Буровое лопастное долото

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым лопастным долотам. Буровое долото содержит корпус с центральным отверстием, лопасти со вставными зубками, гибкий патрубок, закрепленный верхним концом к корпусу, нижний конец гибкого патрубка снабжен насадкой и грузом, выполненным в виде втулки. Верхняя часть одной из лопастей в полости центрального отверстия имеет или геометрическую форму, или геометрические размеры, отличные от других лопастей. Выполнение одной из лопастей, отличающейся от других, ведет к созданию силы потоком промывочной жидкости, которая отклоняет гибкий патрубок. Во время вращения долота на патрубок будут действовать кориолисова и центробежная силы. В результате действия этих сил нижний конец патрубка набежит на поверхность одной из лопастей. Под действием отраженных потоков от поверхности лопасти на гибкий патрубок последний отклонится от поверхности лопасти и т. д. Нижний конец патрубка будет описывать сложное движение относительно долота. Вследствие такого движения нижнего конца патрубка поток жидкости будет направляться последовательно ориентированно то в один сектор, то в другой и т. д. В результате этого исключается зашламление межзубковых пространств, что повышает эффективность и надежность работы долота. 4 ил.

Изобретения относятся к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым лопастным долотам режуще-скалывающего действия, и применяются при бурении скважин.

Известно буровое лопастное долото режуще-скалывающего действия, содержащее корпус с центральным отверстием, лопасти со вставными зубками, гибкий патрубок, закрепленный верхним концом соосно к корпусу, отклонитель в виде полусферы, причем отклонитель жестко закреплен на лопастях соосно корпусу с возможностью образования зазора между нижним торцом гибкого патрубка и полусферической поверхностью отклонителя (1).

Недостатком данного долота является то, что неэффективно используется энергия промывочной жидкости для создания по величине знакопеременного перепада давления между секторами на забое скважины (примем: сектор - это поверхность забоя, образованная между двумя соседними лопастями долота).

Данная конструкция долота является симметричной. Наличие отклонителя, выполненного в виде полусферы и установленного по оси долота на лопастях, не приводит к асимметрии в конструкции долота.

Таким образом, колебание гибкого патрубка будет происходить за счет только флуктуации скорости течения жидкости в самом патрубке (турбулентный режим течения).

Турбулентный режим течения жидкости характеризуется высокой частотой и малой величиной амплитуды колебания жидкости перпендикулярно течению.

В связи с этим колебание нижнего конца гибкого патрубка будет происходить с малой величиной амплитуды и высокой частотой. Поэтому величины знакопеременных перепада давления и скорости движения жидкости в подлопастном пространстве между секторами будут незначительными, что в свою очередь ведет к некачественной очистке межзубковых пространств. Некачественная очистка межзубковых пространств ухудшает охлаждение вставных зубков. При этом снижается эффективность и надежность работы лопастного долота.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы лопастного долота режуще-скалывающего действия путем эффективного использования энергии промывочной жидкости за счет увеличения амплитуды колебания нижнего конца гибкого патрубка.

Указанная цель достигается тем, что нижний конец гибкого патрубка снабжен насадкой и грузом, выполненным в виде втулки, и верхняя часть одной из лопастей в полости центрального отверстия имеет или геометрическую форму, или геометрические размеры, отличные от других.

Выполнением верхней части одной из лопастей в полости центрального отверстия, отличающейся от других, вводится асимметрия в конструкцию долота.

При работе долота на забое скважины из-за асимметрии в конструкции его возникает отклоняющая сила, действующая на гибкий патрубок. Эта сила возникает в результате действия отраженных потоков промывочной жидкости от забоя скважины и поверхностей лопастей и центрального отверстия на гибкий патрубок.

В результате вращения долота возникает дополнительная центробежная сила, действующая на гибкий патрубок, из-за установки на нижний его конец насадки и груза, выполненного в виде втулки. В результате действия этих сил на гибкий патрубок нижний конец его отклоняется на большую величину от оси долота по сравнению с прототипом. Вследствие вращения долота и движения промывочной жидкости по гибкому патрубку на последний действует Кориолисова сила. При этом Кориолисова сила будет направлена противоположно вращению долота. В результате действия этой силы нижний конец патрубка набежит на поверхность одной из лопастей. Под действием потоков, отраженных от поверхностей лопасти на нижний конец гибкого патрубка, последний отклонится от поверхности лопасти и т д.

Таким образом, нижний конец гибкого патрубка будет описывать сложное движение. Вследствие такого движения нижнего конца гибкого патрубка поток промывочной жидкости будет направляться последовательно-ориентированно то на один сектор, то на другой и т. д. , но при этом амплитуда колебания нижнего конца гибкого патрубка данного долота увеличится по сравнению с прототипом, так как имеется в предложенном долоте асимметрия и дополнительный груз в виде насадки и втулки.

Вследствие увеличения амплитуды колебания нижнего конца гибкого патрубка промывочная жидкость, истекающая из гибкого патрубка, через определенные отрезки времени будет направляться то в один сектор, то в другой и т д.

При этом будет происходить эжектирование промывочной жидкости последовательно-ориентированно с других секторов, что способствует снижению давления в этих секторах. Вследствие этого увеличиваются значения знакопеременных перепада давления между секторами и скорости движения промывочной жидкости в межзубковом пространстве, что в свою очередь ведет к лучшим условиям очистки межзубковых пространств и охлаждения вставных зубков долота.

В результате этого увеличивается эффективность и надежность работы за счет сохранения вставных зубьев.

На фиг. 1 показан вид снизу бурового лопастного долота; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2.

Лопастное долото состоит из корпуса 1 (см. фиг. 2), лопастей 2 со вставными элементами 3, гибкого патрубка 4 с насадкой 5 и втулкой 6, закрепленного в корпусе 1 по оси долота при помощи шайбы 7 и гайки 8. Нижний конец гибкого патрубка 4 с насадком 5 и втулкой 6 расположен над лопастями 2. Причем верхняя часть одной из лопастей в полости центрального отверстия, например, выполнена Т-образной формы (см. фиг. 1,2,3). Кроме того, величина ширины верхней части этой лопасти в полости центрального отверстия больше, чем у других лопастей.

Лопастное долото работает следующим образом.

В процессе бурения скважины лопастное долото вращается, поток промывочной жидкости проходит через гибкий патрубок 4 с насадкой 5 и направляется на забой скважины. При этом нижний конец гибкого патрубка 4 с насадкой 5 и втулкой 6 отклоняется в противоположную сторону от лопасти, имеющий большую верхнюю площадь, вследствие действия на него гидродинамических сил отраженных потоков промывочной жидкости от забоя, поверхностей лопастей 2 и центрального отверстия.

В результате вращения долота и движения промывочной жидкости по гибкому патрубку 4 на последний действует центробежная и Кориолисова силы. Центробежная сила увеличивает отклонение нижнего конца гибкого патрубка 4 с насадкой 5 и втулкой 6 от оси долота. Кориолисова сила направлена против вращения гибкого патрубка 4. В результате действия этой силы на последний нижний его конец набежит на поверхность одной из лопастей 2. Под действием отраженных потоков от поверхности этой лопасти на нижний конец гибкого патрубка 4 последний отклонится от лопасти и т д.

Таким образом, нижний конец гибкого патрубка 4 с насадкой 5 и втулкой 6 будет описывать сложное движение относительно долота и забоя скважины. Вследствие такого движения нижнего конца гибкого патрубка 4 поток промывочной жидкости будет направляться последовательно-ориентированно то в один сектор, то в другой и т. д. В результате этого в межзубковых пространствах движение промывочной жидкости будет постоянно изменять свое направление, что в свою очередь ведет к исключению зашламления межзубковых пространств, к улучшению условия охлаждения вставных элементов, к эффективной и надежной работе лопастного долота.

Источник информации 1. Патент Р. Ф. 2078191 "Буровое долото", зарегистрирован 27.04.1997 г.

Формула изобретения

Буровое долото режуще-скалывающего действия, содержащее корпус с центральным отверстием, лопасти со вставными зубками, гибкий патрубок, закрепленный верхним концом к корпусу, отличающееся тем, что нижний конец гибкого патрубка снабжен насадкой и грузом, выполненным в виде втулки, при этом геометрическая форма или геометрические размеры верхней части одной из лопастей в полости центрального отверстия выполнены отличными от формы и размера верхней части других лопастей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4