Буровое шарошечное долото
Изобретение относится к шарошечным долотам для бурения скважин. Долото включает лапы со смонтированными на них шарошками и продувочными каналами. В продувочных каналах установлены обратные клапаны, состоящие из защитного корпуса и подпружиненной направляющей. Обратный клапан снабжен трубчатым элементом из эластичного материала. При этом запорный орган выполнен с продольными пазами на наружной поверхности. Продольные пазы перекрыты в исходном положении трубчатым элементом. Нижняя часть направляющей и контактирующая с ней часть трубчатого элемента выполнены в виде конуса. При этом часть трубчатого элемента ниже конического участка образована двумя полуцилиндрическими участками. Эти участки прилегают один к другому плоскими гранями, которые зафиксированы в исходном положении пружинным кольцом. Выходная часть трубчатого элемента выполнена в виде конического раструба. Такое выполнение долота гарантирует надежную герметизацию его ниппельной полости за счет выполнения обратного клапана с трубчатым элементом специальной конструкции. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин с очисткой забоя скважин газообразным агентом.
Известно буровое шарошечное долото для бурения скважин с очисткой забоя скважин газообразным агентом, включающее лапы с ниппельной частью и каналами для продувочных сопел с установленными в них шламозащитными запорными органами в виде усеченного конуса из эластично материала, соединенными с корпусом долота пружиной растяжения (см. авт. св. СССР №1492018, Е21В 27/00, 1989 г.).
Недостатком этого долота является возможность выхода запорного органа и пружины за пределы корпуса долота во время работы, что приводит к повреждению шламозащитного органа обратным потоком очистного агента, особенно при наличии абразивных частиц. Это приводит к износу контактной поверхности шламозащитного органа со стенками сопла и, как следствие этого, к разгерметизации запорного органа.
Наиболее близким к предложенному долоту по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы со смонтированными на них шарошками и продувочными каналами, в которых установлены обратные клапаны, состоящие из защитного корпуса и подпружиненной в осевом направлении направляющей (см. патент РФ №2098596, кл. Е21В 10/60, 1997 г.).
Основным недостатком данного долота является малая эффективность его работы из-за низкой надежности обратного клапана, особенно при бурении по абразивным породам на форсированных режимах с использованием высокопроизводительного компрессорного оборудования. Связано это с усиленным износом контактной поверхности направляющей с седлом защитного корпуса, приводящим к образованию канавок на их контактной поверхности и проникновению через них шлама, особенно при проходке водоносных горизонтов.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет улучшения надежности работы обратного клапана.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающее лапы со смонтированными на них шарошками и продувочными каналами, в которых установлены обратные клапаны, состоящие из защитного корпуса и подпружиненной в осевом направлении направляющей, согласно изобретению, обратный клапан снабжен трубчатым элементом из эластичного материала, при этом направляющая выполнена с продольными пазами на наружной поверхности, перекрытыми в исходном положении трубчатым элементом.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- нижняя часть направляющей и контактирующая с ней средняя часть трубчатого элемента выполнены в виде конуса;
- трубчатый элемент ниже конической части образован двумя полуцилиндрическими участками, прилегающими один к другому плоскими гранями, которые зафиксированы в исходном положении пружинным кольцом;
- выходная часть трубчатого элемента выполнена в виде конического раструба.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота, на фиг.2 - продольный разрез обратного клапана в исходном положении; на фиг.3 - то же, в рабочем положении, на фиг.4, 5 и 6 - сечение А-А на фиг.3 (варианты выполнения запорного органа), на фиг.7 - вид Б на фиг.3, на фиг.8 - сечение В-В на фиг.2.
Буровое шарошечное долото включает лапы 1 с присоединительным ниппелем 2, смонтированными на них шарошками 3. В лапах 1 выполнены каналы 4 для подачи в опоры шарошек 4 смазывающего и охлаждающего агентов и продувочные каналы 5. В последних установлены обратные клапаны 6, состоящие из защитного корпуса 7 и подпружиненного пружиной сжатия 8 в осевом направлении направляющей 9. Обратный клапан снабжен трубчатым элементом 10 из эластичного материала, предохраняющим совместно с направляющей 9 попадание шлама в полость защитного корпуса 7 и полость опоры шарошек 3. Нижняя часть направляющей 9 и контактирующая с ней средняя часть 16 трубчатого элемента 10 выполнены в виде конуса. При этом трубчатый элемент 10 ниже конической части образован двумя полуцилиндрическими участками 11, прилегающими обращенными один к другому плоскими гранями 12 и зафиксированными в исходном положении любым известным способом, например, стопорным пружинным разрезным кольцом 13 или кольцевой пружиной растяжения (не показано). Выходная часть трубчатого элемента 10 выполнена в виде конического раструба 14, предохраняющего в процессе работы стопорное кольцо 13 от выпадения. Направляющая 9 обратного клапана 6 выполнена с продольными пазами 15 на наружной поверхности, перекрытыми в исходном (транспортном) положении трубчатым элементом 10 и предназначенными для прохода очистного агента. При этом благодаря различной форме продольных пазов 15 (см. фиг.4, 5 и 6) можно широко варьировать и схемой очистки забоя от шлама в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород и типоразмера долот. В верхней части запорного органа 9 расположен диск 24 с каналами 17 и направляющими выступами 18, обеспечивающими сохранность заданной схемы очистки забоя от шлама. Выступы 18 диска 24 размещают в пазах 19 на внутренней поверхности защитного корпуса 7, закрепленного в канале лапы 1 стопорным элементом, например, штифтом 20, установленным в совмещенных радиальных каналах 21 и 22 соответственно лапы 1 и защитного корпуса 7. Подпружиненная направляющая 9 зафиксирована от перемещения вверх пружинным разрезным стопорным кольцом 23, устанавливаемым в кольцевой расточке защитного корпуса 7.
В процессе бурения поток газообразного агента, в котором могут быть распылено смазывающе-охлаждающее вещество (например, масло), проходит через ниппель 2, продувочные каналы 5, каналы 17 диска 24, продольные пазы 15 и поступает в полость обратного клапана 6. При этом под действием нисходящего потока сжатого воздуха направляющая 9 перемещается вниз и, воздействуя своим коническим торцом на конический участок 16 эластичного трубчатого элемента 10, растягивает его, образуя канал для подачи очистного агента на забой. Одновременно разжимается и кольцо 13, служащее дополнительным запором для трубчатого элемента 10. Необходимость использования дополнительного стопорного кольца связано с потерей эластичных свойств трубчатого элемента 10 в процессе работы. В связи с этим усилия эластичного трубчатого элемента 10 бывает недостаточно для надежной герметизации полости защитного корпуса 7. В процессе работы долота эластичный трубчатый элемент 10 удерживается в раскрытом положении направляющей 9, которая выходит за нижний торец трубчатого элемента 10.
В случае отключения источника подачи сжатого воздуха направляющая 9 под действием пружины 8 поднимается вверх, трубчатый элемент 10 охлопывается, принимая первоначальную форму (см. фиг.2) и перекрывая доступ шлама в ниппельную полость долота, а следовательно, и в его опоры. При этом частицы шлама, попавшие между плоскими гранями 12, утапливаются в эластичном материале и контактирующие плоскости 12 плотно прилегают одна к другой под воздействием как сил упругости материала, так и под действием пружинного кольца 13. При бурении по водоносным горизонтам этому способствует также и гидростатическое давление столба жидкости, находящейся в скважине.
При износе обратного клапана или его элементов они могут быть легко заменены запасными непосредственно на буровой.
Применение предложенного долота позволяет повысить эффективность буровых работ.
1. Буровое шарошечное долото, включающее лапы со смонтированными на них шарошками и продувочными каналами, в которых установлены обратные клапаны, состоящие из защитного корпуса и подпружиненной в осевом направлении направляющей, отличающееся тем, что обратный клапан снабжен трубчатым элементом из эластичного материала, при этом направляющая выполнена с продольными пазами на наружной поверхности, перекрытыми в исходном положении трубчатым элементом.
2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть направляющей и контактирующая с ней средняя часть трубчатого элемента выполнены в виде конуса.
3. Буровое шарошечное долото по п.2, отличающееся тем, что трубчатый элемент ниже конической части образован двумя полуцилиндрическими участками, прилегающими один к другому плоскими гранями, которые зафиксированы в исходном положении пружинным кольцом.
4. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что выходная часть трубчатого элемента выполнена в виде конического раструба.
