Ступенчатое долото Советский патент 1992 года по МПК E21B10/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к породоразрушающему инструменту для бурения скважин без отбора керна.

Известны долота ступенчатые режущего действия, состоящие из корпуса с логга- стями, армированными пластинами твердого сплава, и промывочными каналами, выполненными в корпусе.

Конструктивно эти долота можно разделить для бурения мягких рыхлых пород и для бурения пород средней твердости и твердых.

В долотах, предназначенных для бурения мягких рыхлых пород, лопасти имеют большую длину, а ступени имеют высоту, равную или большую, чем ширину. При этом на лопастях соотношение высоты и ширины ступеней образуют острый «р, наклона торца долота. Промывочные же пазы, образуемые между корпусом и лопастями, имеют большую площадь, а боковые промывочные каналы расположены очень высоко от забоя. Такая конструкция долот обеспечивает высокую эффективность при бурении мягких рыхлых пород, но не обеспечивает эффективное бурение в твердых трещиноватых породах. ч

В долотах, предназначенных для бурения в твердых и средней твердости породах, длина лопастей и высота ступеней уменьшены и они образуют тупой угол наклона рабочего торца к забою скважины. При этом пространство промывочных пазов уменьшается, что приводит к невозможности их применения в мягких рыхлых породах, где происходит забивание пазов разбуренной породой, прессованию, расходкам и подъему инструмента для очистки долота.

VI 00

§

ч

Наиболее близким по техническим признакам является долото ступенчатое, содержащее корпус с центральным промывочным каналом, торцы которого разделены на сектора наклонными промывочными пазами, и промывочные каналы, расположенные в пазах и сообщенные с центральным промывочным каналом.

Конструкция этих долот обеспечивает эффективное бурение твердых пород. При- менение этих долот в перемежающихся по буримости породах неэффективно, что связано с конструктивными недостатками.

Расположение наклонных промывочных пазов раздельно на каждой ступени приводит к попаданию шламового материала под последующие ступени, тем самым вторичному перемаливанию шламового материала и увеличенному износу твердосплавного вооружения. Отсутствие до- полнительных промывочных пазов в донных частях наклонных пазов при бурении в пластичных породах не обеспечивает эффективного выноса шлама. Приводит к забиванию наклонных пазов и боковых про- мывочных каналов, особенно при бурении скважин с полным поглощением промывочной жидкости с минимальной подачей ее на забой.

Целью изобретения является повыше- ние производительности бурения в перемежающихся по твердости породах за счет повышения стойкости породоразрушаю- щих элементов и улучшения выноса шлама.

Это достигается тем, что корпус вы пол- нен с дополнительными промывочными пазами, расположенными в донных частях на выходе наклонных пазов и сообщены с промывочными каналами, а высота h относится к ширине I ступеней корпуса как 1:3, при этом наклонные промывочные пазы ступеней выполнены совмещенными друг с другом и расположены под углом к оси долота 45-75°.

Исполнение наклонных промывочных пазов 2 под углом к оси долота 45-75° обеспечивает лучший вынос шлама, а совмещение их друг с другом повышает стойкость породоразрушающих элементов за счет предотвращения повторного перемалива- кия шлама.

На фиг. 1 представлен общий вид долота; на фиг. 2 - вид на долота с торца; на фиг. 3 - долото в разрезе; на фиг. 4 - график изменения скорости бурения в зависимости от высоты к ширине ступеней.

Долото ступенчатое состоит из корпуса 1, разделенного натри сектора наклонными промывочными пазами 2 с тремя ступенями 1, II, III, армированными пластинами твердого сплава 3. В корпусе долота имеется центральный канал 4 и боковые промывочные каналы 5, расположенные по наклонным промывочным пазам 2, перпендикулярно плоскости паза. Корпус 1 выполнен с дополнительными промывочными пазами 6, расположенными в донных частях на выходе наклонных пазов 2 и сообщены с боковыми промывочными каналами 5. Вскрытие промывочных каналов 5 дополнительными промывочными пазами 6 улучшает вынос шлама. Высота ступеней h относится к ширине I ступеней как 1:3. Согласно проведенным исследованиям высота ступеней h при бурении в различных по буримости породах колеблется в пределах 3-5 мм, а ширина ступеней при этом должна быть в 3 раза больше. Отношение h к длине I ступеней по периферийным точкам образовывает касательную линию с углом наклона р.

Наклонные промывочные пазы 2 ступеней корпуса 1 выполнены совмещенными друг с другом и расположены под углом к оси долота 45-75°.

При бурении промывочная жидкость по промывочным каналам 5 и 4 поступает на забой скважины, захватывает разрушенную породу, охлаждает пластины твердого сплава и по наклонным промывочным пазам 2 и дополнительным промывочным пазам б выносит породу к устью скважины. В полости центрального канала 4 при бурении образуется обломки керновцго материала, который по окнам 9 промывочной жидкостью выносится в пазы 2. Расположение пластин твердого сплава по секторам обеспечивает эффективное разрушение различных по буримости пород, а разработанная система промывочных каналов и пазов обеспечивает эффективный и своевременный вынос разрушенной породы из-под торца долота.

П р и м е р. В ПГО Центргеология были испытаны долота со следующими геометрическими долотами размерами

1. мм, мм

2. мм

3.п &мм 14ммЬ:1 1:1,75

4. мм мм ,4:1

5.Ь 18мм1 14ммЬ:1 1,29:1

При испытании за критерий эффективности работы долота было принято изменение механической скорости бурения в зависимости от геометрических размеров по разным породам (от пород категории II до пород категории VII).

Результаты испытаний представлены на графике фиг. 4. Из графиков следует, что оптимальным является соотношение

, поскольку механическая скорость бурения изменяется в небольших пределах (от 20 до 15 м/ч) независимо от категории пород.

В других случаях это изменение скорости имеет неприемлемый разброс. Угол наклона ступеней р при соотношении высоты и ширины ступени 1:3 оказывает влияние на угол наклона промывочных пазов а, который должен быть в три раза больше. Это обеспечивает надежный вынос разрушенной породы с забоя скважины.

Использование предлагаемого долота обеспечивает следующие преимущества по сравнению с известными конструкциями:

-возможность эффективного бурения в различных по буримости горных породах одним рейсом без замены долота при смене пород;

-повышение механической скорости бурения по комплексу пород;

-повышение производительности бурения и снижение стоимости работ.

Формула изобретения Ступенчатое долото, содержащее корпус с центральным промывочным каналом, торцы которого разделены на сектора наклонными промывочными пазами, и промывочные каналы, расположенные в лазах и сообщенные с центральным промывочным каналом, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности долота в перемежающихся по твердости породах за счет повышения стойкости породоразрушающих элементов и улучшения выноса шлама, корпус выполнен с дополнительными промывочными пазами,

расположенными на выходных частях наклонных промывочных пазов, которые на каждой последующей ступени выполнены сообщенными с предыдущими и размещены к оси долота под углом 45-75°, при этом

высота h ступеней относится к их ширине I, как 1:3, а дополнительные промывочные пазы сообщены с промывочными каналами.

Изобретение относится к горному делу, а именно к породоразрушающему инструменту для бурения скважин без отбора керна, и повышает производительность долота за счет повышения стойкости поро- доразрушающих элементов и улучшения выноса шлама. В корпусе 1 имеются дополнительные промывочные пазы 6, которые расположены в промывочных пазах 2. Промывочные пазы 2 на каждой ступени сообщены между собой и расположены под углом 45...75° к оси долота. Высота каждой ступени относится к ее ширине, как 1:3. При работе долота за счет сообщенных между собой на каждой ступени промывочных пазов исключается повторное перемалывание шлама, что способствует увеличению стойкости породоразрушающих элементов. Пазы 6 и наклон пазов 2 под углом 45...75° способствует лучшему удалению шлама. Соотношение размеров элементов ступеней 1:3 способствует повышению производительности долота. 4 ил.

фиг. 1

в

///

Фиг. 2

Фиг.з

Уме м/ч 30

25

ЯН

15

10Категория пород ло ЈНЗ Фиг. 4

)

)

fctfr/t 4/7)

fcfBfrfcW)