Шарошка бурового долота Советский патент 1993 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к буровой технике, а конкретно к породоразрушающим инструментам для бурения скважин - шарошечным долотам.

Целью настоящего изобретения являет- ся уменьшение интенсивности искривления и повышение эффективности управления кривизной ствола скважины, особенно при проходке в крутопадающих пластах, что характерно при сверхглубоком бурении, и уве- личение скорости бурения за счет увеличения проходки на долото вследствие бурения со значительными нагрузками на забой без возникновения самопроизвольного искривления скважины путем интенси- фикациидробяще-фрезерующего воздействия резцов, установленных на обратных конусах шарошек долота, на стенку скважины, особенно ее лежачую сторону у забоя.

На фиг. 1 изображен фрагмент шарошечного долота в продольном разрезе; на фиг. 2 - частичный вид сверху долота со смещенными осями шарошек; на фиг. 3 - аналогичный вид долота с несмещенными осями шарошек; на фиг.4 - вид сбоку на шарошку по стрелке А на фиг.1 долота со смещенными осями шарошек; на фиг. 5 - аналогичный вид сбоку на шарощжу долота с несмещенными осями шарошек,

Шарошечное долото имеет шарошки 1, смонтированные на цапфах 2 на подшипниках 3. Шарошки 1 имеют основные венцы 4, оснащенные резцами 5, и обратный конус 6, оснащенный резцами 7. Резцы 7 имеют режущую кромку 8. Режущие кромки 8 резцов 7 расположены под углом к образующей 9 обратного конуса 6 шарошки 1 (к радиусу шарошки), причем у долот с несмещенными осями шарошек режущие кромки чередующихся резцов 10,12,14 и 11,13,15 (и т.д.) повернуты в разные стороны относительно этой образующей. Тонкими пунктирными линиями показаны полосы контакта 16 рез- цов 10-15 шарошки 1 со стенкой скважины у долота со смещением осей шарошек и 16 и 17 у долота с несмещенными осями шарошек.

Работает шарошечное долото следую- щим образом. При вращении долота шарошки 1 перекатываются по забою. При этом резцы 5 основных венцов 4 разрушают забой скважины в дробящем или дробяще- скалывающем режиме (в зависимости от на- личия смещения осей шарошек). По мере вращения шарошки 1 резцы 7 на обратном конусе б входят в контакт со стенкой скважины. Режущая кромка 8 резца 7 взаимодействует со стенкой скважины в полосе

контакта 16 в положении близком к горизонтальному, поскольку эта кромка расположена под углом к радиусу шарошки, благодаря чему оказывает на стенку, особенно лежачую, максимальное фрезерующее воздействие (если бы режущая кромка резца была расположена вдоль образующей обратного конуса шарошки, (вдоль радиуса шарошки) режущая кромка резца встречалась бы с породой практически торцом - одним концом, и фрезерующее воздействие было бы минимальным). У долот со смещенными осями шарошек взаимодействие резцов 7 со стенкой скважины происходит только в полосе контакта 16 (что хорошо видно на фиг.2 и 4), а у долот с несмещенными осями шарошек имеется две полосы контакта со стенкой скважины 16 и 17 (см. фиг.З и 5). Режущие кромки резцов 10,12 и 14, работавшие в полосе контакта 16 наиболее эффективно, в полосе контакта 17 будут взаимодейство- вать со стенкой скважины недостаточно эффективно, т.к. в результате поворота шарошки на угол, практически близкий 90°, будут контактировать со стенкой не по длине кромки, а только по ее торцу, т.е. площадь фрезерования одним резцом будет в несколько раз меньше. Поэтому в долотах с несмещенными осями шарошек режущие кромки чередующихся зубков 10,12,14 и 11,13,15 и т.д. повернуты в разные стороны относительно образующей обратного конуса шарошки (см.фиг.5). При работе таких долот часть резцов будет наиболее эффективно разрушать стенку скважины и предотвращать искривление ствола или интенсифицировать набор кривизны в полосе контакта 16 (резцы 10,12,14 и т.д.), а другая часть резцов будет наиболее эффективно работать в полосе контакта 17 (резцы 11,13,15 и т.д.).

По предлагаемому техническому решению разработано шарошечное долото марки К393,7/1ООТКЗ, предназначенное, преимущественно, для бурения в крепких абразивных породах (габро, гнейсы), залегающих в крутопадающих пластах, встреченных на глубинах свыше 410 км при бурении сверхглубокой скважины СГ-3 (Кольская), где искривление ствола при бурении существующими шарошечными долотами стало почти непреодолимым препятствием эффективному углублению скважины.

Лабораторные исследования на моделях показали эффективность предлагаемого технического решения.

Техническими преимуществами предложенного шарошечного долота являются уменьшение интенсивности искривления скважины и повышение эффективности управления кривизной ствола скважины, особенно в крутопадающих пластах, а также увеличение скорости бурения за счет увеличения проходки на долото вследствие бурения с повышенными нагрузками на забой, путем интенсификации дробяще-фрезерую- щего воздействия резцов, установленных на обратных конусах шарошек долота, на стенку скважины, особенно на ее лежачую сторону у забоя,

Преимуществом предлагаемого технического решения является сокращение сроков проводки скважин, особенно соерхглубоких, при бурении в наклонных пластах, вызывающих искривление скважин.

Формула изобретения .1. Шарошка бурового долота, содержащая основные зубчатые венцы, обратный

конус на корпусе и резцы с режущими кромками, расположенные на обратном конусе, отличающаяся тем, что, с цепью повышения эффективности бурения за счет уменьшения искривления ствола скважины

и повышения производительности бурения за счет увеличения осевой нагрузки, резцы на обратном конусе корпуса расположены режущими кромками под углом к образующим обратного конуса.

2. Шарошка по п.1, о т л и ч а ю щ а я - с я тем, что режущие кромки соседних резцов наклонены в разные стороны относительно образующих обратного конуса.

Использование: шарошечные долота для бурения скважин. Сущность: резцы 7 на обратном конусе 6 расположены режущими кромками 8 под углом к образующим обратного конуса 6. Режущие кромки 8 могут быть наклонены в разные стороны относительно образующих обратного конуса 6. При работе .уменьшается искривление ствола сква- жины и шарошка может работать с повышенными нагрузками. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.