Буровое шарошечное долото

 

СОЮЗ СОВЕ TCKVlX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Tsl)s Е 21 В 10/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4871891/03 (22) 09.10,90 (46) 07.03,93, Бюл. ¹ 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) B. В. Щербина, С. В. Никитин, В. П, Браженцев, Т. Г, Агошашвили, И. Н. Буяновский и С. Н. Залетаев (56) Патент США ¹- 4784231, кл, 175 — 340, опубл, 1988. (54) БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО

Изобретение относится к породоразрушающему буровому инструменту, а именно к шарошечным долотам, Цель изобретения — повышение механической скорости бурения за счет предотвращения сальникообразования.

Цель достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем корпус с породоразрушающими шарошками и боковые промывочные каналы, оснащенные насадками с отверстием на цилиндрических поверхностях, в насадках выполнено сквозное центральное ступенчатое отверстие, диаметр нэ входе которого превышает диаметр на выходе, при этом отверстие, размещенное на цилиндрической поверхности насадка и сообщающееся с полостью большего диаметра центрального отверстия, обращено к оси долота в надшарошечное пространство, а соотношение площадей на входе и выходе из центрального ступенчатого отверстия находится в пределах 1,1 — < 2,1.

fö

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое долото отличается тем, что в насадке выполнено. 5Ы 1799984 А1 (57) Использование: шарашечный породоразрушэющий буровой инструмент. Сущность; выходная часть бокового отверстия насадки расположена в сторону оси долота.

Сопряжение центральных отверстий выполнено ступенчатым. Соотношение их площадей находится в пределах 1.1 S/Яц 2,1, где f — площадь отверстия большого диаметра; fö — площадь отверстия меньшего диаметра, При работе усиливается гидромониторное: воздействие струй на забой и п.редотвращается сальникообразование нэ шарошках. 3 ил. сквозное центральное ступенчатое огверстие, диаметр на входе которого превышает диаметр на выходе, причем отверстие. размещенное на цилиндрической поверхности насадки и сообщающееся с полостью большего диаметра центрального отверстия, обращено к оси долота в нэдшарошечное пространство, а соотношение площади на входе и выходе из центрального ступенчатого отf верстия находится в пределах 1,1 — 2,1.

1ц

На фиг. 1 представлено вертикалыюе сечение бурового долота; на фиг, 2 — поперечное сечение; на фиг, 3 — график. иллюстрирующий результаты стендовых испытан и предлагаемых насадок.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с шарошками, боковые промывочные каналы, оснащенные насадками 2, крепежными элементами 3 и уплотнительными элементами 4. В насадках 2 выполнены, как минимум, по два выпускных отверстия, одно .из которых — сквозное центральное ступенчатое. диаметр на входе которого превышает диаметр на выходе, а другое выполнено на цилиндрической поверхности, сообщено

1799984 со ступенью большего диаметра к оси долота в надшарошечное пространство и может иметь в сечении круг, овал или другую форму, Площадь поперечного сечения на входе центрального ступенчатого отверстия.f, на выходе из него 1Ц, площадь бокового отвер-. стия fg, причем f6 соизмеримо с 1ц и f.

Буровое шарошечное долото работает следующим образом.

Поток промывочной жидкости поступает в ниппель и боковые промывочные каналы шарошечного долота. Благодаря тому, что в насадках 2 выполнены центральное отверстие и боковое отверстие, расположенное на цилиндрической поверхности, происходит разделение потока промывочной жидкости, подведенного к насадке. При этом часть потока поступает непосредственно на забой скважины, участвуя в его разрушении и очистке от обломков выбурен- 20 ной породы, а другая часть направляется в надшарошечное пространство долота и используется для ликвидации сальника на его вооружении.

Скорости истечения чц и чв соответственно из центрального и бокового отверстий должны быть разными в связи с тем, что для поражения забоя требуются существенно более высокие скорости, чем для очистки вооружения шарошек. При равенстве З0 скоростей истечений и одновременной реализации гидромониторного эффекта, как правило, происходит эрозионный износ корпусов шарошек.

Как известно, для реализации гидромо- З5 ниторного эффекта в зависимости от буримости пород и типа долота скорость истечения из насадки должна составлять 100 — 150 м/с, Из практики конструирования долота извест но, что предельной скоростью, при которой 40 сохраняется смывающее воздействие струи, но не происходит интенсивного износа корпуса шарашек долота, принята в зависимости от абразивности породы скорость в диапазоне 20 — 50 м/с. Таким обра- 45 зом, рациональным соотношением скоростей истечения из центрального и бокового каналов насадки, обеспечивающим, с одной стороны, реализацию гидромониторного эффекта на забое скважины и очи- 50 стку вооружения долот, а с другой стороны, исключающим гидроабразивное изнашивание корпусов шарошек, является отношение скоростей ve и чц, находящееся в диапазоне 0.1-0,5. 55

Стендовыми испытаниями, проведенныv6 ми ВНИИБТ показано, что величина — прочц порциональна отношению площадей центрального входного f и выходного fu отверстий, причем оказалось, что изменение площади бокового отверстия fc в диапазоне тб

=1 — 1,5 на эту зависимость практически не

fq влияет.

Из анализа зависимости (см. фиг, 3) следует, что вышеупомянутое рациональное соотношение может быть достигнуто при

f выполнении условия 1,1 — < 2,1, fö

Указанные геометрические неравенства позволяют сконструировать комбинированную насадку, обеспечивающую получение рационального соотношения между скоростями истечения из центрального и бокового отверстий.

Такая конструкция позволяет осуществить подачу раствора как непосредственно на поверхность забоя (Oi, фиг, 2) в виде сконцентрированной струи перед набегающей шарошкой для создания гидромониторного .аффекта, так и в поперечном направлении — в надшарошечное пространство и на вооружение шарошек (Ог, фиг, 2), Последнее достигается за счет создания перепада давления на переходе от отверстия большего к отверстию меньшего диаметра и преследует две цели; предотвращение сальникообразования в пространстве над шарошками и на самих шарошках за счет распыления потока О> "веером", вследствие чего, а также благодаря удаленности точки исхода указанного потока от тела шарошки более чем в 2 раза по сравнению с прототипом размыв шарошек исключается; увеличение механической скорости за счет образования поперечного потока, при этом число насадок N соотносится с числом шарашек и как N, исходящие из боковых отверстий, складываясь в поперечный поток Оз, выходят из надшарошечного пространства через выемку на месте одной из насадок.

Формула изобретения

Буровое шарошечное долото, содержащее корпус с боковым промывочным каналом, закрепленные на корпусе породоразрушающие шарошки и насадку с боковым отверстием, выходная часть которого направлена в надшарошечное пространство, и соосными центральными отверстиями, из которых отверстие большего диаметра расположено над боковым отверстием, о т л ич.а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения

1799984

6 производительности долота за счет одновременного усиления гидромониторного воздействия струй нэ забой и предотвращения сальникообразования, выходная часть бокового отверстия насадки расположена в 5 сторону оси долота, э сопряжение центральных отверстий выполнено ступенчатым, причем соотношение площадей центральных отверстий находится в пределах

1,1 5 f/fy 5 2,1. где f — площадь отверстия большего диаметра, мм;

fy — площадь отверстия меньшего диаметра, мм .

1799984

Составитель В. Щербина

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Шулла

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород. ул. Гагарина. 101

Заказ 1142 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям nðè ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5