Буровое долото
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к долотам для бурения, преимущественно, сплошным забоем. Долото включает корпус с присоединительной резьбой, промывочными каналами, пазами и рабочей поверхностью в виде концентрических колец, армированных породоразрушающими элементами и разделенных концентрическими канавками. Концентрические канавки в поперечном сечении выполнены с расширенной частью в форме равнобокой трапеции, обращенной большим основанием в сторону присоединительной резьбы, и оснащены керноломами в виде стержней с приводом, размещенных в осевых каналах, соединяющих полость корпуса с дном кольцевых канавок. Керноломы установлены с возможностью взаимодействия с приводом, в качестве которого могут использоваться любые известные погружные ударные механизмы, например гидро- или пневмоударники. Длина керноломов больше, чем длина каналов, а рабочая часть их имеет форму клина, боковые поверхности которого расположены параллельно к боковым сторонам кольцевых канавок. Для очистки забоя от шлама используются промывочные каналы, соединяющие полость корпуса долота с кольцевыми канавками, и промывочные пазы, разделяющие кольцевые концентрические кольца на отдельные секторы. Долото снижает энергоемкость процесса разрушения забоя и стоимость буровых работ. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение отнесется к породоразрушающему инструменту, а именно к инструменту для бурения, преимущественно, сплошным забоем.
Известно буровое долото, содержащее корпус с концентрическими породоразрущающими секторами, разделенными концентрическими канавками, сообщенными с полостью корпуса промывочными каналами. Дно концентрических канавок армировано керноломами из износостойкого материала (см. патент США №3095053, кл. 175-329, опублик. 1961 г.).
Недостатком данного долота является малая эффективность, связанная со схемой разрушения кольцевого керна, образующегося при в процессе бурения, а также вероятность возникновения вибраций в процессе разрушения керна керноломами.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, содержащее корпус с присоединительной резьбой, промывочными каналами и ребристой поверхностью в виде концентрических колец с породоразрушающими элементами, кольцевые канавки между которыми выполнены с расширением и оснащены керноломами (см. авт. св. СССР №1716072, кл. Е 21 В 10/46, опублик. 1992 г.).
В данном долоте, благодаря выполнению кольцевых пазов с расширением, повышается эффективность разрушения керна. Однако это улучшение недостаточно, т.к. основная работа по разрушению керна осуществляется сжатием кернового материала. Этот процесс является энергоемким и малопроизводительным. Кроме того, определенную сложность представляет и крепление керноломов из износостойкого материала на дне кольцевых пазов корпуса. Все это в целом ведет к удорожанию долота и стоимости буровых работ.
В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения кольцевого керна и снижение его стоимости за счет упрощения технологии его изготовления.
Указанная техническая задача решается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус с присоединительной резьбой, промывочными каналами и ребристой поверхностью в виде концентрических колец с породоразрушающими элементами, кольцевые канавки между которыми выполнены с расширением и оснащены керноломами, согласно изобретению керноломы выполнены в виде стержней с приводом, при этом стержни размещены с возможностью осевого перемещения в каналах, соединяющих расширения кольцевых канавок с полостью корпуса, а привод их - в полости корпуса долота.
Решению поставленной задачи способствует также и то, что:
- привод стержней выполнен в виде ударного механизма;
- расширения кольцевых канавок в продольном сечении выполнены в виде равнобокой трапеции, большее основание которой обращено в сторону присоединительной резьбы корпуса;
- керноломы выполнены с рабочей головкой в форме клина, клинообразующие поверхности которого обращены к равнобоким сторонам трапеции расширенной части кольцевых канавок.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид долота в продольном разрезе, а фиг.2 - вид долота со стороны рабочего торца.
Долото включает корпус 1 с присоединительной резьбой 2, промывочными каналами 3, пазами 4 и рабочей поверхностью в виде концентрических колец 5, армированных породоразрушающими элементами 6 и разделенных концентрическими канавками 7. В качестве породоразрушающих элементов 6 в зависимости от твердости разбуриваемых пород могут быть использованы твердосплавные вставки или алмазы. Концентрические канавки 7 в поперечном сечении выполнены с расширенной частью в форме равнобокой трапеции, обращенной большим основанием 8 в сторону присоединительной резьбы 2, и оснащены керноломами 9 в виде ступенчатых стержней с приводом 10. Керноломы 9 подвижно размещены в осевых каналах 11, соединяющих полость корпуса 1 с дном кольцевых канавок 7 и установлены с возможностью взаимодействия своим торцом 12 с приводом 10, в качестве которого могут использоваться погружные ударные механизмы, например гидро- или пневмоударники, или другие механизмы, способные создавать ударные нагрузки. Длина керноломов 9 больше, чем длина каналов 11, а рабочая часть 13 их имеет форму клина, боковые поверхности 14 которого обращены к равнобоким сторонам трапеций, образующих кольцевые канавки 7. Для очистки забоя от шлама используются промывочные каналы 3, соединяющие полость корпуса 1 долота с кольцевыми канавками 7, и промывочные пазы 4, разделяющие кольцевые концентрические кольца 5 на отдельные секторы 15.
Принцип работы долота заключается в следующем. Долото совместно с приводом 10 в виде ударного механизма на буровом снаряде 16 опускается в скважину. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 6 долота внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода выносится промывочной жидкостью, подаваемой через каналы 3 и пазы 4. В процессе углубки скважины в кольцевых канавках 7 образуется керн, который центрирует долото и тем самым стабилизирует его работу. При достижении керном определенной высоты в работу вступают стержни 9, которые под действием привода 10 в виде ударного механизма наносят удары по керну. Благодаря выполнению кольцевых канавок 7 с расширенной частью в форме трапеции, а рабочей части стержней 9 - в форме клина, ориентированной определенным образом, выступающая часть керна скалывается и удаляется из кольцевых канавок 7 через их расширенную часть в затрубное пространство. Оптимальным вариантом размещения стержней 9 является установка их симметрично относительно боковых стенок кольцевых канавок 7. Это обеспечивает скол керна в обе стороны. Размеры расширенной части кольцевых канавок 7 (соотношение большего и меньшего оснований) выбираются в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород. Чем более монолитнее разбуриваемая порода, тем меньше разница между длинами оснований трапеции.
Применение предложенного долота позволит повысить эффективность его работы за счет снижения энергоемкости разрушения керна ударными нагрузками и упростить технологию его изготовления за счет использования серийно выпускаемых ударных механизмов. Все это в целом позволит снизить стоимость буровых работ.
1. Буровое долото, содержащее корпус с присоединительной резьбой, промывочными каналами и ребристой поверхностью в виде концентрических колец с породоразрушающими элементами, кольцевые канавки между которыми выполнены с расширением и оснащены керноломами, отличающееся тем, что керноломы выполнены в виде стержней с приводом, при этом стержни размещены с возможностью осевого перемещения в каналах, соединяющих расширения кольцевых канавок с полостью корпуса, а привод их - в полости корпуса долота.
2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что привод стержней выполнен в виде ударного механизма.
3. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что расширенная часть кольцевых канавок в продольном сечении выполнена в виде равнобокой трапеции, большее основание которой обращено в сторону присоединительной резьбы корпуса.
4. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что керноломы выполнены с рабочей головкой в форме клина, клинообразующие поверхности которого обращены к равнобоким сторонам трапеции расширенной части кольцевых канавок.
