Буровое шарошечное долото Советский патент 1981 года по МПК E21B10/18 

(54) БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для совершенствования промывочных устройств долот с центральной промывкой. Известно долото, в центральном отверсига котфого установлена насадка til В этих долотах осуществляется необходимый перепад давления в насадке, однако одна струя, истекающая из централь ной насадки, не оказывает гидродинамиче кого воздействия на всю площадьГ забоя, а ударяет лишь в его центр, который, к тому же, частично перекрыт вершинами шарошек. На остальной же части забоя при работе долота осуществляют лишь поперечные потоки, направленные из центра к периферии забоя, которые могут . дашь отводить к периферии предварите ль- но отделенный шлам. Наиболее близким к изобретению является долото с центральной промывкой, содержащее установленную в центральном отверстии долота насаоку с конусным внутре тим гидравлическим каналом В стенке которой выполнены продольные щелевидные прорези, число которых paiiно числу шарошек. В этом долоте, кроме центральной струи, ударяющей в центр забоя, существуют еще потоки жидкости, действующие на породу забоя i.- . Недостатком известного устройства является то, что количество промывочной жидкости, истекающее из центрального отверстия, не согласуется с количеством жидкости, направленной из боковых ще- левидных прорезей между шарошек на забой скважины. Между тем, как показывают исследова ния, положительное действие струй, истекающих из щелевидных прирезей возникает Не при любом Соотношениис площадей сечения центрального и проЬольных отворстий, а при строго определенных. Кроме того, форма верхних- кром1.л пр- дольных прорезей и практически отсутствие формирующего участка струи не o6ecm4tfвает действие последней HQ опреаелоииый 38 участок забоя| а, зачастую, струя, ударяясь в стенки забоя и отражаясь от нее, устремляется низ по стенке, задерживая восходящий с забоя поток со шламом, снижая эффективность бурения. Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение наfUsoKUOcrw работы долота путем исключения воздействия струи на опфы долота и стен ки скважины.. Указанная цель достигается тем, что кромки продольных прорезей образуют с осью долота острый угол, лучи которого направлены в сторону выходного отверстия канала, при этом суммарная пшщадь продольных прорезей 23F ,р и Площадь центрального выходного отвербтия гидравлического канала находится а соотношении р 1,1-1,3. Кроме того, угод наклона верхней кромки каждой продольной прфези к оси . долот определяется из соотношения i.rc4 zA91R±, где ft с(1)-Номинальный диаметр долота, мм), г - радиус расположения тоши А верхней кромки прорези, расположенной:на наружной поверхности насадкВ мм; - расстояние от плоскостН( проходящей через нижние точки шарошек до точки А верхней кромки , рас положенной на наружной ,по верхноств насаоки, м. На фиг. I изображено долоТо, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1} на фиг, 3 . вид по стрелке Б на 4яг, 1} на фиг. 4 - 8 - результаты стендовых испытаний известных и щэедлагаемого . Долото содержит установленную в центральном промывочном отверстии 1 насапку 2 с конусным внутренним гидравличесКим каналом 3. В стенке насадки выполне ны продольные прорези 4, число которых равно числу шарошек, этом соблюдаться условие, что Д1гана верхней здсти кромки щели должна быть не менее. -г -- f-rv - . т -Ч ,. у чем вдвое больше ширины форези, В этом сдучае формируется струя жидкости, направление которой парашюльно верхней кромке прорези. Суммарная к.ашадь продольных проре-.И зей 4ЕРпрИ площадь центрального выходного отверстия 7 гидравлического канала 3 нахощ1тся в соотношении 3 .--1..а с Ч II,о. При этом имеется .в виду площадь проезив свету, т.е. площадь струи, исходяей из прореви. В данном случае это плоадь прорези на наружной поверхности асадкйГ Кроме того, угол d верхней кромки 6 каждой про дольной прорези 4 к оси долоа определяется из соотношения d qrctc С°.Ь--°.)Я-г Угол наклона верхней кромки 6 каждой продольной прорези определяется из прямоугольного треугольника ABC, где вершина А лежит на верхней кромке продольной прорези щ наружной поверхности насадки и лежит на расстоянии г от оси долота, вершина В - на забое скважины, т.е. на плоскости, проходящей через нижние точки шарошек,- вершина С - на забое и отделена от оси долота На расстояние (0,8-0,9)R , гдейвЕ при этом D - номинальный диаметр долота. проектировании долота вначале из указанного выше соотношения площадей определяется длина: и ширина .щелей. При этом автоматичебКи определяется положение точки А на насадке. Из конструктивных соображений насадка устанавливается в долоте и после этого точка А занимает вггогаю О1феделенное местопо- ложение относите льне элемштов долота, так как размеры Ь и г . После этого согласно приведенной выше формуле определяется угол oL При этом насадка устанавливается возможно ниже, т.е. необхошмо наибольшее приб/шжение насадки к забою. Однако насадку невозможно приблизить к самому забою того, что шарошки занимают среднюю часть забоя. Струи же, исходящие из боковых шелевпдных насадок прорезей, не встречают на своем пути препятствий и свободно доходят до забоя. При работе долота промывочная жир кость через конусный гисфавлический канал 3 и продольные прорези 4 оказывает динамическое воздействие на породу bWfЫ Ь « Я Х Ь /%Э 0C1V Л UHtJ ЯЯ,1Л ItUfUV f. забоя практически по всей площади послесе Него, кроме того, создаются потоки на забое, не ослабевающие от центра до периферзи забоя. Особо следует отметить следующее. При бурении-в мягких ивязких породах эф- фективност -бурения ойреде/юется сальникообразованием на шарошках и внутри долота, В этом случае щелевйдные прорези следует направлять не в проемы, а на ша рошки, струи из прорезей будут омывать вооружение, исключая сальникообразовани Исследования, на основе которьк выбр но соотношение суммарной площади продо ных прорезей к плсяцади центрального отверстия, показывают, что именно при таком соотношении достигается наиболее ра циональное действие струй, как с точки зрения динамического действия на забой, так и транспортирования отбуренного шлама к периферии забоя и дальнейшего подъема последнего с забоя. На графиках изложены результаты стендовых испытаний долот с центраж ной промывкой, представленные в виде качественных зависимостей, характеризукмцих распределение динамического давления (вертикальной составляющей) на поверхность забоя и скорости потока по забою. На графиках абсцисса представляет радиус Ъабоя от его центра (точка lO) до его периферии (трчка- /) по проему между двумя соседними шарошками. На графже скорости стрелкой показано н&правление течения жидкости по забою. На фиг. 4 представлен график распре « делания динамического давления скорое ного потока для известных долот, в которьос установлена центральная насадка без прорезей. Струя оказывает ринамическое давление на забой в.основном в центре скважин, с удалением от центра указанное Действие снижается. Скорость потока с удалением от центра также снижается. На фиг. 5-7 представлены аналогич ные для предлагаемого долота о центральной насадкой, имеющей продольные прорези, причем графики изображают зфисимости для оптимального соотношени -3 (фиг. 5) и зависимости, где укааанное соотношение больше (фиг. 6) и меньше {фиг, 7) оптимального. Из приведенных графиков видно, что с еньшенйем или увеличением соотношени снижается динамическое давление на забой и уменьшается скорость попере ных потоков вдоль радиуса от центра к периферии. Объясняется это преобладающим аей« ствием либо струи из центральной насадки поц действием струи из продольной прорези, либо наоборот. Как в том, так и в другом случае не соблюдается равновесие действия струй, а. наблюдается отри цательное взаимодействие струй взаимно гасящих друг друга. На фиг. 8 гфиведен график показывающий, как изменяется скорость овижевия поперечньк потоков, в збюисимости от наклона верхней кромки прорези. В том, случае, если наклон верхней кромки гфо- рези обеспечивает действие струи на О,8- 0,9 диаметра скважины (гра4мк фиг. 8с) скорость практически ошшаксжа по веера диусу, если же струя ударяет в угол скважины, либо в стенку нац забоем, то образуется встречный поток, гасяший скорость поперечного потока,направленного от центра к периферии, (фиг. 85 ), Таким образом, при указанных соогношениях птощадей продольных прорезей и центрального выходного отверстия и угла наклона верхней кромки прорези обеспечивают наиболее оптимальнее параметры, как динамического действия струй на забой, так и образование поперечных потоков, обеспечивающих улучшенную очистку забоя от об фенного шлама, что в свою очередь обеспечит зна- чительное увеличение эффекгвввоств бурения. При этом следует отметить, что предлагаемое оптимальное соотношение площадей каналов и угол исполнения верхней кромки прфезей справедливо Ърактичес- ки для любого размера бурового долота. Формула изобретения 1. Буровое шарошечное долото, содержащее установленные на опорах шарошки и расположенную в центральном отверстии долота насадку с конусным внутренним гидравлическим каналом, в стенке которо выполнены продольные прорези, число которых равно числу шарошек, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы долота путем . исключения воздействия струй на опору и стенки скважины, верхние кромки прорезей насадки образуют с осью долота острый угол, лучи которого направлены в сторону выходного отверстия,канала, причем суммарная площадь продольных прорезей и плгацайь центрального выходного отверстия гидравлического канала связаны соотношением . др 1,1-1,3 2. Долото . 1, отличаюцее с я тем, что, угол наклона верхней кромки каждой продольной прорези к оси долота определяется из соотношения

(0,&-0,9jR-r

d arctqj

V

( D - номинальный оиямегр цолота);

- радиус расположения точки А верхней кромки прорези, расположенной на наружной поверхности насадки, мм{ - расстояние ог плоскости, проходящей через нижние точки шарошек до точки А

верхней кромки прорези, расположенной на наружной поверхности насадки, мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Корнеев К. Е, и Палий П. А, Буровые долота. Справочник, М,, Недра, 1965, с. 172, рис. 137.

2.Авторское свидетельство СССР N 37ОЗЗЗ, кл. Е 21.В 9/10, 1969 (прототип).

Я

Фиг. /

(/ск

С

(-)

tfc

en

Л1г

-/

)

iiz.S

Фиг. 7