Устройство для бурения скважин (варианты)



Устройство для бурения скважин (варианты)
Устройство для бурения скважин (варианты)
Устройство для бурения скважин (варианты)
Устройство для бурения скважин (варианты)
Устройство для бурения скважин (варианты)

 


Владельцы патента RU 2343269:

Панин Николай Митрофанович (RU)

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин с использованием шарошечных долот. Техническим результатом является снижение энергоемкости разрушения породы и повышение проходки и механической скорости бурения. Устройство включает шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты, образующий совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде вала. Вал соединен с приводом и промывочной плитой. Каждая шарошка выполнена, по меньшей мере, в виде двух независимо вращающихся элементов: центрального и периферийного. Центральный элемент шарошки выполнен с обратным конусом для образования совместно с промывочной плитой фрикционной пары и зафиксирован от осевого перемещения замковым узлом в виде шарового подшипника, составленного из чередующихся шаров большего и меньшего диаметров. Шары меньшего диаметра покрыты резиновой оболочкой до размера шаров большего диаметра. По второму варианту опоры выполнены из тел качения одного диаметра, часть которых выполнена полой и изготовлена из пружинного материала, а другая часть - в виде сплошных тел качения. Полые тела качения выполнены с радиальными каналами и частично заполнены смазочным материалом, например, порошковым графитом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин с использованием шарошечных долот.

Известно буровое шарошечное долото, включающее делитель осевой нагрузки, выполненный в виде шпинделя с установленными на нем тарельчатыми пружинами, и узел разгрузки, передающий часть осевой нагрузки на забой через обратные конусы шарошек и выполненный в виде дисковых роликов, установленных на цапфах корпуса разгрузки и контактирующие с обратными конусами шарошек при определенной осевой нагрузке (см. авт.св. СССР №168222, кл. Е21В 10/08, 1965 г.).

Недостатком этого долота является сложность конструкции и, как следствие этого, малая надежность в работе и малая эффективность.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бурения скважин, включающее шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты, образующей совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде вала, соединенного с приводом и промывочной плитой (см. авт.св. №560053, кл. Е21В 10/08, 1977 г.).

Данное устройство благодаря использованию узла для принудительного вращения шарошек обеспечивает повышение срока службы бурового долота. К недостаткам его следует отнести сравнительно высокую энергоемкость разрушения породы, связанную с неоптимальной схемой разрушения породы, что особенно сказывается при бурении по твердым и крепким породам, при разрушении которых часто в центральной части забоя образуется так называемая «сахарная головка». Образование «сахарной головки» часто приводит к усиленному износу тела шарошки с оставлением на забое тел качения опоры с созданием аварийной ситуации значительным снижением как скорости бурения, так и проходки.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы и исключения образования «сахарной головки».

Поставленная техническая задача по первому варианту решается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем шарошечное долото с опорой и замковым узлом, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты, образующей совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде вала, соединенного с приводом и промывочной плитой, согласно изобретению каждая шарошка выполнена, по меньшей мере, в виде двух независимо вращающихся элементов: центрального и периферийного, при этом центральный элемент шарошки выполнен с обратным конусом для образования совместно с промывочной плитой фрикционной пары и зафиксирован от осевого перемещения замковым узлом в виде шарового подшипника, составленного из чередующихся шаров большего и меньшего диаметров, причем шары меньшего диаметра покрыты резиновой оболочкой до размера шаров большего диаметра.

По второму варианту поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем шарошечное долото с опорой и замковым узлом, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты, образующей совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде вала, соединенного с приводом и промывочной плитой, согласно изобретению каждая шарошка выполнена, по меньшей мере, в виде двух независимо вращающихся элементов: центрального и периферийного, при этом центральный элемент шарошки выполнен с обратным конусом для образования совместно с промывочной плитой фрикционной пары и зафиксирован от осевого перемещения замковым узлом в виде шарового подшипника, составленного из чередующихся цельных и полых шаров, имеющих в исходном положении одинаковый диаметр, причем полые шары выполнены из пружинного материала. При этом полые тела качения выполнены с радиальными каналами и частично заполнены смазочным материалом.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 и 3 - варианты выполнения опоры шарошечного долота, на фиг.4 и 5 - соответственно сечения А-А и Б-Б на фиг.1 и 2 в увеличенном масштабе.

Устройство для бурения скважин по первому варианту включает долото 1 с шарошками, каждая из которых выполнена по меньшей мере, в виде двух независимо вращающихся элементов: центрального 2 и периферийного 3. Центральный элемент 2 шарошки выполнен с обратным конусом 4, взаимодействующим с промывочной плитой 5 и зафиксирован от осевого перемещения замковым узлом в виде шарового подшипника. Последний составлен из шаров большего 6 и меньшего 7 диаметра, причем шары меньшего диаметра 7 покрыты резиновой оболочкой 8 до размера шаров 6 большего диаметра. Долото 1 посредством резьбы соединено с наддолотной трубой 8 и приводится во вращение бурильной колонной или от вала забойного двигателя 9. В полости корпуса долота 1 размещена промывочная плита 5, которая совместно с обратными конусами 4 центрального элемента 2 шарошек образует фрикционные пары. Благодаря этому промывочная плита 5 передает часть осевой нагрузки непосредственно на корпуса центральных элементов 2 шарошек, минуя опору долота 1 и выполняя роль узла разгрузки опоры. Промывочная плита 5 соединена с валом 10 привода, выполненным, например, в виде осевой турбины 11, которая установлена на радиальных опорах 12 внутри наддолотной трубы 8 и служит узлом принудительного вращения центральных элементов 2 шарошек долота 1.

Тела качения меньшего 7 и большего 6 диаметров в опоре центрального элемента 2 могут располагаться по разной схеме. Предпочтительным является их установка с чередованием тел качения меньшего 7 и большего 6 диаметров через одно. Однако возможна установка тел качения 7 малого диаметра и через два тела качения 6 большего диаметра. При этом меняется и частота нанесения ударов при каждом обороте центрального элемента 2 шарошки. Схема установки выбирается в зависимости от типа долота, т.е. в первую очередь от физико-механических свойств разбуриваемых пород.

По другому варианту (см. фиг.3) опора центрального элемента 2 шарошечного долота 1 выполнена в виде подшипника качения, составленная из цельных 6 и полых шаров 13, имеющих в исходном положении одинаковый диаметр. Полые шары 13 при этом изготовлены из пружинного материала и при нанесении ударов по породоразрушающим элементам долота работают в режиме упругих деформаций. Стенки полых шаров 13 выполнены с радиальными каналами 14. Полость шаров 13 частично может быть использована для размещения смазочного материала, например порошкового графита.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 2 и 3 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. Разрушенная порода выносится промывочной жидкостью, прокачиваемой через бурильную колонну и промывочную плиту 5. При этом благодаря использованию специальной опоры с учетом передачи осевой нагрузки непосредственно через корпус центрального элемента 2 шарошки обеспечивается эффективное разрушение породы за счет создания ударных нагрузок при деформации полых тел качения 13, выполненных из пружинного материала, или обрезиненных тел качения 7. При контакте корпуса центрального элемента 2 шарошки с обрезиненными 7 или полым 13 телами качения величина силы реакции с их стороны по сравнению с цельными телами качения 6 во много раз меньше, именно поэтому при попадании обрезиненных 7 или полых 13 тел качения в нагруженную зону и происходит не статическое нагружение породоразрушающих элементов долота 1, а удар по забою. Этим обеспечивается ударно-импульсное воздействие на породу рабочих элементов шарошек 2. Сила удара регулируется разностью диаметров тел качения 6-7 в первом варианте и величиной упругой деформации полых тел качения 13 по другому варианту. Кроме того, величину силы удара можно регулировать и схемой установки тел качения разного диаметра, например, путем установки одного обрезиненного тела качения 6 через два цельных тела качения 6. Аналогично можно регулировать и силу удара во втором варианте. При этом одновременно с изменением силы удара регулируется и частота удара. Использование полых тел качения 13 с радиальными каналами 14 позволяет регулировать степень упругой деформации тел качения 13 в более широких пределах. Кроме того, выполнение тел качения 13 полыми позволяет использовать их полости как резервуары для смазочного материала, например порошкового графита. При этом благодаря выполнению полых тел качения 13 с радиальными каналами смазочный материал небольшими дозами подается в опору долота. Неполное заполнение полости тел качения смазочным материалом не препятствует их деформации при нанесении по ним удара со стороны корпуса шарошек, а следовательно, и не уменьшает силу удара.

Таким образом, применение предложенного устройства, благодаря более эффективной схеме разрушения породы, позволяет повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.

1. Устройство для бурения скважин, включающее шарошечное долото с опорой и замковым узлом, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты, взаимодействующей с корпусами шарошек, и установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, отличающееся тем, что каждая шарошка выполнена, по меньшей мере, в виде двух независимо вращающихся элементов: центрального и периферийного, при этом центральный элемент шарошки выполнен с обратным конусом для образования совместно с промывочной плитой фрикционной пары и зафиксирован от осевого перемещения замковым узлом в виде шарового подшипника, составленного из чередующихся шаров большего и меньшего диаметров, причем шары меньшего диаметра покрыты резиновой оболочкой до размера шаров большего диаметра.

2. Устройство для бурения скважин, включающее шарошечное долото с опорой и замковым элементом, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, отличающееся тем, что каждая шарошка выполнена, по меньшей мере, в виде двух независимо вращающихся элементов: центрального и периферийного, при этом центральный элемент шарошки выполнен с обратным конусом для образования совместно с промывочной плитой фрикционной пары и зафиксирован от осевого перемещения замковым узлом в виде шарового подшипника, составленного из чередующихся цельных и полых шаров, имеющих в исходном положении одинаковый диаметр, причем полые шары выполнены из пружинного материала.

3. Устройство для бурения скважин по п.2, отличающееся тем, что полые тела качения выполнены с радиальными каналами и частично заполнены смазочным материалом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин. .

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, включающим корпус и конические самоочищающиеся шарошки, с периферийными зубчатыми и дисковыми венцами. .

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам. .

Изобретение относится к породоразрушающим инструментам, а именно к конструкции шарошечного долота, предназначенного для бурения скважин различного назначения. .

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающим инструментам, и может быть использовано при бурении скважин. .

Изобретение относится к буровом долоту со смещенной осью и единственной шарошкой в виде составных конусов для бурения нефтяных или газовых скважин, горных работ и других бурильных работ под землей.

Изобретение относится к буровым долотам шарошечного типа. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при шарошечном бурении взрывных или разведочных буровых скважин на горных предприятиях, которые осуществляют разработку полезных ископаемых с взрывным обрушением горных пород.

Изобретение относится к шарошечному долоту, предназначенному для бурения скважин. .

Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к буровому породоразрушающему инструменту для планетарно-долотного бурения скважин. .

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин с использованием шарошечных долот

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно малого диаметра

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам малого диаметра

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно малого диаметра

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно малого диаметра

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в технологии производства буровых шарошечных долот

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при производстве буровых долот, предназначенных для бурения скважин

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способу извлечения твердосплавных зубков из отработанных шарошечных долот. Закрывают наружное тело шарошки теплоизолирующим материалом. Нагревают шарошку с запрессованными в нее твердосплавными зубками до температуры, превышающей температуру закалки материала шарошки. Затем осуществляют ее охлаждение в потоке охлаждающей жидкости. При этом нагрев шарошки осуществляют изнутри шарошки и поддерживают в процессе ее охлаждения. В результате упрощается способ извлечения твердосплавных зубков из шарошек буровых долот. 1 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления буровых шарошечных долот. Обеспечивает минимизацию торцевого и радиального биения шарошек, а также выпуск долот с минимальным допуском на диаметр и практически постоянным размером по диаметру. В способе изготовления шарошечного долота после финишной обработки лап на их торцах выполняют базовые установочные и направляющие отверстия. Затем на спинках лап выполняют базовые установочные отверстия, подвижно закрепляют на цапфах лап шарошки, заваривают замковые пальцы, собранные секции помещают на ответные базовые штифты с осями, разворачивают секции с помощью подпружиненных толкателей, установленных на стойках приспособления, до контакта обратных конусов шарошек всех секций с внутренней поверхностью закрепленного на стойках приспособления калибра-кольца. После этого приспособление с секциями помещается в нижнюю часть сварочной камеры электронно-лучевой установки, после закрытия двери, ее герметизации, создания вакуума, с помощью сканера и механизма поворота основания приспособления фиксируется точка встречи плоскостей контакта секций с направлениями трех лучей, при включении установки приспособление с секциями с помощью приводного механизма поднимается в верхнюю камеру, где производится сварка секций. После достижения границы швов и окончания сварки приспособление с секциями возвращают в нижнюю камеру, производят развакуумирование, открывают дверь, выдвигают приспособление, вынимают из него сваренный корпус, который после охлаждения устанавливают и зажимают в токарный патрон, кулачки которого оснащены выступами, ответными отверстиям на спинках лап, затем в хвостовике ниппеля корпуса долота выполняют коническую поверхность, соосную осям корпуса и патрона, затем в нее вводят ответный конус задней бабки станка, также соосный корпусу и патрону, для исключения возможности отжима оси при нарезании присоединительной резьбы. 10 ил.
Наверх