Буровое шарошечное долото (варианты)
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин. Позволяет повысить эффективность, надежность долота и технологичность его изготовления. Долото содержит корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности. Долото содержит жестко закрепленные в пазах корпуса лапы с шарошками. Наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением: d/D=0,2-0,6. По второму варианту долото содержит корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленные в пазах корпуса лапы с шарошками. Внутри ниппеля выполнены n каналов, где n≥2, причем наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением d/D=0,2-0,6. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) к обоим предложенным вариантам по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, содержащее корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленными в пазах корпуса лапами с шарошками (Патент РФ №2146754, опубл. 20.03.2000).
Использование в прототипе величины d - диаметра большого основания конического ниппеля бурового долота в соотношении d/D, где D - наружный (номинальный) диаметр бурового долота, не позволяет получить требуемой точности присоединительной резьбы бурового долота. В связи с этим возникает сложность обеспечения одного из основных параметров замкового резьбового соединения бурового долота - гарантированного натяга резьбы и соответственно повышение надежности долота в целом.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности долота и технологичности его изготовления за счет использования в предлагаемом техническом решении величины d - наружного диаметра резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота в соотношении d/D, где D - наружный (номинальный) диаметр бурового долота. Кроме того, использование величины d в соотношении d/D повышает точностные параметры резьбы ниппеля бурового долота, что, в свою очередь, увеличивает надежность его крепления с колонной бурильных труб, за счет получения гарантированного натяга резьбового соединения.
Кроме этого, техническим результатом является повышение эффективности работы бурового долота за счет формирования внутреннего канала ниппеля долота для создания лучших условий прохождения через него промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси путем выполнения следующего соотношения:
d/dвн=0,7-17,0,
где d - наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота;
dвн - диаметр вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
Для обеспечения равномерного распределения общего потока промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси, проходящей через внутренний канал ниппеля бурового долота, и адресной подачи агента к гидромониторным насадкам и в подшипниковые узлы шарошек бурового долота внутренний канал ниппеля может состоять из n каналов, где n≥2.
При наличии нескольких каналов в ниппеле
где d1, d2, ..., dn - диаметры вписанных в каждом из внутренних каналов ниппеля окружностей, расположенных в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
Достижение поставленного технического результата по первому варианту обеспечивается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленные в пазах корпуса лапы с шарошками, наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением d/D=0,2-0,6. Экспериментальным путем установлено, что указанный диапазон позволяет повысить надежность бурового долота за счет обеспечения более высокой надежности резьбового соединения, не повышая при этом прочностные характеристики соединения за счет увеличения размеров ниппеля и его металлоемкости.
В результате проведения опытных работ установлено, что при соотношении d/D более 0,6 надежность соединения существенно не возрастает, зато достаточно резко увеличиваются габаритные размеры ниппельной части и соответственно металлоемкость ниппеля за счет увеличения толщины его стенок. При соотношении d/D менее 0,2 существенно падает надежность резьбового соединения вследствие снижения его несущей способности за счет уменьшения габаритных размеров ниппеля и, в частности, уменьшения толщины его стенок.
Наружный диаметр d резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота связан с диаметром dвн вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота, соотношением d/dвн=0,7-17,0.
Достижение поставленного технического результата по второму варианту обеспечивается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленными в пазах корпуса лапами с шарошками, внутри ниппеля выполнены n каналов, где n≥2, наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением d/D=0,2-0,6.
Наружный диаметр d резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота связан с диаметром dвн вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота, соотношением d/dвн=0,7-17,0,
где 
,
где d1, d2, ..., dn - диаметры вписанных в каждом из внутренних каналов ниппеля окружностей, расположенных в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота
На фиг.1 изображен общий вид бурового долота в разрезе по первому варианту.
На фиг.2 изображен общий вид бурового долота в разрезе по второму варианту.
Первый вариант выполнения долота.
Буровое долото содержит корпус 1 с коническим ниппелем 2 и нанесенной на нем присоединительной конической резьбой 3, каналами 4 для промывки (продувки) и пазами 5 на наружной поверхности, в которых жестко, например, сваркой закреплены вставные секции, состоящие из лап 6, на цапфах 7 которых посредством подшипников 8 установлены шарошки 9 с породоразрушающими элементами 10 в виде фрезерованных зубьев или твердосплавных зубков. В ниппеле 2 выполнен внутренний канал 11.
Наружный диаметр резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением d/D=0,2-0,6.
Наружный диаметр d резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота связан с диаметром dвн вписанной во внутреннем канале 11 ниппеля 2 окружности, расположенной в основной плоскости резьбы 3 ниппеля 2 бурового долота, соотношением d/dвн=0,7-17,0.
Буровое долото работает следующим образом. Компоновка низа буровой колонны (КНБК) формируется так, что последним элементом КНБК, присоединяемым к буровому ставу, является буровое долото. В связи с этим к надежности его резьбового соединения предъявляются наиболее высокие требования. При соединении долота к буровой колонне должен обеспечиваться гарантированный натяг, осуществляемый строгим соблюдением параметров присоединительной резьбы 3. Поэтому введение в предлагаемое техническое решение конкретного параметра присоединительной резьбы 3 долота, а именно наружного диаметра резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота d, позволит обеспечить требуемую степень надежности крепления бурового долота. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 10 долота внедряются в породу и разрушают ее. При этом промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь, нагнетаемая под давлением через колонну бурильных труб, через внутренний канал 11 и каналы 4 долота выносит с забоя на поверхность разрушенную породу. Одновременно с этим промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь охлаждает породоразрушающие элементы 10 и подшипниковые узлы шарошек бурового долота.
Эффективность работы долота обеспечивается во многом благодаря интенсивному удалению с забоя разбуриваемой породы (шлама). Этот процесс зависит от обеспечения требуемых условий для промывки или продувки.
Наилучшие условия прохождения промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси обеспечиваются определенными требованиями по формированию внутреннего канала 11 ниппеля 2 долота. Следует отметить, что, как правило, номинальные размеры резьбы ниппеля долота задаются в основной ее плоскости (см. фиг.1, 2), которая располагается перпендикулярно оси резьбы долота; в ней же измеряются размеры наружного, среднего и внутреннего диаметра конической резьбы.
Чаще всего в основной плоскости резьбы 3 выполнен один внутренний канал 11 ниппеля 2 долота, но их может быть и несколько. Они могут выполняться как правильной формы в виде цилиндра, прямого или обратного конуса, так и неправильной формы.
Второй вариант выполнения долота
Буровое долото содержит корпус 1 с коническим ниппелем 2 и нанесенной на нем присоединительной конической резьбой 3, каналами 4 для промывки (продувки) и пазами 5 на наружной поверхности, в которых жестко, например, сваркой закреплены вставные секции, состоящие из лап 6, на цапфах 7 которых посредством подшипников 8 установлены шарошки 9 с породоразрушающими элементами 10 в виде фрезерованных зубьев или твердосплавных зубков. В ниппеле 2 выполнены внутренние n каналов 11, где n≥2.
Наружный диаметр резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением d/D=0,2-0,6.
Наружный диаметр d резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота может быть связан с диаметром dвн вписанной во внутреннем канале 11 ниппеля 2 окружности, расположенной в основной плоскости резьбы 3 ниппеля 2 бурового долота, соотношением
d/dвн=0,7-17,0,
где ,
где d1, d2, ..., dn - диаметры вписанных в каждом из внутренних каналов ниппеля окружностей, расположенных в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
Буровое долото работает следующим образом. Компоновка низа буровой колонны (КНБК) формируется так, что последним элементом КНБК, присоединяемым к буровому ставу, является буровое долото. В связи с этим к надежности его резьбового соединения предъявляются наиболее высокие требования. При соединении долота к буровой колонне должен обеспечиваться гарантированный натяг, осуществляемый строгим соблюдением параметров присоединительной резьбы 3. Поэтому введение в предлагаемое техническое решение конкретного параметра присоединительной резьбы 3 долота, а именно наружного диаметра резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота d, позволит обеспечить требуемую степень надежности крепления бурового долота. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 10 долота внедряются в породу и разрушают ее. Промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь, нагнетаемая под давлением через колонну бурильных труб, через внутренние каналы 11 и каналы 4 долота выносит с забоя на поверхность разрушенную породу. При этом для обеспечения равномерного распределения общего потока промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси, проходящей через внутренний канал 11 ниппеля 2 бурового долота, и адресной подачи агента к гидромониторным насадкам и в подшипниковые узлы шарошек бурового долота внутренний канал 11 ниппеля 2 может состоять из n каналов, где n≥1. Одновременно с этим промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь охлаждает породоразрушающие элементы 10 и подшипниковые узлы шарошек бурового долота.
Пример выполнения
Так, например, долото диаметром D=711,2 мм имеет d=144,550 мм. Таким образом, d/D=0,203; долото диаметром D=241,3 мм имеет d=131,030 мм. Таким образом, d/D=0,543.
Приведенные примеры подтверждают правомерность заявленного диапазона d/D=0,2-0,6.
1. Буровое шарошечное долото, содержащее корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленные в пазах корпуса лапы с шарошками, отличающееся тем, что наружный диаметр d резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота связан с наружным (номинальным) диаметром D бурового долота соотношением d/D=0,2-0,6.
2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что наружный диаметр d резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота связан с диаметром dвн вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота, соотношением d/dвн=0,7-17,0.
3. Буровое шарошечное долото, содержащее корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленные в пазах корпуса лапы с шарошками, отличающееся тем, что внутри ниппеля выполнены n каналов, где n≥2, причем наружный диаметр d резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота связан с наружным (номинальным) диаметром D бурового долота соотношением d/D=0,2-0,6.
4. Буровое шарошечное долото по п.3, отличающееся тем, что наружный диаметр d резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота связан с диаметром dвн вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота, соотношением d/dвн=0,7-17,0,
где 
где d1, d2, ..., dn - диаметры вписанных в каждом из внутренних каналов ниппеля окружностей, расположенных в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
