Породоразрушающий инструмент

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому совместно с долотом при бурении скважины различного назначения. Породоразрушающий инструмент содержит шарошечное долото и расположенный над долотом калибратор в виде корпуса со ступенью и эксцентриками с закрепленными на них шарошками, расположенными одна над другой и закрепленными муфтой. Корпус снабжен компенсаторами давления, контакторами и подпружиненными регуляторами. В ступени корпуса выполнены емкость для смазки и сообщенные с ней смазкоподводящие каналы, а нижняя шарошка калибратора по торцу выполнена с кольцевым выступом и углублением в нем. Контакторы и взаимодействующие с ними регуляторы установлены в смазкоподводящих каналах с возможностью перекрывания емкости, в которой установлены компенсаторы, а кольцевой выступ размещен над контакторами с возможностью взаимодействия с ними. Породоразрушающий инструмент состоит из полых составных частей количеством не менее трех с внутренними криволинейными спиралевидными направляющими для перемещения керна. Повышается износостойкость породоразрушающего инструмента. 3 ил.

Изобретения относится к породоразрушающему инструменту, применяемому совместно с долотом при бурении скважины различного назначения.

Известен шарошечный калибратор (см.а.с. 1138475 МКИ Е 21 В 10/26, Бюл. 5, 1985), содержащий шарошечное долото и расположенный над долотом калибратор виде корпуса со ступенью и эксцентриками с закрепленными на них шарошками, расположенными одна над другой и закрепленные муфтой.

Недостатком данного инструмента является возможность быстрого абразивного износа при бурении твердых горных пород.

Известен породоразрушающий инструмент (см.а.с. 1506062 МКИ E 21 В 10/26, Бюл. 33, 1989), содержащий шарошечное долото и расположенный над долотом калибратор виде корпуса со ступенью и эксцентриками с закрепленными на них шарошками одна над другой и закрепленными муфтой, причем корпус снабжен компенсаторами давления, контакторами и подпружиненными регуляторами, причем в ступени корпуса выполнены емкость для смазки и сообщенные с ней смазкоподводящие каналы, а нижняя шарошка калибратора по торцу выполнена с кольцевым выступом и углублением в нем, при этом контакторы и взаимодействующие с ними регуляторы установлены в смазкоподводящих каналах с возможностью перемещения емкости, в которой установлены компенсаторы, а кольцевой выступ расположен над контакторами с возможностью взаимодействия с ними.

Недостатком данного породоразрушающего инструмента является невысокая его стойкость к абразивному износу из-за значительного трения разрушающих частей о поверхность горной породы.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение износостойкости породоразрушающего инструмента путем выполнения его состоящим из полых составных частей, количеством не менее трех, с внутренними криволинейными спиралевидными направляющими для перемещения керна.

Технический результат достигается тем, что породоразрушающий инструмент, содержащий шарошечное долото и расположенный над долотом калибратор в виде корпуса со ступенью и эксцентриками с закрепленными на них шарошками, расположенными одна над другой и закрепленными муфтой, причем корпус снабжен комненсаторами давления, контакторами и подпружиненными регуляторами, причем в ступени корпуса выполнены емкость для смазки и сообщенные с ней смазкоподводящие каналы, а нижняя шарошка калибратора по торцу выполнена с кольцевым выступом и углублением в нем, при этом контакторы и взаимодействующие с ними регуляторы установлены в смазкоподводящих каналах с возможностью перекрывания емкости, в которой установлены компенсаторы, а кольцевой выступ расположен над контакторами с возможностью взаимодействия с ними, состоит из полых составных частей, количеством не менее трех, с внутренними криволинейными спиралевидными направляющими для перемещения керна.

На фиг. 1 показан породоразрушающий инструмент, продольное сечение; на фиг. 2 - вид А фиг. 1 (при открытом входном отверстии и при закрытом, указанном пунктиром), на фиг.3 - развертка внутренней поверхности полой составной части с криволинейными спиралевидными направляющими для перемещения керна.

Породоразрушающий инструмент состоит из шарошечного долота 1, калибратора 2 в виде корпуса 3, эксцентриков 4 и закрепленных на них шарошек 5, запираемых муфтой 6. Ступень 7 корпуса 3 имеет емкость 8 для смазки, в которой размещены компенсатор 9 давления и крышка 10 с отверстиями 11. Емкость 8 для смазки снабжена входным отверстием 12 и смазкоподводящими каналами 13, в которых размещен регулятор 14 циклической подачи смазки с контакторами 15, находящимися в седле 16, а также пружины 17. Контакторы 15 взаимодействуют с кольцевым выступом 16, в котором выполнено углубление 19 торца 20 шарошки 21 калибратора 2. Смазкоподводящие каналы 13 калибратора 2 соединены с каналами 22 долота 1 с опорами 23 и обоймой 24, в которой установлены полые составные части 25, 26 и 27, с внутренними криволинейными спиралевидными направляющими 28 для перемещения керна. Смазкоподводящие каналы 13 имеет гибкие вставки 29.

Монтаж устройства осуществляется следующим образом. В емкость 8 для смазки помещается компенсатор 9 давления, закрываемый крышкой 10, которая завальцовывается с целью ее фиксации в расточке. В смазкоподводящие каналы 13 устанавливаются контакторы 15, регулятор 14 циклической подачи смазки и пружина 17, которая зачеканивается в входном отверстии 12. Затем через седло 16 контакторов 15 под давлением заполняется смазка в емкость 6 для смазки, после чего на корпус 3 монтируются эксцентрики 4 и шарошки 21 и 5, фиксируемые муфтой 6, а затем в обойму устанавливаются полые составные части 25, 26 и 27, поддерживаемые опорами 23 и имеющие внутренние криволинейные спиралевидные направляющие 28. К смазкоподводящим каналам 13 присоединяются гибкие вставки 29. После этого ввинчивается долото 1, представляющее собой третью составную часть 27, пропуская через предусмотренные пазы 30.

Устройство работает следующим образом. Породоразрушающий инструмент с установленными в обойму 24 полыми составными частями 25, 26 и 27, поддерживаемыми на опорах 23, и калибратором 2, опускаемый на забой, работает по принципу планетарного механизма, когда шарошки 5 и 21 воздействуют на стенку скважины, калибруя ее. Нижняя вращающаяся шарошка 21, взаимодействуя с калибратором 2, перемещающимся вверх на величину h, перекрывая входное отверстие 12 смазкоподводящего канала 13, открывает его. Выступ 18 перемещает контактор 15 вниз и регулятор 14 циклической подачи смазки закрывает входное отверстие 12 смазкоподводящего канала 13. Цикл открытие - закрытие смазкоподводящих каналов 13 осуществляется за один оборот и зависит от количества уступов на торце шарошки 21 и длины углубления 19 на выступе по периметру торца шарошки 21. Бурение скважины происходит шарошками 21 при передаче импульсной нагрузки на корпус 3, который является первой составной частью 25 породоразрушающего инструмента, а далее на ступень 7, которая является второй составной частью 26, и на долото 1, представляющего собой третью - последнюю составную часть. Передача нагрузки с одной составной части на последующую происходит при нахождении их в обойме 24 при поддержке их опорами 23. Породоразрушающий инструмент состоит из полых составных частей 25, 26 и 27 с внутренними криволинейными спиралевидными направляющими 28, количеством не менее трех, и при одинаковой контактирующей поверхности длина каждой из них принимается таким образом, чтобы собственная частота колебания их по продольной оси была краткой периоду ударного воздействия на них, например 1 : 2. Циклическая подача смазки из емкости 8 для смазки через входное отверстие 12, смазкоподводящие каналы 13 при регулировании ее подачи регулятором 14 способствует снижению механического трения в породоразрушающем инструменте и усиливает передачу импульсной нагрузки от первой составной части 25 до последней 27 и передаваемой им силы, вызывая интерференцию. Внутренние криволинейные спиралевидные направляющие 28 способствуют эффективному перемещению керна в полых составных частях 25, 26 и 27, разрушая его и нагнетая вверх с минимальным трением, импульсно двигая вверх в соответствии с ударным воздействием на породоразрушающий инструмент. Гибкие вставки 29 устраняют утечку смазки из смазкоподводящих каналов 13 при разъединении составных частей 26 и 27.

Выполнение породоразрушающего инструмента из полых составных частей при импульсной подаче на них ударной нагрузки, конструктивная особенность которых обеспечивает усиление в них волн и передаваемой ударной нагрузки на разружаемую горную породу. повышает износостойкость инструмента, снижая его износ, скорость проходки и производительность буровой установки.

Оригинальность предложенного технического решения заключается в использовании синергетических свойств, проявляемых элементами породоразрушающего инструмента, возникающих при их взаимодействии между собой и горной породой, для повышения износостойкости, скорости проходки и производительности буровой установки за счет появления критической точки, после которой происходит переход горной породы в порошкообразное, пастообразное и осколочно-дробное состояние при равенстве затрат энергии на разрушение и извлечение твердых компонентов без учета потерь.

Формула изобретения

Породоразрушающий инструмент, содержащий шарошечное долото и расположенный над долотом калибратор в виде корпуса со ступенью и эксцентриками с закрепленными на них шарошками, расположенными одна над другой и закрепленными муфтой, причем корпус снабжен компенсаторами давления, контакторами и подпружиненными регуляторами, причем в ступени корпуса выполнены емкость для смазки и сообщенные с ней смазкоподводящие каналы, а нижняя шарошка калибратора по торцу выполнена с кольцевым выступом и углублением в нем, при этом контакторы и взаимодействующие с ними регуляторы установлены в смазкоподводящих каналах с возможностью перекрывания емкости, в которой установлены компенсаторы, а кольцевой выступ расположен над контакторами с возможностью взаимодействия с ними, отличающийся тем, что он состоит из полых составных частей количеством не менее трех с внутренними криволинейными спиралевидными направляющими для перемещения керна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3