Буровое долото
Настоящее изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения, в частности к бурению с верхним ударником. Технический результат - увеличение срока службы бурового долота. Буровое долото для ударного бурения, имеющее продольную центральную ось и содержащее корпус, имеющий буровую головку, содержащую переднюю поверхность, имеющую наружную часть, приподнятую относительно передней поверхности, множество промывочных каналов, проходящих через буровую головку и сообщенных с передней поверхностью для подвода к ней промывочной среды, при этом передняя поверхность имеет расположенные на ней передние зубья, наружная часть содержит распределенные по окружности приподнятые стальные части, каждая из которых имеет максимально два периферийных зуба, расположенных радиально наружу от воображаемой окружности, пересекающей, по меньшей мере, два передних зуба и, по меньшей мере, два промывочных канала, расположенных по существу кольцеобразно вокруг центральной оси, и периферийные канавки, выполненные на наружной поверхности бурового долота, при этом передняя поверхность буровой головки сообщена с каждой периферийной канавкой посредством дополнительной канавки, наклоненной наружу и назад. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники для применения изобретения
Настоящее изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения, в частности к бурению с верхним ударником.
Из патента США №5890551 известно буровое долото, имеющее буровую штангу и снабженное на своей передней поверхности твердосплавными зубьями, которые разрабатывают горную породу, нанося удары по горной породе при одновременном вращении. На передней поверхности расположена полость, при этом через буровое долото проходит промывочный канал для подачи промывочной жидкости в эту полость. Полость полностью ограничена бесконечной фаской. В фаске установлены зубья. Другая часть зубьев установлена в полости для охлаждения и промывания промывочной жидкостью в полости. В некоторых случаях происходит забивание полости обломками породы.
В патенте США №4598779 раскрыто буровое долото для ударного бурения, имеющее продольную центральную ось и содержащее корпус, имеющий буровую головку, содержащую переднюю поверхность, имеющую наружную часть, приподнятую относительно передней поверхности и содержащую периферийные зубья, промывочные каналы, проходящие через буровую головку и сообщенные с передней поверхностью для подвода к ней промывочной среды, при этом наружная часть содержит распределенные по окружности приподнятые стальные части, каждая из которых имеет максимально два периферийных зуба, расположенных радиально наружу от воображаемой окружности.
Это известное буровое долото не обеспечивает оптимальную промывку.
Цели изобретения
Целью настоящего изобретения является создание бурового долота, имеющего длительный срок службы, приспособленного для бурения прямых скважин, обеспечивающего хорошее удаление породы и эффективную промывку, имеющего длительный срок службы и легко перезатачиваемого.
Согласно изобретению создано буровое долото для ударного бурения, имеющее продольную центральную ось и содержащее корпус, имеющий буровую головку, содержащую переднюю поверхность, имеющую наружную часть, приподнятую относительно передней поверхности, множество промывочных каналов, проходящих через буровую головку и сообщенных с передней поверхностью для подвода к ней промывочной среды, при этом передняя поверхность имеет расположенные на ней передние зубья, наружная часть содержит распределенные по окружности приподнятые стальные части, каждая из которых имеет максимально два периферийных зуба, расположенных радиально наружу от воображаемой окружности, пересекающей, по меньшей мере, два передних зуба и, по меньшей мере, два промывочных канала, расположенных, по существу, кольцеобразно вокруг центральной оси, и периферийные канавки, выполненные на наружной поверхности бурового долота и проходящие в осевом направлении бурового долота, при этом передняя поверхность головки сообщена с каждой периферийной канавкой посредством дополнительной канавки, наклоненной наружу и назад.
Каждая приподнятая часть может иметь один периферийный зуб.
Приподнятые части могут быть отделены друг от друга радиальными каналами передней поверхности для перемещения промывочной среды между ними.
Отверстия промывочных каналов могут быть расположены в плоскости, по существу перпендикулярной к центральной оси бурового долота и расположенной ниже приподнятых частей.
Буровое долото может содержать продольные периферийные канавки, расположенные на наружной стороне передней поверхности.
Количество промывочных каналов, пересекаемых указанной воображаемой окружностью, может быть равно количеству пересекаемых ею передних зубьев.
Буровое долото может иметь 5-10 периферийных зубьев.
Приподнятые части могут быть отделены друг от друга радиальными каналами в передней поверхности для перемещения между ними промывочной среды, и количество радиальных каналов может быть равно количеству приподнятых частей.
Каждый периферийный зуб может выступать вперед по направлению центральной оси за все передние зубья.
Периферийные канавки могут проходить прямо в осевом направлении бурового долота.
Периферийные зубья могут быть наклонены наружу относительно центральной оси.
Передние зубья и периферийные зубья могут быть выполнены из металлокерамического твердого сплава или из металлокерамического твердого сплава с алмазным усилением.
Буровое долото может содержать резьбовое соединение, которое может иметь внутреннюю резьбу.
Буровое долото может содержать задние зубья, расположенные на заднем конце бурового долота.
Краткое описание чертежей
Ниже будет описан вариант выполнения бурового долота согласно настоящему изобретению со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:
Фиг.1А изображает перспективный вид спереди бурового долота согласно настоящему изобретению;
Фиг.1В - вид спереди бурового долота;
Фиг.1C - вид сбоку передней части бурового долота;
Фиг.1D - вид в сечении по линии D-D на фиг.1А;
Фиг.2 - вид спереди четверти альтернативного варианта выполнения бурового долота согласно настоящему изобретению.
Подробное описание предпочтительного варианта выполнения бурового долота согласно настоящему изобретению
Ударное буровое долото 1, показанное на фиг-1A-1D, содержит корпус 2 долота, имеющий буровую головку 3 и хвостовик или юбку 5. Буровая головка 3 и юбка 5 жестко соединены друг с другом. Буровая штанга (не показана), как предполагается, соединена с буровым долотом 1 посредством резьбового соединения. В буровой штанге обычным образом выполнен сквозной промывочный канал. На фиг.1 показана продольная центральная ось CL бурового долота. Буровое долото 1 предпочтительно снабжено внутренней резьбой (не показана), предназначенной для приема наружной резьбы на одном конце буровой штанги.
Буровая головка 3 бурового долота 1 согласно настоящему изобретению снабжено элементами для удаления породы, предпочтительно выполненными в виде твердосплавных зубьев, т.е. передних зубьев 4 и периферийных зубьев 6. Между внутренним пространством бурового долота 1, которое ограничено внутренней резьбой, и передней поверхностью 8 буровой головки 3 проходит, по меньшей мере, один канал 7 для охлаждающей среды. Передняя поверхность 8 определяет плоскость Р, которая по существу перпендикулярна к центральной оси CL. В указанном внутреннем пространстве предпочтительно расположена первая упорная поверхность - так называемый нижний упор для свободного конца буровой штанги. Как показано на фиг.1А, у заднего конца бурового долота 1 предпочтительно расположен ряд задних кромок 9.
Как наиболее ясно видно на фиг.1А, буровое долото 1 на своей наружной стороне снабжено рядом прямых, передних периферийных канавок 10 и задних периферийных канавок 11 для обломков выбуренной породы, проходящих в осевом направлении бурового долота 1. Каждая передняя канавка 10 расположена симметрично относительно линии, параллельной центральной оси CL. Передние канавки 10 выполнены между каждыми двумя периферийными зубьями 6 в корпусе долота. В буровой головке 3 установлено восемь периферийных вставных зубьев 6, хотя, с другой стороны, в другом долоте согласно настоящему изобретению могло быть расположено любое число вставных зубьев из 5-10 вставных зубьев. Каждый периферийный зуб 6 наклонен наружу относительно центральной оси CL, определяя максимальный диаметр бурового долота. Диаметр периферийного зуба 6 предпочтительно больше, чем диаметр переднего зуба 4. Каждый периферийный зуб 6 расположен в стальном элементе или приподнятой части 12, по меньшей мере, частично выступающей относительно плоскости Р в осевом направлении бурового долота. Каждая приподнятая часть выполнена за одно целое с корпусом 2 и, в общем, направлена вперед, т.е. в направлении подачи бурового долота во время его работы. В приподнятой части образовано отверстие (не показано) для размещения одного периферийного зуба 6. С другой стороны, в каждой приподнятой части могут быть расположены два периферийных зуба. Каждая приподнятая часть 12 у верхней или наружной части периферийных вставных зубьев отделена от другой соседней приподнятой части передней поверхностью 8 или дополнительной передней канавкой 13 (изображена пунктирной линией на фиг.1D) наружная часть содержит распределенные по окружности, приподнятые части 12, количество которых равно количеству периферийных вставных зубьев 6, т.е. каждая приподнятая часть 12 несет один периферийный зуб 6. Каждый периферийный зуб 6 выступает вперед по направлению оси за все передние зубья 4. Общая плоскость, в которой расположены самые передние по направлению оси части передних зубьев, находится позади относительно общей плоскости, в которой расположены самые передние по направлению оси части окружающих периферийных зубьев 6. Таким образом, достигается больший направляющий момент благодаря поднятию кольцевого ряда периферийных зубьев 6 над передней поверхностью 8 и передними зубьями 4. Приподнятые части 12 отделены друг от друга радиальными каналами 14 передней поверхности 8 для протекания промывочной среды между ними.
Периферийные зубья 6 установлены в буровой головке 3 радиально наружу от воображаемой окружности С, которая пересекает, по меньшей мере, два передних зуба 4 и, по меньшей мере, два промывочных канала 1, расположенных, в общем, кольцеобразно вокруг центральной оси CL бурового долота 1. Передние зубья 4 установлены по передней поверхности 8 радиально внутрь от периферийных зубьев 6. Отверстия каналов 7 расположены в плоскости Р ниже приподнятых частей 12. Приподнятые части 12 расположены радиально наружу от воображаемой окружности С, которая пересекает четыре или, по меньшей мере, два передних зуба 4 и четыре или, по меньшей мере, два промывочных канала 7, расположенных, в общем кольцеобразно вокруг центральной оси CL бурового долота 1. Передняя поверхность 8 оканчивается у периферийных вставных зубьев 10 в корпусе 2 долота. Воображаемая окружность С, пересекающая каналы 7, также пересекает равное количество передних зубьев 4. Основные части периферийных вставных зубьев 6, которых обычно бывает 5-10 штук, находятся на передней поверхности 8 радиально наружу по окружности С. Между каждой периферийной канавкой 10 и передней поверхностью 8 образована дополнительная передняя канавка. Передняя канавка представляет собой скос 13, наклоненный наружу относительно продольной центральной оси CL и назад относительно передней поверхности. С другой стороны, передняя канавка может следовать кривой, которая в общем наклонена наружу и назад относительно CL.
На практике, все вставные зубья изготавливают из металлокерамического твердого сплава, возможно, с алмазным усилением. Форма вставных зубьев может быть сферической, конической, пулеобразной, полупулеобразной или зубилообразной.
На заднем конце бурового долота расположены задние зубья, на максимальном диаметре бурового долота, а также внутри него на конце, обычно обращенном от конца бурового долота, удаляющего породу.
Хотя в показанном варианте осуществления изобретения показаны задние кромки, буровая головка на буровом долоте может быть снабжена обычной юбкой. Назначение заднего конца бурового долота заключается в обеспечении возможности того, что направление бурового долота 1 в стволе скважины осуществляется посредством частей, которые расположены в связи с концами бурового долота 1, и для уменьшения сопротивления удалению обломков выбуренной породы. Канавки 10, 11 для обломков выбуренной породы предназначены для отвода буровой пыли, произведенной у передней части бурового долота 1.
Буровую головку предпочтительно механически обрабатывают или фрезеруют для образования передней поверхности 8 и приподнятых частей 12. Как показали испытания, время фрезерования передней части бурового долота согласно настоящему изобретению может быть уменьшено почти на 20% по сравнению со временем фрезерования обычных буровых долот.
На фиг.2 показан альтернативный вариант выполнения бурового долота согласно настоящему изобретению, в котором те же самые элементы, что и в предшествующем варианте, обозначены одинаковыми позициями. На фиг.2 показан вид сверху четверти передней части альтернативного бурового долота согласно настоящему изобретению основные отличия бурового долота 1' по сравнению с буровым долотом на фиг.1А-1С заключаются в том, что каждая приподнятая часть 12' по окружности является более протяженной и содержит два периферийных зуба 6. Приподнятая часть 12' является зеркально отображенной относительно перпендикуляра к центральной оси, пересекающего радиально самую внутреннюю точку периферийной канавки 10. Существует столько же радиальных канавок, сколько имеется приподнятых частей 12'.
Буровое долото согласно настоящему изобретению обладает многочисленными другими преимуществами. Благодаря тому, что передняя поверхность 8 является сравнительно «открытой», промывочная среда (воздух и/или вода) будет беспрепятственно протекать между приподнятыми частями 12. Это означает, что промывка передней поверхности 8 будет эффективной. Благодаря тому, что периферийные зубья выступают дальше, чем передние вставные зубья, во время бурения образуется центр направления в породе, так что могут быть образованы прямые стволы скважин (при испытаниях стволы скважин были прямее, по меньшей мере, на 10%, чем при использовании буровых долот, известных из уровня техники). В данном изобретении облегчается перезаточка долота ввиду того, что приподнятые части изнашиваются во время бурения, и, таким образом, уменьшается потребность в шлифовании стали. Срок службы бурового долота согласно настоящему изобретению увеличен на 15-20% по сравнению с известными буровыми долотами. Относительная симметрия передней поверхности 8 делает ее подходящей для буровых долот как для бурения с левым вращением, так и для бурения с правым вращением, которые применяются соответственно при ударном бурении сверху и бурении в забое скважины. Кроме того, может быть уменьшено время механической обработки передней части бурового долота согласно настоящему изобретению.
1. Буровое долото для ударного бурения, имеющее продольную центральную ось и содержащее корпус, имеющий буровую головку, содержащую переднюю поверхность, имеющую наружную часть, приподнятую относительно передней поверхности, множество промывочных каналов, проходящих через буровую головку и сообщенных с передней поверхностью для подвода к ней промывочной среды, при этом передняя поверхность имеет расположенные на ней передние зубья, наружная часть содержит распределенные по окружности приподнятые стальные части, каждая из которых имеет максимально два периферийных зуба, расположенных радиально наружу от воображаемой окружности, пересекающей, по меньшей мере, два передних зуба и, по меньшей мере, два промывочных канала, расположенных, по существу, кольцеобразно вокруг центральной оси, и периферийные канавки, выполненные на наружной поверхности бурового долота, при этом передняя поверхность буровой головки сообщена с каждой периферийной канавкой посредством дополнительной канавки, наклоненной наружу и назад.
2. Буровое долото по п.1, в котором каждая приподнятая часть имеет один периферийный зуб.
3. Буровое долото по п.1 или 2, в котором приподнятые части отделены друг от друга радиальным каналом передней поверхности для перемещения промывочной среды между ними.
4. Буровое долото по п.1, в котором отверстия промывочных каналов расположены в плоскости, по существу, перпендикулярной к приподнятым частям.
5. Буровое долото по п.1, которое содержит продольные периферийные канавки, расположенные на наружной стороне передней поверхности.
6. Буровое долото по п.1, в котором количество промывочных каналов, пересекаемых указанной воображаемой окружностью, равно количеству пересекаемых ею передних зубов.
7. Буровое долото по п.1, которое имеет 5-10 периферийных зубьев.
8. Буровое долото по п.7, в котором приподнятые части отделены друг от друга радиальным каналом в передней поверхности для перемещения между ними промывочной среды, и количество радиальных каналов равно количеству приподнятых частей.
9. Буровое долото по п.1, в котором каждый периферийный зуб выступает вперед по направлению центральной оси за все передние зубья.
10. Буровое долото по п.1, в котором каждые периферийные канавки проходят прямо в осевом направлении бурового долота.
11. Буровое долото по п.1, в котором периферийные зубья наклонены наружу относительно центральной оси.
12. Буровое долото по п.1, в котором передние зубья и периферийные зубья выполнены из металлокерамического твердого сплава.
13. Буровое долото по п.1, в котором передние зубья и периферийные зубья выполнены из металлокерамического твердого сплава с алмазным усилением.
14. Буровое долото по п.1, которое содержит резьбовое соединение.
15. Буровое долото по п.14, в котором резьбовое соединение имеет внутреннюю резьбу.
16. Буровое долото по п.1, которое содержит задние зубья, расположенные на заднем конце бурового долота.
Приоритет по пунктам:
21.09.2004 по пп.1-16.
