Буровое шарошечное долото

Буровое шарошечное долото

Реферат

 

(19)RU(11)938647(13)C(51)  МПК ⁶    _E21B10/64Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО

Изобретение относится к области бурения, к буровым шарошечным долотам. Известны долота, содержащие корпус, шарошку дробящего действия и подшипники. Недостатком этих долот является износ по диаметру, что осложняет применение нового долота, опускаемого взамен обработанного. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является буровое шарошечное долото, содержащее породоразрушающую и калибрующие шарошки. Недостатком этих долот являются непригодность для бурения твердых и крепких пород, износ долота по диаметру, расположение калибрующих шарошек над породоразрушающей шарошкой, что увеличивает опасность искривления скважин при наклонном залегании пластов разбуриваемых пород различной твердости. Цель изобретения - повышение надежности работы долота за счет возможности компенсации износа зубьев обратного конуса породоразрушающей шарошки и зубьев калибрующих шарошек. Цель достигается тем, что породоразрушающая и калибрующие шарошки установлены на одном уровне, а их лапы размещены на осях с возможностью поворота и шарнирно связаны между собой тягами, причем шарниры тяг лапы породоразрушающей шарошки расположены под ее осью, а шарниры тяг лап калибрующих шарошек над своими осями и корпус выполнен с коническим пазом под лапу породоразрушающей шарошки. На фиг. 1 изображено долото, общий вид; на фиг. 2 - проекция контура нижней части корпуса шарошек и промывочных каналов на плоскость, нормальную ось долота; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1. Долото состоит из корпуса 1 с замковой резьбой 2 и промывочными каналами 3 и 4, лапы 5 породоразрушающей основной шарошки 6, установленной в корпусе 1 на оси 7, лапы 8 калибрующей шарошки 9, установленной в корпусе 1 на оси 10, тяги 11, соединяющей шарнир 12 лапы 5 и шарнир 13 лапы 8. Калибрующая шарошка 9 посажена на цапфу 14 лапы 8 на роликовых и замковом подшипниках 15, 16 и 17. Корпус 1 снабжен ограничительным упором 18, причем верхняя часть 19 лапы 5 и верхняя часть паза 20 корпуса 1 образует клиновую пару с конусностью, при которой исключается эффект самоторможения и угол двустороннего клина больше или равен углу трения (для пары трения "сталь по стали" в условиях смазки равен 0,09 рад или 5^о). Долото работает следующим образом. Перед спуском нового долота, имеющего тугие посадки лап и осей в корпусе, лапы 5 и 8 сближают так, чтобы диаметр долота был равен номинальному диаметру скважины или был несколько меньше (на 3-30 мм) номинального диаметра скважины. Сближение лап 5 и 8 происходит также самопроизвольно в процессе спуска под действием поперечной силы, вызванной весом нижнего участка бурильной колонны. Благодаря большой площади сечения пространства между долотом и стенкой скважины гидродинамическое давление при спуске бурильной колонны невелико. В процессе спуска бурильной колонны в скважину, имеющую резкие перегибы и уступы, долото проходит зоны уступов благодаря наличию направляющих периферийного конуса породоразрушающей шарошки 6 и торцового конуса калибрующей шарошки 9. При необходимости проработки призабойного интервала со скоплением шлама, когда практически не требуется создания нагрузки на долото, шлам удаляют благодаря агитации шлама струями промывочной жидкости, истекающей из промывных каналов 3 и 4, и шарошками 6 и 9. После достижения забоя при создании нагрузки на долото, необходимой для эффективного разрушения породы новым вооружением, равнодействующая реакция, приложенная к породоразрушающей шарошке 6, не проходит через ось 7 и под действием момента вращения относительно оси 7 происходит поворот лапы 5 с шарошкой 6 вокруг оси 7. Поворот лапы 5 благодаря шарниру 12, тяге 11 и шарниру 13 приводит к повороту лапы 8 с калибрующей шарошкой 9 вокруг оси 10. Удаление шарошек 6 и 9 от оси долота происходит до тех пор, пока калибрующие поверхности шарошек не войдут в контакт со стенками скважины, сформированными предыдущим долотом, и пока не возникнет контакт в клиновой паре, образованной верхней частью 19 лапы 5 и коническим пазом 20 корпуса 1. При вращении долота на забое, когда шарошки 6 и 9 упираются в противоположные стенки скважины, а породоразрушающая шарошка 6 опирается также на забой, шарошки 6 и 9 совершают планетарное движение. При этом породоразрушающая шарошка перекатывается по забою, разрушая вооружением прямых конусов массив в осевом направлении. Одновременно происходит калибрование ствола за счет разрушения массива вооружением обратного конуса породоразрушающей шарошки 6 и вооружения калибрующей шарошки 9. В зоне долота формируется асимметричная промывка. Нисходящие струи промывочной жидкости направляются на забой перед породоразрушающей шарошкой в периферийную часть через промывочный канал 3 и в среднюю часть забоя через промывочный канал 4 так, что восходящий поток формируется в зоне выемки корпуса 1 перед калибрующей шарошкой 9. В результате очищается поверхность забоя перед породоразрушающей шарошкой и стенка скважины перед калибрующей шарошкой. Причем благодаря малому местному гидравлическому сопротивлению в пространстве между долотом и стенкой дифференциальное давление на забой увеличивается незначительно. Кроме того, за счет расположения промывочных каналов над забоем эффективная очистка забоя обеспечивается при малых подачах жидкости и незначительной затрате энергии. Причем уменьшение подачи жидкости способствует уменьшению потерь давления в кольцевом пространстве и дифференциального давления на забой и стенки скважины. На начальном этапе механического бурения, когда вооружение шарошек является новым, для эффективного разрушения породы требуется сравнительно небольшая нагрузка. При этой нагрузке лапы и шарошки раздвигаются до стенок ствола номинального диаметра, сформированного предыдущим долотом. По мере притупления вооружения прямых и обратного конусов породоразрушающей шарошки и вооружения калибрующей шарошки долота для обеспечения достаточного контактного давления и эффективного разрушения пород постепенно увеличивают нагрузку на долото. При этом шарошки раздвигаются, компенсируя износ зубьев обратного конуса породоразрушающей шарошки и зубьев калибрующей шарошки. Причем удаление шарошек от оси долота ограничивается благодаря созданию натяга в клиновой паре, образуемой коническим пазом корпуса и лапой породоразрушающей шарошки. На конечном этапе долбления, когда зубья в значительной мере притуплены, для обеспечения эффективного разрушения пород нагрузку на долото доводят до максимального значения, соответствующего допустимой нагрузке на опоры и вооружение шарошек. При этом лапа 5 породоразрушающей шарошки 6 упирается в ограничительный упор 18 корпуса 1. Причем по мере поворота лапы 5 вокруг оси 7 выпусклость забоя, а также момент вращения вокруг оси 7 уменьшается, что ограничивает способность лапы 5 к повороту вокруг оси 7 и позволяет при определенных условиях исключить упор 18. После отрыва долота от забоя лапы с шарошками сближаются под действием поперечной силы от веса нижнего участка колонны. Долото данной конструкции позволяет многократно использовать корпус и осуществлять замену узлов, включающих лапу, шарошку, подшипники и систему смазки в условиях буровой. Кроме того, в отличие от известных долот, сборку узлов, включающих лапу, шарошку, подшипники и систему смазки, можно вести в заводских условиях, обеспечивающих требуемые квалификацию и чистоту сборочных работ.

Формула изобретения

1. БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, включающее корпус, породоразрушающую и калибрующие шарошки с лапами, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы долота за счет возможности компенсации износа зубьев обратного конуса породоразрушающей шарошки и зубьев калибрующих шарошек, породоразрушающая и калибрующие шарошки установлены на одном уровне, а их лапы размещены на осях с возможностью поворота и шарнирно связаны между собой тягами, причем шарниры тяг лапы породоразрушающей шарошки расположены под ее осью, а шарниры тяг лап калибрующих шарошек над своими осями. 2. Долото по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен с коническим пазом под лапу породоразрушающей шарошки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 2-2002

Извещение опубликовано: 20.01.2002