Буровой инструмент Советский патент 1936 года по МПК E21B4/00 

При вращательном способе бурения двигатель, приводящий долото во вращение, находится на поверхности. Ротор вращает всю колонну труб с долотом на конце, чем и достигается разбуривание породы. С увеличением глубины скважины, масса, приводимая во вращение, увелачивается. Колонна труб, наподобие длинной нити, начинает скручиваться и изгибаться. Эти явления порождают собой аварии, кривизну скважины, износ бурильных и обсадных труб из-за их взаимного истирания и т. п.

Турбинный метод бурения, например, турбобуром Капелюшникова этих недостатков не имеет, так как двигатель перенесен на забой, благодаря чему колонна бурильных труб находится в относительно спокойном состоянии.

Целью изобретения является возможность достигнуть наибольшего пребывания инструмента на забое, разбуривать одним долблением все встречающиеся породы и свести до минимума кручение и продольный изгиб труб и как следствие этого, ликвидировать причины, порождающие аварии- и кривизну скважины.

Для достижения этого в предлагаемом буровом инструменте, с приводом резцов во вращение при помощи гидравлической турбины, связанная с турбиной общим приводным кулачком или шестерней резцовая головка состоит из нескольких резцов, получающих помимо вращения около своих осей еще и вращение вокруг оси скважины.

На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный продольный разрез бурового инструмента; фиг. 2-то же в другой плоскости его; фиг. 3-вид снизу его во время работы в скважине; фиг. 4-горизонтальный разрез его по ia фиг. 1; фиг. 5-то же с тремя резцами; фиг. 6- вертикальный продольный разрез бурового инструмента в другой форме выполнения; фиг. 7-то же в другой плоскости его; фиг. 8-вид его снизу; фиг. 9- горизонтальный разрез его.

Буровой инструмент ввинчивается на конец бурильных труб и состоит из механизм вращения внутри его и двух (фиг- 1-4) или трех (фиг. 5) вертикальных резцов-расширителей снаружи. Глинистый раствор поступает сперва в многоступенчатую турбину 1, которая монтируется в корпусе инструмента.

Выбор многоступенчатой турбины обусловливается ее преимуществом в износе перед турбиной одноступенчатой. Шпиндель рабочего колеса кончается снабженным приводным кулачком-валиком 2, который упирается пяткой в шариковую опору на нижней крышке 8 бурового инструмента.

Около кулачкового валика 2 расположены два зубчатых колеса ci с профилированными по кулачку валика зубьями. Каждое зубчатое колесо 3 ввинчивается в расширитель 10, несущий на конце резцовую головку 11. Головка состоит или из трех резцов (фиг. 5) или представляет собой гофрированный цилиндр (фиг. 6, 8), полый изнутри и с продольг ными канавками, расположенными в шахматном порядке. В обоих случаях вдоль оси зубчатых колес и расширителей просверлены каналы 4 для прохода раствора после турбины к дентру резцов. Верхние цапфы зубчатых колес 3 входят в верхнюю крышку 9, а нижние цапфы проходят через нижнюю кры тку 8. Верхняя крышка неразъемна с корпусом бурового инструмента, а нижняя съемная и привинчивается к корпусу при сборке болтами 7. Для уменьшения трения на конце расширителя 10 делается канавка и соответственно ей-такая же канавка и на нижней крышке 8, в каковых канавках размещаются шарики.

Кулачок валика 2 ударяет попере,менно по зубчатым колесам и заставляет последние вращаться толчками со .скоростью примерно 100-200 оборотов в минуту. Число оборотов зубчатых колес зависит от числа ступеней турбины, числа зубьев на зубчатках и числа кулачков на валике.

Варьируя эти величины, можно получить оптимальную мойхнЪсть и скорость на резцах.

Расширители и зубцы, вращаясь, соскабливают породу в виде двух цилиндров, но для того, чтобы получить цилиндр по диаметру скважины, необходимо перемещать резцы по внутреннему периметру скважины. Эту работу выполняет ротор, который через колонну бурильных труб вращает бурильный инструмент.

Число оборотов ротора находится в обратной зависимости от числа оборотов резцов и твердости проходимых пород. В среднем достаточно, примерно, 10-20 оборотов в минуту.

Кулачковый валик, действуя ударами на зубчатки, требует тщательного изготовления его и зубчаток в смысле их механической прочности на истирание и выкрашивание. С целью устранения ударов кулачковый валик все время может находиться в сцеплении с двумя собачками 5, расположенными диаметрально противоположно (фиг. 9). Концы собачек соединяются тягой 12. Когда одна собачка находит на зуб звездочки, другая в этот момент освобождается от зуба. Таким образом происходит попеременное вращение звездочек, но уже без ударов. При двухкулачковом валике -тяга заменяется пружинами. Передача от турбины к резцовым головкам может быть есуществлена посредством общей шестерни 3 (фиг. 5) и передача в этом случае происходит уже не толчками.

Передаточный механизм, находящийся между двумя крышками, заключается в масляную ванну. Выдавливание масла глинистым раствором здесь затруднено, поскольку цапфы в турбпроторе не подвержены расшатывающим действиям резцов (они незначительны).

Расщкрители и резцы конструктивно выполнены так, что он и все время будут самоочищаться, исключая тем самым возможность образования глинистых сальников. Подача глинистого раствора к центру резцов обеспечивает надежное их охлаждение от быстрого вращения. Форма резцов и их расположение обеспечивает эффективную работу до пол-, ного истирания по всей высоте. То же самое относится к резцам в виде гофрированных цилиндров. Продольные окна в них служат для выдавливания раствора и улучшения режуш ей способности. Материал резцов-сталь с нзваркой по одной стороне сверхтвердым сплавом. Кажущаяся незначительная толщина пожа вполне гарантирует его от излома, так как на резец должно даваться очень маленькое удельное давление, необходимое для соскабливания породы, а не его срезания или снятия.

Варьируя скорости подачи бурильного инструмента, можно проходить с одинаковым успехом любую породу.

Так как удельное давление на резцах небольшое из-за их быстрого вращения, то колонна труб будет находиться почти на весу, не испытывая никаких

крутящих моментов, чем исключается возможность образования кривизны и износа труб от истирания.

Предмет изобретения.

Буровой инструмент, в котором резцы приводятся во вращение при помощи

гидравлической турбины, отличающийся тем, что резцовая головка состоит из нескольких резцов и связана с турбиной общим приводным кулачком или щестерней, получающими, помимо вращения около своих осей, вращение вокруг оси скважины.

ФиГ.2

ШиГ.1

Шиг.а

ШИГ.7,

- йига,;

.М