Буровое долото

 

Относится к буровым долотам. Оно содержит корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины. Клапанный узел выполнен с расположенным в продувочном канале ячеистым дном-экраном. Запорный орган и возвратная пружина вместе с ячеистым дном-экраном размещены внутри корпуса долота при свободном проходе продувочного агента между внутренней поверхностью отверстия в корпусе и запорным органом для защиты от воздействия частиц шлама. Ячеистое дно-экран на выходе отверстия в корпусе закреплено стопором для обеспечения возможности легкой и быстрой замены клапанного узла на другой с необходимым проходным сечением ячеистого дна-экрана. 4 з.п.ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к долотостроению и может быть использовано в долотах, расширителях и других породоразрушающих инструментах, преимущественно при бурении скважин сжатым воздухом.

Известно буровое долото, содержащее корпус с продувочными каналами и породоразрушающими органами в виде шарошек и обратный клапан, размещенный в полости корпуса для предотвращения попадания шлама через продувочные каналы в опоры шарошек долота [1].

Недостатком данного долота является сложность конструкции и как следствие этого значительная стоимость.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины [2].

Недостатком известного долота является выход запорного органа и части возвратной пружины во время работы за пределы корпуса долота. Это приводит к тому, что рабочая поверхность запорного органа попадает в зону вихревых обратных потоков очистного агента со взвешанными в нем частицами абразивного шлама. В результате этого происходит абразивный износ контактной поверхности запорного органа и пружины. Кроме того, крупные частицы шлама, попадая в открытую полость между седлом клапана и наружной поверхностью запорного органа, не позволяют сократиться пружине и тем самым нарушают герметичность клапана. К этому следует добавить невозможность регулирования выходного сечения стационарного клапана непосредственно на буровой в зависимости от конкретных условий бурения.

Техническим результатом изобретения является повышение проходки на долото и механической скорости бурения путем обеспечения более надежной и эффективной работы клапанного узла.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины, согласно изобретению клапанный узел выполнен с расположенным в продувочном канале ячеистым дном-экраном, причем запорный орган и возвратная пружина вместе с ячеистым дном-экраном размещены внутри корпуса долота при свободном проходе продувочного агента между внутренней поверхностью отверстия в корпусе и запорным органом для защиты от воздействия частиц шлама, при этом ячеистое дно-экран на выходе отверстия в корпусе закреплено стопором для обеспечения возможности легкой и быстрой замены клапанного узла на другой с необходимым проходным сечением ячеистого дна-экрана.

Дополнительно достижению поставленного технического результата способствует также и то, что: - запорный орган выполнен выпуклым, например, в виде шара; - на внутренней поверхности ячеистого дна-экрана выполнен установочный, сплошной или прерывистый, внутренний или наружный относительно возвратной пружины буртик для предотвращения возможности ее смещения в сжатом и разжатом состоянии относительно дна экрана; - поверхность контакта седла в корпусе долота, ответная поверхности запорного органа, выполнена, например, конической, биконической, в виде части внешней или внутренней поверхности тора, ограниченной цилиндрической поверхностью канала и внутренней поверхностью гнезда под клапан; - стопор для закрепления клапанного узла выполнен в виде разжимного пружинного кольца, установленного в кольцевом пазу на стенке канала, или в виде гайки с пазами под отвертку и резьбой для заворота на выходе продувочного канала, или в виде шайбы байонетного крепления, или в виде шайбы и обводного шплинта, введенного в пространство, образованное совместно с кольцевыми пазами в шайбе и стенке продувочного канала через сверление в этой стенке, или в виде болтов, шпилек, играющих роль бокового прижима или выступающих ступенек, или в виде шайбы, прихватываемой участками или по всей длине торца сварным швом к боковой поверхности стенки продувочного отверстия.

На фиг. 1 изображено буровое долото в разрезе с клапанным узлом; на фиг. 2 - клапанный узел в увеличенном масштабе; на фиг. 3-6 - варианты выполнения седла запорного органа; на фиг. 7,8,10,12,13 - варианты выполнения стопоров клапанного узла; на фиг. 9 и 11 - сечение А-А соответственно на фиг. 8 и 10.

Буровое долото содержит корпус 1 с ниппелем 2 и продувочными каналами 3 с гнездами 4 на концах под клапанные узлы 5. Клапанный узел состоит из запорного органа 6 и возвратной пружины 7. Запорный орган 6 установлен на внутренней поверхности возвратной пружины 7, которая может быть выполнена с одной стороны с уширением для стабилизации положения запорного органа 6 (фиг. 6). В свою очередь, для стабилизации положения возвратной пружины 7 относительно ячеистого дна-экрана 8 на последнем выполняется установочный буртик 9, который может быть сплошным или прерывистым и располагается внутри или снаружи пружины. Это предотвращает возможность заедания запорного органа 6, а также абразивный износ возвратной пружины 7 в случае ее сдвига и перекрытия ячеек дна-экрана 8. Ячеистое дно-экран 8 закреплено в нижней части клапанного гнезда 4 стопором, который может быть выполнен, например, в виде пружинного разрезного кольца 10, установленного в кольцевом пазу 11. Дно-экран 8 выполнено с отверстиями 12 или ячейками, суммарная площадь которых равна или больше площади входного отверстия продувочного канала 3.

Запорный орган 6 может иметь любую форму, например, шаровую, коническую и т. д. Ответная поверхность контакта-седла 13 внутри канала 3 может иметь также различную форму: коническую, биконическую, сферическую, в виде части внешней или внутренней поверхности тора, ограниченной с одной стороны цилиндрической поверхности канала 3, а с другой стороны - внутренней поверхностью гнезда 4 под клапан, и другие, как показано на фиг. 2-5 соответственно.

В качестве стопора может быть использована гайка 14, соединенная с корпусом 1 резьбой 15. В гайке предусмотрены пазы 16 под ключ или под отвертку (фиг.7). На фиг. 8 и 9 изображен вариант крепления клапанного узла 5 байонетной шайбой 17, помещаемой в кольцевой паз 18 через продольные пазы 19, выполненные на стенке гнезда 4 продувочного канала 3. После поворота шайбы 17 вокруг ее оси выступы 20 устанавливаются в кольцевом пазу 18. На фиг. 10 и 11 изображен вариант крепления клапанного узла 5 посредством "гвоздевого" соединения. Шайба 21 имеет кольцевой паз 22 на наружной поверхности с сечением в виде полукруга, а в стенке гнезда 4 продувочного канала 3 имеется ответный кольцевой паз 23 с сечением также в виде полукруга. В полость, образованную пазами 22 и 23, введен через боковое отверстие 24 шплинт - "гвоздь" 25. На фиг.12 изображен вариант крепления клапанного узла в виде стопорных болтов 26 или шпилек 27, заворачиваемых в резьбовые отверстия 28 и 29 и выполняющих роль ступенек и прижимов. На фиг. 13 представлен вариант крепления клапанного узла 5 стопорным кольцом 30, прихваченным участками или по всей длине торца сварным швом 31.

Буровое долото работает следующим образом. В процессе бурения исходящий поток очистного агента подается под давлением в ниппель 2, проходит по продувочному каналу 3 в клапанный узел 5 и направляется на забой скважины и поверхность шарошек. Под действием потока очистного агента запорный орган 6, преодолевая сопротивление возвратной пружины 7 выдвигается вниз к ячеистому дну-экрану 8, образуя свободный проход агента между боковыми стенками канала 3 и запорным органом 5 сквозь ячейки 12 дна-экрана 8. При прекращении подачи очистного агента запорный орган 6 под действием пружины 7 возвращается в исходное положение, препятствуя проникновению шлама в ниппельную полость и продувочные каналы опор подшипников.

Такое выполнение долота повышает надежность работы клапанного узла и позволяет регулировать в широких пределах объем подаваемого очистного агента в зависимости от конкретных условий бурения, что в свою очередь повышает эффективность работы долота.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Мокшин А.С. и др. Шарошечные долота. - М.: Недра, 1971, с.189-191.

2. Авторское свидетельство СССР N 1492018, кл. Е 21 В 27/00, 1989.3

Формула изобретения

1. Буровое долото, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, установленные в продувочных каналах клапанные узлы, состоящие из запорного органа и возвратной пружины, отличающееся тем, что клапанный узел выполнен с расположенным в продувочном канале ячеистым дном-экраном, причем запорный орган и возвратная пружина вместе с ячеистым дном-экраном размещены внутри корпуса долота при свободном проходе продувочного агента между внутренней поверхностью отверстия в корпусе и запорным органом для защиты от воздействия частиц шлама, при этом ячеистое дно-экран на выходе отверстия в корпусе закреплено стопором для обеспечения возможности легкой и быстрой замены клапанного узла на другой с необходимым проходным сечением ячеистого дна-экрана.

2. Долото по п.1, отличающееся тем, что запорный орган выполнен выпуклым, например, в виде шара.

3. Долото по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности ячеистого дна-экрана выполнен установочный, выступающий, сплошной или прерывистый, внутренний или наружный относительно возвратной пружины буртик для предотвращения возможности ее смещения в сжатом и разжатом состоянии относительно дна-экрана.

4. Долото по п.1, отличающееся тем, что поверхность контакта седла в корпусе долота, ответная поверхности запорного органа выполнена, например конической, биконической, в виде части внешней или внутренней поверхности тора, ограниченной цилиндрической поверхностью канала и внутренней поверхностью гнезда под клапан.

5. Долото по п.1, отличающееся тем, что стопор для закрепления клапанного узла выполнен в виде разжимного пружинного кольца, устанавливаемого в кольцевом пазу на стенке канала, или в виде гайки с пазами под отвертку и резьбой для заворота на выходе продувочного канала, или в виде шайбы байонетного крепления, или в виде шайбы и обводного шплинта, введенного в пространство, образованное совместно с кольцевыми пазами в шайбе и в стенке продувочного канала через сверление в этой стенке, или в виде болтов, шпилек, играющих роль бокового прижима или выступающих ступенек, или в виде шайбы, прихватываемой участками или по всей длине торца сварным швом к боковой поверхности стенки продувочного отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13