Буровое долото

 

Изобретение касается породоразрушающего инструмента, а именно долот для бурения глубоких и сверхглубоких скважин. Цель - повышение эффективности долота путем увеличения времени его работы на забое до полного износа резцов. Буровое долото включает корпус (К) 1 с промывочным отверстием 10, размещенный в К 1 поршень 14, кинематически связанный с резцами (Р) 7. В К 1 размещены лопасти, каждая из которых выполнена из щеки 26, жестко соединенной с подпятником (П) 27. Щека 26 шарнирно связана с К 1 и поршнем 14, а П 27 установлен с возможностью углового поворота относительно режущих кромок Р 7. Каждый П 27 имеет жестко закрепленные на нем периферийные Р 28, торцовые Р 29 и радиальные Р 30. В нижней части крестовика 19 смонтирована гидромониторная насадка 21 цилиндрической формы с узкими продольными щелями 24. При достижении буровым долотом забоя скважины оно приводится во вращение. При этом буровая жидкость, пройдя через каналы и отверстия верхних зацепов 11, воздействуют на поршень 14 и передвигает его вниз. Связанные с поршнем 14 через оси 34 и 35 и щеки 26 лопастей П 27 выходят из замкового зацепления и переходят в крайнее положение. Вначале в породу внедряется насадка 21. При этом буровая жидкость проходит сначала ее центральное отверстие, а затем попадает в узкие продольные щели 24, в которых формируются скоростной напор и давление жидкости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

m 4 Е 21 В 7 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) БУРОВОЕ ДОЛОТО

41

ЗФ

19

ЗO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4206518/23-03 (22) 10. 03. 87 (46) 15.09.89. Бюл. № 34 (75) А. П. Шульгин (53) 622.24.051.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 583276, кл. Е 21 В 7/28, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 55580, кл. Е 21 В 7/28, 1937.

„„SU„„1507947 А 1 (57) Изобретение касается породоразрушающего инструмента, а именно долот для бурения глубоких и сверхглубоких скважин.

Цель — повышение эффективности долота путем увеличения времени его работы на забое до полного износа резцов. Буровое долото включает корпус (К) 1 с промывочным

1507947

10 отверстием 10, размещенный в К 1 поршень

14, кинематически связанный с резцами (Р)

7. В К 1 размещены лопасти, каждая из которых выполнена из щеки 26, жестко соединенной с подпятником (П) 27. Щека 26 шарнирно связана с К 1 и поршнем 14, а П 27 установлен с возможностью углового поворота относительно режущих кромок P 7.

Каждый П 27 имеет жестко закрепленные на нем периферийные Р28,,торцовые P 29 и радиальные P 30. В нижней части крестовика 19 смонтирована гидромониторная насадка 21 цилиндрической формы с узкими продольными щелями 24. При достижении

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к долотам для бурения глубоких и сверхглубоких скважин.

Цель изобретения — повышение эффективности долота путем увеличения времени его работы за забое до полного износа резцов.

На фиг. 1 изображено буровое долото в транспортном положении, общий вид; на фиг. 2 — — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — — буровое долото с раздвинутыми лопастями; на фиг. 4 — вид Б на фиг. 3; на фиг. 5 — - кинематическая схема системы поршень — подпятник.

Буровое долото включает полый корпус

1, имеющий в нижней части по образующей цилиндра прорези 2 со сквозными отверстиями 3, бандаж 4 с прорезями 5 и пазами 6, армированный по наружной поверхности резца или крупной алмазной крошкой 7.

Крепление бандажа к корпусу осуществляется винтами 8 и сваркой.

Во внутренних расточках и пазах корпуса 1 и бандажа 4 размещены пружинная подвеска 9 с центральным промывочным отверстием 10, несущая верхние и нижние зацепы

11, !2 с навинченными на них пружинами растяжения 13, поршень 14, имеющий аналогично корпусу ответные прорези 15 с отверстиями 16, а также уплотнительные кольца 7 и 18, крестовик 19, уплотняемый по цилиндру с пружинной подвеской кольцами

20 и жестко соединенный своими ребрами с корпусом винтами.

В нижней части крестовика 19 смонтирована гидромониторная насадка 21 цилиндрической формы с центральным промывочным отверстием, оборудованная по торцовой и наружной поверхностям резцами 22 и алмазной крошкой 23, соответственно. По образующей цилиндра насадка 21 имеет узкие сквозные продольные щели 24 и промывочные каналы 25.

55 буровым долотом забоя скважины оно приводится во вращение. При этом буровая жидкость, пройдя через каналы и отверстия верхних зацепов 11, воздействует на поршень 14 и передвигает его вниз. Связанные с поршнем 14 через оси 34 и 35 и щеки 26 лопастей П 27 выходят из замкового зацепления и переходят в крайнее положение. Вначале в породу внедряется насадка 21. При этом буровая жидкость проходит сначала ее центральное отверстие, а затем попадает в узкие продольные щели 24, в которых формируются скоростной напор и давление жидкости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Долото имеет четыре лопасти. Каждая лопасть состоит из щеки 26 и подпятника 27, соединяемых друг с другом винтами. Каждый подпятник оборудован жестко закрепленными на нем периферийным 28, торцовыми 29 и радиальным 30 резцами. Радиальный резец 30 соединен торцом с сухарем 31 и установлен подвижно в подпятнике 27. Сухарь 3! установлен в подпятнике также подвижно и выступает из-под его торца своим нижним концом. Щека 26 лопасти своими эллипсоидальными отверстиями 32, ЗЗ монтируется в прорезях 2,корпуса 1 и поршня 14 при помощи осей 34 и 35. Углубление 36 в подпятнике 27 и выступ 37 в крестовике 19 формируют замок, предупреждающий самопроизвольное раскрытие лопастей.

Осевая нагрузка от корпуса 1 передается на выточку крестовика 19 и от него воспринимается только поверхностью 38 подпятника 27 после выборки зазора 39. Выступ 40 подпятника 27 ограничивает максимальное раскрытие лопасти.

Цилиндрическая пружина сжатия 41, вставленная в выточки щеки 26 лопасти и корпуса 1, обеспечивает постоянную выборку зазора по вертикали и горизонтали между осями 34, 35 и отверстиями 16, 33 в щеке, соответственно. Зазоры нужны для компенсации углового перемещения при переводе лопасти в крайние положения.

На чертеже также показаны задняя поверхность 42 резцов 28, передняя поверхность 43 резцов, передовая выемка 44.

Долото работает следующим образом.

В транспортном положении (фиг. 1, 2) лопасти смещены, при этом подпятники 27 лопастей сдвинуты к центру долота под воздействием пружин растяжения, задние поверхности 42 резцов 28 и 29, укрепленных на подпятнике, совпадают с горизонтальной поверхностью забоя скважины, а передняя поверхность 43 — перпендикулярна задней, 1507947 замок, состоящий из углубления 36 и выступа 37, закрыт, а периферийные резцы 28 не выступают за диаметр корпуса.

При достижении буровым долотом забоя скважины оно нагружается осевой силой сначала на 1/3 от номинальной и после включения насосов приводится во вращение.

При этом буровая жидкость, пройдя через каналы и отверстия верхних зацепов 11, воздействует на поршень 14 и передвигает

его вниз. Связанные с поршнем 14 через оси

34 и 35 и щеки 26 лопастей подпятники 27 выходят из замкового зацепления и переходят в крайнее положение (фиг. 3). Когда начинается углубка скважины, первой в породу внедряется гидромониторная насадка 21, при этом буровая жидкость проходит сначала ее центральное отверстие, затем попадает в узкие продольные щели 24, а оттуда в полость передовой выемки. В узких щелях

24 формируется скоростной напор и давле ление жидкости, по своей величине и гидромониторному эффекту намного превосходящий тот, который формирует известные гидромониторные насадки типа «сопло». Более эффективная схема разрушения породы формируется за счет создания условий, способствующих образованию микротрещин в породе, вплоть до ее гидроразрыва, проникновению жидкости в поры и трешины, приводящее к размягчению породы прежде, чем ее коснутся резцы подпятников 27. Узкие продольные щели 24 обеспечивают дополнительный гидромонлторный эффект и разгрузку буровых насосов при повышении давления в насадке. Скоростной поток буровой жидкости, направленный снизу вверх на буровое долото, обеспечивает его полную очистку от шлама и охлаждение резцов.

После отработки резцов подпятников 27 в позиции с раздвинутыми лопастями происходит . уменьшение скорости проходки, вследствие частичного истирания резцов, приводящего к увеличению площади контакта между их задними поверхностями и породой. Для увеличения скорости проходки долото переводят для работы во вторую позицию, при которой лопасти сложены. Для этого останавливают буровые насосы, что ведет к снятию давления жидкости над поршнем 14. Под воздействием пружин растяжения 13 лопасти вновь переходят в транспортное положение (фиг. 1). Далее долото нагружают, включают насосы и приводят во вращение. Вследствие новой позиции резцов площадь их контакта с породой уменьшится, поэтому скорость проходки увеличится. При этом износ резца происходит Ho передней поверхности.

Процесс перестановки лопастей повторяется многократно до полного истирания резцов подпятника.

Вследствие истирания резцов подпятника 27 под действием реакции забоя на сухарь

31, вставленный в тыльную часть подпятника 27 с возможностью вертикального перемещения, резец 30 также выдвигается в радиальном направлении к стенке скважины и калибрует ее.

15 Подпятники 27 вместе с гидромониторной насадкой 21 являются сменными деталями.

Все остальные детали долота после их профилактики используются многократно.

Форчу.га изобретения

1. Буровое долото, включающее корпус с промывочным отверстием, резцы, размещенный в корпусе поршень, кинематически связанный с резцами, и передовой наконечник, отличающееся тем. что, с целью повышения эффективности долота путем увеличения времени его работы на забое до полного износа резцов, оно снабжено размещенными в корпусе лопастями, каждая из которых выполнена из шеки и подпятника, при этом щека шарнирно связана с корпусом и поршнем и жестко соединена с подпятником, а подпятник установлен с возможностью углового поворота относительно режущих кромок резцов, причем резцы жестко закреплены на торцовой поверхности подпятника, отверстия шарниров выполнены в форме эллипсоида, а передовой наконечник выполнен в виде гидромониторной насадки цили ндрической формы с узкими продольными щелями.

2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что подпятник снабжен сухарем и дополнительным радиально установленным резцом, при этом дополнительный резец установлен в подпятнике подвижно и перпендикулярно его боковой поверхности, а сухарь выполнен с одной наклонной боковой плоскостью и установлен в подпятнике с выходом нижним концом за пределы подпятника и с возможностью взаимодействия с торцом дополнительного резца.

1507947

УайА

1507947 й(Уб

Составитель Л. Черепенкина

Редактор М. Товтин Техред И. Верес Корректор Э. Лончакова

За к аз 5463/37 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101