Одношарошечное буровое долото


 


Владельцы патента RU 2462579:

Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") (RU)

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при производстве буровых долот, предназначенных для бурения скважин. Обеспечивает временную защиту от взаимных повреждений обсадной колонны и всей поверхности шарошки долота при его спуске на забой, качественное нанесение прочного защитного материала. Одношарошечное буровое долото состоит из корпуса с цапфой лапы для размещения опоры, с резьбой для присоединения к бурильной колонне, каналом для промывочной жидкости и подвижно закрепленной на подшипниковой опоре одной шарошкой с каналами на ее поверхности для прохода промывочной жидкости и породоразрушающими режущими элементами. Вся поверхность шарошки, оснащенная породоразрушающими элементами, покрыта защитным протектором, нанесенным методом детонационного напыления, толщиной, превышающей высоту выступания элементов над телом шарошки. Вся поверхность шарошки, оснащенная породоразрушающими элементами, имеет промежуточный подслой под защитным протектором с коэффициентом трения, меньшим, чем на поверхностном слое материала шарошки. 1 ил.

 

Изобретение касается бурения нефтяных и газовых скважин и может использоваться в качестве защитного средства от взаимных повреждений обсадных колонн и долот при их спуске на забой.

Известно буровое одношарошечное долото с протектором [1], принятое за аналог, в котором на шарошку устанавливают эластичный элемент при помощи крепления в виде стальной отожженной проволоки. Затем, в отверстия, выполненные в эластичном элементе, в которых расположены породоразрушающие зубки, вводят твердеющую массу из эпоксидных компаундов с износостойким наполнителем.

Такая защита вооружения долота должна позволить увеличить показатели работы, стойкость вооружения долот и снизить износ обсадных колонн.

К недостаткам аналога необходимо отнести следующее. Очень трудоемко выполнить из листового эластичного материала элемент с отверстиями, точно соответствующими по положению и мелким по диаметру размерам многочисленных породоразрушающих зубков. И тем более трудоемко заполнить каждое из этих отверстий быстротвердеющим эпоксидным компаундом.

Получившиеся после этого затвердевшие «столбики» эпоксидного компаунда, опирающиеся на остроугольную поверхность зубка будут или легко слетать с нее при ударах о стенки при малой адгезии, или наоборот, надолго задерживаться на поверхности зубков, мешая их работе, при большой адгезии. Определить оптимальный случай - надежную защиту зубков и колонны при скором освобождении вооружения от протектора, закрепленного на шарошке с помощью стальной проволоки, практически очень сложно.

Известно другое одношарошечное буровое долото, принятое за прототип [2], с защитным протектором в качестве защиты от взаимных повреждений долот и обсадных колонн.

Протектор имеет защитное покрытие, выполненное в виде узкого кольца на сферической шарошке, и стопорные штыри, закрепляющие неподвижно шарошку к корпусу долота. При спуске защитное покрытие предохраняет породоразрушающие элементы и обсадную колонну от взаимных повреждений.

На забое под действием нагрузки и крутящего момента, штыри, удерживающие неподвижную шарошку, срезаются, а защитное покрытие истирается и разбуривается. При наличии покрытия только узкой полосы в зоне диаметра шарошки, сокращается время на разбуривание протектора и расход материала на его изготовление.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее. Для того чтобы защитное покрытие надежно защищало породоразрушающие зубки на все время спуска, его материал должен обладать достаточной твердостью, чтобы противостоять прорезанию его зубками при ударах, а также трению истирания о стенку обсадной трубы. Кроме того, кольцо из такого материала очень трудно натянуть с уменьшенного диаметра шарошки на максимальный, имея в виду сложность растяжения кольца и преодоления сопротивления достаточно высоко выступающих над телом шарошки многочисленных зубков, а в случаях внезапного срезания стопорных штырей, возможного при ударах спускаемого долота о стенку трубы во время спуска и изменения ориентирования шарошки, протектор, расположенный в узкой зоне на шарошке, уходит с диаметра долота, а значит, сразу теряет все защитные свойства.

В отличие от аналога и прототипа, в предлагаемом одношарошечном буровом долоте вышеуказанные недостатки отсутствуют. В долоте защита зубков и обсадной колонны осуществляется с помощью протектора из достаточно прочного защитного материала, полностью предохраняющего колонну и зубки во время спуска.

Защитный материал наносится на всю наружную поверхность шарошки, оснащенную породоразрушающими элементами, с толщиной слоя, превышающей высоту выступания элементов над телом шарошки. Предпочтительно при этом исключать покрытие гладких поверхностей промывочных каналов на поверхности шарошки. Это можно осуществить, например, используя при нанесении материала протектора временных защитных экранов, удаляемых после нанесения.

Нанесение защитного материала осуществляется с помощью напыляющей пушки, несколькими слоями, до достижения задаваемой проектной толщины.

В качестве материалов для защитного протектора могут применяться, например, легкие композитные материалы на основе пористого алюминия или на основе компонентов полиуретанов и др. Защитный протектор наносится на шарошку после сборки долота и заправки полости опоры смазкой. Нанесение защитного протектора производят при условии, чтобы предельная температура разогрева шарошки после нанесения не превышала t=280°. При более высокой температуре начинается разупрочнение цементованных поверхностей во внутренней полости шарошки. Предпочтительным, и наиболее производительным, способом нанесения защитного протектора является детонационное напыление. Это процесс, при котором для разогрева и разгона порошкообразного материала используется энергия газового взрыва. В пушку, заполненную газовой смесью ацетилена и кислорода, впрыскивается напыляемый порошок, и электрической искрой возбуждается детонация. При температуре (до t=4000°C), со скоростью до 1000 м/с, разогретые до плавления частицы порошка попадают на поверхность детали. При этом за счет удара обеспечивается адгезия и порошок соединяется с поверхностью детали, образуя разовый слой. Увеличение толщины слоя армирования достигается серией пушечных выстрелов. Положение пушки в направлении радиуса шарошки достигается совместными перемещениями шарошки и пушки, обеспечиваемыми манипуляторами с программным управлением. Единичный цикл напыления производится очень быстро, в течение долей секунды. Поэтому производительность при нанесении заданной толщины достаточно велика, а шарошка успевает нагреться лишь на t=60÷80°C.

Нанесенный слой защитного материала протектора должен быть достаточно прочным для защиты колонны и долота при спуске, и в то же время, после достижения долотом забоя, многотонном нагружении долота и приложении к нему момента вращения, протектор должен достаточно быстро и легко разрушаться. С этой целью, для регулирования адгезии может применятся нанесение на тело шарошки промежуточного подслоя, толщиной несколько микронов, с малым коэффициентом трения, способствующим более полному отставанию всего сослужившего свою службу материала протектора от поверхности шарошки уже в первое время после начала бурения. В качестве материалов для подслоя могут применяться, например, порошки никеля, хрома, меди и др.

Техническим результатом применения предлагаемого долота, состоящего из корпуса с присоединительной к буровой колонне резьбой, с каналом для промывочной жидкости, с цапфой лапы и подвижно закрепленной на ней одной шарошкой с промывочными каналами и породоразрушающими элементами на ее поверхности, является временная защита долота и бурильной колонны с помощью протектора, нанесенного на всю поверхность шарошки, оснащенную породоразрушающими элементами, методом детонационного напыления, слоем, превышающим высоту выступания породоразрушающих элементов над поверхностью шарошки.

На чертеже представлено предлагаемое одношарошечное буровое долото. Позицией 1 обозначен корпус, позицией 2 - цапфа лапы, 3 - корпус шарошки, 4 и 5 - шариковый радиальный и шариковый упорный подшипники соответственно, 6 - подшипники скольжения, 7 - породоразрушающие элементы, 8 - промывочный канал в корпусе долота, 9 - присоединительная резьба к колонне труб, 10 - промывочные каналы в корпусе шарошки, 11 - защитный протектор, наносимой детонационным напылением, 12 - сопло пушки для детонационного напыления. Стрелками обозначены направления перемещения сопел и вращения шарошки.

Равномерная толщина проектора обеспечивается, после экранирования промывочных каналов на шарошке, на собранном долоте, корпус которого закреплен в манипуляторе, например, с помощью присоединительной резьбы, таким образом, чтобы разместить его на необходимом расстоянии, оптимальном для напыления пушкой. Манипулятор (не показан) обеспечивает одновременный поворот шарошки вокруг ее оси и перемещение сопел пушки вдоль образующей поверхности шарошки.

Эффективная зашита вооружения одношарошечных долот позволяет увеличить стойкость вооружения, снизить износ обсадных колонн.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №6436614, кл. E21B, 9/35 от 25.03.78. «Протектор бурового долота».

2. Авторское свидетельство №643614, кл. E21B, 9/35 от 25.03.79. «Протектор одношарошечного долота».

Одношарошечное буровое долото, состоящее из корпуса с цапфой лапы для размещения опоры, резьбой для присоединения к бурильной колонне, каналом для промывочной жидкости и подвижно закрепленной на подшипниковой опоре шарошки с каналами на ее наружной поверхности для прохода промывочной жидкости и породоразрушающими элементами, отличающееся тем, что вся поверхность шарошки, оснащенная породоразрушающими элементами, покрыта защитным протектором, нанесенным методом детонационного напыления, толщиной, превышающей высоту выступания элементов над телом шарошки, причем поверхность шарошки под защитным протектором имеет промежуточный подслой с коэффициентом трения меньшим, чем у материала шарошки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в технологии производства буровых 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, 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 устройствам для бурения скважин с использованием шарошечных долот. .

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин. .

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

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 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.

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Шарошечное долото содержит корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками, и узел принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, выполненный в виде взаимодействующих между собой зубчатых венцов, выполненных на цапфе и шарошке. При этом обращенные один к другому торцы шарошки и цапфы выполнены с осевыми каналами, а устанавливаемые в них съемные элементы имеют Т-образную форму, при этом, по меньшей мере, между торцом хвостовика одного съемного элемента и дном осевого канала размещена пружина. Применение предложенного долота повышает эффективность его работы, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Шарошечное долото содержит корпус с наклонной цапфой, выполненной с кольцевой проточкой средней части, и установленную на цапфе посредством замковых пальцев и подшипников скольжения шарошку с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения цапфы. Для повышения эффективности работы долота, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым, путем разрушения образующейся на забое «породной рейки» торец кольцевой проточки со стороны основания цапфы выполнен с радиальными пазами для взаимодействия с концевыми участками замковых пальцев, причем длина дуги между замковыми пальцами выбрана равной длине дуги между радиальными пазами на торце проточки. При этом замковые пальцы выполнены ступенчатой формы, ступени большего диаметра которых оснащены износостойкими вставками. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению корпуса бурового инструмента. Порошковую смесь, содержащую твердые частицы, частицы металлической матрицы и органический материал, инжектируют в полость пресс-формы, уплотняют порошковую смесь для формования неспеченного корпуса и спекают до заданной конечной плотности для формирования, по меньшей мере, части корпуса бурового инструмента. Неспеченный корпус содержит множество твердых частиц, множество частиц металлической матрицы и органический материал, включающий производные длинноцепочной жирной кислоты, при этом форма неспеченного корпуса соответствует форме корпуса бурового инструмента. Обеспечивается получение крупногабаритных изделий с высокими допусками на размеры из материалов, стойких к истиранию и эрозии. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к шарошечным буровым долотам. Технический результат заключается в защите кромки затылка ноги шарошечного долота. Шарошечное буровое долото содержит корпус, ногу, опорный вал, шарошку, по меньшей мере одну предварительно сформированную пластину из твердого материала с нижней поверхностью и адгезивный материал, прикрепляющий нижнюю поверхность пластины из твердого материала к поверхности ноги, главным образом согласованной с нижней поверхностью пластины из твердого материала. 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к шарошечным долотам для вращательного бурения. Технический результат заключается в защите кромки затылка лапы долота. Шарошечное долото для вращательного бурения содержит корпус; лапу с кромкой поверхности; вал подшипника, выходящий из лапы; конус, установленный на валу подшипника; по меньшей мере одну предварительно сформированную твердосплавную пластину, содержащую кромку и нижнюю поверхность; и связующее вещество, присоединяющее нижнюю поверхность твердосплавной пластины к, по существу, соответствующей поверхности лапы, причем кромка твердосплавной пластины ограничивает, по меньшей мере, часть поверхности кромки лапы. 18 з.п. ф-лы, 25 ил.
Наверх