинальный). За счет увеличения радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части ша- рошки, достигаемого выполнением

внутреннего основания шарошки выпуклой, а цапфы по торцу, обращенному к внутреннему основанию шарошки, выполненной с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности внутреннему основанию шарошки, и соответственно размещения на этой поверхности более мощного по объему по сравнению с прототипом, обеспечивается повышение износостойкости вершинной части шарошки.

Форма выполнения выпуклой поверхности (коническая, сферическая или цилиндрическая), выбирается в зависимости от необходимости объема размещения вооружения.

Бурильная головка имеет следующие преимущества.

За счет увеличения радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части возможно размещение более мощного вооружения по объему и повышение износостойкости этой наиболее нагруженной (в отношении контактной работы разрушения) части шарошки.

Благодаря увеличению кривизны отмеченной части шарошки обеспечивается более рациональное формирование геометрии вооружения шарошки.

За счет увеличения радиуса кривизны отмеченной части шарошки обеспечивается возможность более эффективного разрушения соответствующего забойного участка, так как здесь имеет место обуривание сфе- ры с постепенным переходом к номинальному диаметру керна, т е. имеет место ступенчатое разрушение породы

За счет увеличения радиуса кривизны отмеченной части шарошки керн на началь- ной стадии формируется в виде сферы значительно большего диаметра, чем его номинальный диаметр, а бурильная головка по соответствующим поверхностям шарошек центрируется на сферическом пород- ном целике. При этом повышается сохранность керна от разрушения

За счет того, что внутреннее основание корпуса шарошки выполнено в виде выпук- лой поверхности, обращенной к цапфе, а цапфа выполнена с соответствующей (конгруэнтной) вогнутой поверхностью, обеспечена требуемая прочность корпуса шарошки при увеличенном радиусе кривиз- ны вогнутой сферической поверхности вершинной части

Редактор З.Ходакова

Составитель-А Скалунов Техред М.Моргентал

Формула изобретения

1.Бурильная головка, содержащая цапфу, закрепленную на цапфе шарошку с внутренним основанием, обращенным к цапфе, и вогнутой вершинной частью и зубки, расположенные на поверхности вогнутой вершинной части шарошки, отличающая- с я тем, что, с целью повышения эффективности работы бурильной головки за счет усиления вооружения по объему, внутреннее основание шарошки выполнено в виде выпуклой поверхности, а цапфа по торцу, обращенному к внутреннему основанию шарошки выполнена с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности внутреннего основания шарошки.

2.Бурильная головка поп1,отличаю- щ а я с я тем, что выпуклая поверхность внутреннего основания шарошки выполнена в виде конической поверхности, или сферической поверхности, или цилиндрической поверхности.

Корректор Н Гунько

Область использования: бурение нефтяных, газовых и других скважин с отбором керна породоразрушающим инструментом. Техническая сущность: для повышения эффективности работы бурильной головки вооружение шарошки усилено по объему. Это достигнуто за счет того, что внутреннее основание шарошки выпотнено в виде выпуклой поверхности. Цапфа выполнена с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности. При работе повышается износостойкость вершинной части шарошки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.