Буровое шарошечное долото
Изобретение относится к буровым шарошечным долотам преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, установленные на них многоконусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, периферийные из которых расположены наклонно относительно продольной оси шарошки, и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы. Все остальные венцы шарошек также выполнены с косыми зубьями, причем зубья периферийных венцов имеют левое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке, и правое - при вращении долота против часовой стрелки, а зубья остальных венцов наклонены в противоположную сторону. Оси сопел гидромониторных насадок промывочных узлов направлены в межвенцовое пространство между периферийным и смежным с ним венцом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота за счет более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости.
Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями и размещенные между шарошками боковые промывочные узлы со сменными насадками (см. Масленников И.К. «Буровой инструмент». - М.: Недра, 1989 г., с.141-142, рис.2.1.63).
Недостатком этого долота является низкая эффективность работы из-за не качественной очистки забоя от шлама. Это связано с образованием шламовых пробок, особенно при бурении по глинистым породам.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них многоконусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, периферийные из которых расположены наклонно относительно продольной оси шарошки, и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы с гидромониторными насадками (см. патент РФ №2394146, кл. E21B 10/18, 2009 г.).
Данное долото благодаря наклонному расположению периферийных зубьев относительно продольной оси шарошки повышает качество очистки забоя от шлама. Однако при бурении по породам с образованием большого объема шлама повышение эффективности очистки забоя от шлама недостаточно. В первую очередь это объясняется тем, что не все элементы вооружения шарошек участвуют в удалении шлама. Кроме того, этому способствует также и не оптимальная схема подачи промывочной жидкости к забою скважины. Все это ведет к повторному измельчению шлама вооружением шарошек и, как следствие этого, к снижению механической скорости бурения и усиленному износу самих зубьев.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство.
Указанный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, установленные на них многоконусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, периферийные из которых расположены наклонно относительно продольной оси шарошки, и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы с гидромониторными насадками, согласно изобретению все остальные венцы шарошек также выполнены с косыми зубьями, причем зубья периферийных венцов имеют левое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке, и правое - при вращении долота против часовой стрелки, а зубья остальных венцов наклонены в противоположную сторону, при этом оси сопел гидромониторных насадок промывочных узлов направлены в межвенцовое пространство между периферийным и смежным с ним венцом.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что, по меньшей мере, ось сопла гидромониторной насадки одного из промывочных узлов направлена к плоскости, перпендикулярной к оси долота, под углом 90-100°, а ось другого - под углом 80-90°.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота; на фиг.2 - схема промывки долота.
Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников, один из которых замковый (не показано), установлены конические шарошки 3 с литыми или фрезерованными зубьями и размещенные между шарошками 3 напорные промывочные узлы 4 с гидромониторными насадками 7. Все зубья шарошек 3 расположены под углом к ее образующей, при этом зубья 5 периферийных венцов имеют левое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке, и правое - при вращении долота против часовой стрелки, а зубья 6 остальных венцов наклонены в противоположную сторону. При этом оси сопел гидромониторных насадок 7 промывочных узлов направлены в межвенцовое пространство между периферийным и смежным с ним венцом. В зависимости от свойств разбуриваемых пород и применяемых способов и режимов бурения угол наклона сопла к плоскости забоя выбирается равным от 80 до 100° к плоскости, перпендикулярной к оси долота, Чем более мягкие породы, а следовательно, и большие объем шлама на забое, тем больше должен быть угол наклона оси ядра струи к плоскости забоя, т.к. такое направление струй позволяет сразу же после разрушения породы направлять ее в сторону стенок скважины и затем в затрубное пространство. Остальная часть струи промывочной жидкости используется для очистки центральной части забоя поперечным потоком, образующимся после отражения струи от забоя. Это позволит свести к минимуму повторное измельчение шлама зубьями долота и минимизировать износ вооружения непосредственно струей промывочной жидкости.
Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 3 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины, а промывочная жидкость, прокачиваемая с поверхности через боковые напорные промывочные узлы 4, удаляет шлам с поверхности забоя скважины. При этом благодаря предложенной схеме расположения зубьев 5 и 6 периферийных и остальных венцов шарошек и промывочных узлов 4 на забое образуются поперечные потоки, которые направляют одну часть обогащенной шламом промывочной жидкости в сторону стенок скважины и далее в затрубное пространство, а другую часть - в центральную зону забоя для ее очистки от шлама и последующего отвода его в затрубное пространство.
Таким образом, применение предложенного долота благодаря более рациональной геометрии вооружения и созданию благоприятных условий, как механических, так и гидравлических, для удаления шлама с забоя скважины позволит повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.
1. Буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них многоконусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, периферийные из которых расположены наклонно относительно продольной оси шарошки, и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы, отличающееся тем, что все остальные венцы шарошек также выполнены с косыми зубьями, причем зубья периферийных венцов имеют левое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке, и правое - при вращении долота против часовой стрелки, а зубья остальных венцов наклонены в противоположную сторону, при этом оси сопел гидромониторных насадок промывочных узлов направлены в межвенцовое пространство между периферийным и смежным с ним венцом.
2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, ось сопла гидромониторной насадки одного из промывочных узлов направлена к плоскости, перпендикулярной к оси долота, под углом 90-100°, а ось другого - под углом 80-90°.
