Буровое долото с промывочным узлом



Буровое долото с промывочным узлом
Буровое долото с промывочным узлом
Буровое долото с промывочным узлом
Буровое долото с промывочным узлом
Буровое долото с промывочным узлом

 


Владельцы патента RU 2489564:

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

Изобретение относится к буровым долотам. Обеспечивает повышение надежности и долговечности бурового долота со сменными промывочными узлами. Буровое долото включает корпус с присоединительной резьбой к бурильной колонне, породоразрушающие элементы, каналы для подвода к забою промывочной жидкости, гнезда на выходе из каналов для размещения износостойких насадок с герметизирующими и стопорными элементами. Торец гнезда под насадку выполнен с кольцевым защитным заглублением вершины насадки. Боковая цилиндрическая поверхность гнезда выполнена с кольцевым фигурным пазом для размещения эластичного уплотнительного кольца круглого сечения, сужающимся к выходу под острым углом α=12÷20° к оси гнезда, на выходе из которого выполнена резьба для установки поджимной гайки и стопорной контргайки с элементами для поворота в гнезде и центральными отверстиями для прохода промывочной жидкости. 5 ил.

 

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к инструменту для бурения скважин в нефтегазовой отрасли.

Известно буровое долото с промывочным узлом [1], принятое за аналог, содержащее насадку из износостойкого материала, закрепленную в отверстии гнезда на корпусе лапы с направлением исходящей из нее струи промывочной жидкости в свободное пространство поверхности забоя между соседними шарошками. Гнездо под насадку соединено каналом с внутренней полостью долота, откуда вначале во внутреннюю полость насадки с профилем, формирующем форму струи, а затем через затрубное пространство, заполненное промывочной жидкостью, поток попадает на поверхность забоя, барботирует шлам разрушенной породы, отрывает его от забоя и уносит по затрубному пространству на верх скважины для очистки и новой подачи насосами на забой.

На стенке гнезда под насадку выполнен паз прямоугольной формы для установки эластичного уплотнительного кольца, с внутренним диаметром меньшим наружного диаметра насадки и наружным диаметром равным или несколько большим, чем наружный диаметр гнезда прямоугольного сечения. За счет эластичных свойств кольцо охватывает насадку при ее проталкивании сквозь установленное в пазу уплотнительное кольцо. Чтобы удержать насадку от выпадения при высоком давлении промывочной жидкости, перед выходом из гнезда в его стенке выполнен кольцевой полупаз полукруглого сечения и ответный ему полупаз полукруглого сечения на наружной поверхности тела насадки.

При установке насадки происходит совмещение двух полупространств на стенке гнезда и на поверхности насадки, при этом образуется торовидная кольцевая поверхность. В теле прилива под насадку на теле лапы сверлится круглое отверстие, ось которого совпадает с кольцевой осью получившегося торовидного кольцевого пространства. Через отверстие в приливе в торовидное пространство вводится стержень в виде гвоздя из мягкого материала, который является стопором от вылета насадки из гнезда во время бурения. Насадка может выпасть из гнезда во время бурения, только срезав половину профиля по всей длине гвоздя, введенного в торовидное пространство. При необходимости замены диаметра выходного сечения насадки по условиям бурения, гвоздь вынимается за шляпку.

После замены размера по диаметру, новая насадка вставляется на место вынутой, гвоздь распрямляется и забивается вокруг насадки снова. Эластичное резиновое кольцо может меняться при необходимости.

Этот вариант бурового долота с насадкой для промывочного сопла достаточно широко используется отечественными и зарубежными долотными фирмами для производства шарошечных долот. Однако в алмазных стальных долотах PDC и матричных такая схема крепления и уплотнения промывочных насадок практически не применяется. Это связано и с конструктивными, и с технологическими неудобствами, поскольку многочисленные промывочные отверстия с твердосплавными насадками чаще всего располагаются на выпуклых поверхностях корпуса с заглублением между лопастями, с разными расстояниями и наклонами относительно оси долота. Для сотен серийно выпускаемых алмазных типоразмеров долот необходима разработка тысяч индивидуальных программ для выполнения индивидуальных промывочных узлов. Это обстоятельство заставило изыскивать другие, более удобные варианты.

Известно другое буровое долото с промывочным узлом [2], также принятое за аналог, в котором в качестве стопорного устройства используется стальное пружинное разжимное кольцо, устанавливаемое в кольцевую проточку на стенке отверстия-гнезда под насадку, часть торцевой поверхности кольца входит в паз-проточку, а часть выступает внутрь диаметра гнезда и препятствует вылету насадки во время бурения. Существуют два варианта установки стопорного разжимного кольца. Первый вариант - стопорное кольцо устанавливается в паз-проточку гнезда ниже цельной насадки. Второй вариант - стопорное кольцо при монтаже устанавливается в проточку на самой насадке, сжимается с помощью «усиков» специальными плоскогубцами с выступами под отверстия усиков. Насадка вместе со сжатым кольцом вставляется в гнездо в лапе, и стопорное кольцо освобождается от сжатия, когда оно совпадает с шириной паза под кольцо на стенке гнезда под насадку. Смена размера отверстия насадок, необходимая по гидравлическим расчетам, производится в обратном порядке - вначале сжимается стопорное кольцо, а потом насадка выталкивается из гнезда. Схема установки уплотнительного эластичного кольца такая же, как и в предыдущем аналоге. В случае необходимости это кольцо может меняться вместе с насадкой.

Недостатки обоих вариантов следующие. Технологически сложно выполнить закалку колец - недокаленные не возвращаются в исходное положение после сжатия, перекаленные могут быть слишком хрупкими и ломаются при смене насадки. Поэтому замена насадок в полевых условиях, особенно зимних, затруднительна. Кроме того, в бурении при высоких давлениях на стояке насадки воздействуют на стандартные тонкие стопорные кольца, разгибают их по диаметру, изгибают их по толщине и постепенно выдавливают насадки на забой вместе со стопорными кольцами.

Известно другое буровое долото с промывочным узлом [3], принятое за прототип. В этом долоте используются цельные твердосплавные насадки, закрепляемые в гнездах на корпусе с помощью резьбы на их боковой поверхности. На торце насадки предусмотрен паз под ключ, а в верхней части - проточка для установки эластичного уплотнительного кольца.

Достоинство этого варианта в том, что смена насадок при необходимости происходит просто - насадка вывинчивается из гнезда обычным ключом, а новая, с другим диаметром выходного отверстия, этим же ключом заворачивается. К недостаткам относится трудность изготовления, особенно выполнение мелкой самотормозящей резьбы по твердому сплаву. Из-за сильных вибраций бурильной колонны нередки случаи произвольного выкручивания насадок и попадания их на забой, приводящие к аварии. Встречаются случаи разгерметизации и размыва стенок каналов в зоне установки промывочных насадок из-за недостаточно плотного прижима эластичных уплотнительных колец к торцу гнезда под насадку.

Целью данного изобретения является создание надежного варианта бурового долота с насадками для промывочных узлов и простого технологически.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности бурового долота со сменными промывочными узлами. Этот результат достигается тем, что в долоте с промывочным узлом, включающем корпус с присоединительной резьбой к бурильной колонне, породоразрушающие элементы, каналы для подвода к забою промывочной жидкости, гнезда на выходе из каналов для размещения износостойких насадок с герметизирующими и стопорными элементами, в котором торец гнезда под насадку выполнен с кольцевым защитным заглублением а вершины насадки, его боковая цилиндрическая поверхность выполнена с кольцевым фигурным пазом для размещения эластичного уплотнительного кольца круглого сечения, сужающимся к выходу под острым углом α=12÷20° к оси гнезда, на выходе из которого выполнена резьба для установки поджимной гайки и стопорной контргайки с элементами для поворота и разворота гаек в гнезде, а также центральными отверстиями для прохода промывочной жидкости.

Поскольку выход из подводящего канала расположен ниже входа в насадку и металл корпуса, окружает вершину насадки, защищая ее, стойкость узла от размыва повышается. Чтобы еще больше замедлить возможность размыва и вылета насадки на забой, на боковой цилиндрической поверхности гнезда выполнен фигурный паз для размещения эластичного уплотнительного кольца, преимущественно круглого сечения, сужающийся на конус с острым углом α=12÷20° к оси гнезда. Это обеспечивает при большем давлении промывочной жидкости гарантию повышения уплотнения. Чем больше давление, тем глубже в сужающееся коническое пространство сдвигается уплотнительное эластичное кольцо и тем надежнее становится уплотнение.

Угол α=12÷20° установлен экспериментально. Именно в таких пределах угла дополнительное уплотнение возникает наиболее эффективно.

Стопорный узел представлен в виде резьбы, предпочтительно самотормозящей, на выходе из гнезда и двух гаек - поджимающей и стопорной контргайки с центральными отверстиями для прохода промывочной жидкости. Этот узел обеспечивает полную гарантию фиксации насадки в промывочном узле в течение всего времени работы долота, надежность и легкость замены насадки при возникновении необходимости в бурении. Для удобства свинчивания и развинчивания гаек поодиночке (разом две гайки не отворачиваются теоретически), каждая из гаек снабжена сквозными отверстиями в теле или открытыми снаружи пазами под выступы торцевых ключей. При замене насадки сначала отворачивается верхняя, стопорная контргайка с помощью ударной нагрузки на рукоятку торцевого ключа, а затем также отворачивается нижняя поджимающая гайка.

Перечень фигур чертежей

На фигуре 1 представлен вид бурового долота PDC с насадками для промывочных узлов.

На фигуре 2 представлено сечение узла А-А по оси промывочного узла.

На фигуре 3 представлен контур сечения корпуса по А-А.

На фигуре 4 представлен вариант поджимающей гайки.

На фигуре 5 представлен вариант стопорной гайки.

На фигуре 1 позициями обозначены: 1 - корпус долота PDC, 2 - лопасть, 3 - породоразрушающие зубья, 4 - промывочные узлы на корпусе 1.

На фигуре 2 позициями обозначены: 5 - подводной канал для промывочной жидкости из внутренней полости долота к промывочному гнезду 6; 7 - кольцевое защитное заглубление для вершины насадки 8; 9 - кольцевой фигурный паз для эластичного уплотнительного кольца 10 на боковой стенке гнезда 6; 11 - поджимная резьбовая гайка, 12 - стопорная контргайка, 13 - резьба на входе в гнездо 6 для гаек 11 и 12; 14 - вариант поджимной гайки со сквозными отверстиями 15 для выступов торцевого ключа и центральным отверстием 16; 17 - вариант стопорной гайки со сквозными пазами 18 для торцевого ключа и центральным отверстием 19.

Результаты промысловых испытаний образцов предлагаемых буровых долот подтверждают их значительное преимущество по стойкости и упрощенной замене насадок в полевых условиях.

Источники информации

1. Патент США №3084751 С1, 175-340 «Насадка бурового долота» (аналог).

2. Композит - каталог фирмы «Варел» (США), 1995, стр.14 (аналог).

3. Каталог ОАО «Волгабурмаш» (РФ), 2003, стр.34 (прототип).

Буровое долото с промывочным узлом, включающее корпус с присоединительной резьбой к бурильной колонне, породоразрушающие элементы, каналы для подвода к забою промывочной жидкости, гнезда на выходе из каналов для размещения износостойких насадок с герметизирующими и стопорными элементами, отличающееся тем, что торец гнезда под насадку выполнен с кольцевым защитным заглублением вершины насадки, его боковая цилиндрическая поверхность выполнена с кольцевым фигурным пазом для размещения эластичного уплотнительного кольца круглого сечения, сужающимся к выходу под острым углом α=12÷20° к оси гнезда, на выходе из которого выполнена резьба для установки поджимной гайки и стопорной контргайки с элементами для поворота в гнезде и центральными отверстиями для прохода промывочной жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин в пластах с повышенным содержанием газа, где процесс бурения часто сопровождается микровыбросами.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин в пластах с повышенным содержанием газа, где процесс бурения часто сопровождается микровыбросами.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к коронкам для бурения скважин по угольным выбросоопасным пластам. .

Изобретение относится к буровой технике и может использоваться в компоновке бурильного инструмента в качестве устройства для воздействия промывкой на забой скважины.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам режущего типа, и обеспечивает повышение эффективности работы бурового долота за счет улучшения очистки забоя от шлама.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин и шпуров преимущественно по выбросоопасным пластам. .

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин и шпуров при гидравлическом оттаивании мерзлых пород. .

Изобретение относится к коронкам, предназначенным для бурения, преимущественно, по мерзлым породам. .

Изобретение относится к коронкам, предназначенным для бурения скважин с отбором керна по трещиноватым и перемежающимся по твердости породам при разведке месторождений на твердые полезные ископаемые и воду.

Изобретение относится к колонковому бурению со съемным керноприемником, при котором трубчатое долото с кольцеобразной матрицей на одном конце трубчатой бурильной колонны приспособлено для отделения керна, который поднимается вверх через ствол скважины внутри бурильной колонны с помощью каната.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к долотам для бурения

Изобретение относится к промывочным узлам буровых долот

Изобретение относится к буровым коронкам, армированным природными и искусственными алмазами для бурения глубоких скважин. Обеспечивает увеличение механической скорости бурения, стойкости коронки, повышение сохранности керна. Алмазная ступенчатая буровая коронка включает алмазосодержащую с пилотом матрицу, разделенную торцевыми, внутренними и наружными боковыми, наклонными и дополнительными цилиндрическими промывочными каналами на секторы и корпус с наружной кольцевой проточкой. Дополнительные цилиндрические промывочные каналы, выходящие в торцевые промывочные каналы, расположены перпендикулярно рабочему торцу коронки и смещены по радиусу к периферии пилота матрицы, а диаметр дополнительного цилиндрического канала определяется по установленной зависимости, при этом суммарная площадь поперечных сечений внутренних боковых промывочных каналов коронки находится из расчетного соотношения. Кроме того, входные кромки дополнительных цилиндрических каналов выполнены коническими с острым углом при вершине конуса, а наклонные промывочные каналы выполнены с переменной емкостью, увеличивающейся в сторону наружной кольцевой проточки корпуса коронки. 2 ил.

Изобретение относится к инструменту для бурения скважин. Промывочный узел для бурового долота включает каналы для подвода к забою промывочной жидкости, гнезда на выходе из каналов для размещения износостойких насадок с герметизирующими и стопорными элементами. Стопорный элемент выполнен в виде штифта, один конец которого имеет резьбу и завинчен в ответное отверстие в корпусе в зоне стенки гнезда под торцевым уступом насадки, запирая ее. Другой конец штифта выступает из отверстия и загнут до поверхности упорного паза на поверхности корпуса под углом α>25°. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности бурового долота со сменным промывочным узлом. 6 ил.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Обеспечивает повышение надежности и эффективности работы долота, упрощение монтажа и демонтажа промывочного узла. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную там посредством стопорного разрезного кольца, размещенного в кольцевой расточке гнезда. Промывочный узел снабжен фиксаторами в виде стержней ступенчатой формы, при этом насадка выполнена с продольными ступенчатыми пазами на боковой поверхности для размещения фиксаторов, высота большей ступени которых меньше высоты ступени паза насадки большего размера, причем в рабочем положении ступени стержней меньшего размера установлены с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью стопорного разрезного кольца. 2 ил.

Группа изобретений относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Обеспечивает повышение надежности и эффективности работы всего долота. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную там посредством стопорного разрезного кольца, размещенного в кольцевой расточке гнезда. Промывочный узел снабжен фиксаторами в виде стержней ступенчатой формы и дополнительным кольцом с осевыми каналами, при этом дополнительное кольцо размещено между нижним торцом насадки и верхним торцом стопорного разрезного кольца. По первому варианту насадка выполнена с глухими осевыми каналами, совмещенными с осевыми каналами дополнительного кольца и предназначенными для размещения фиксаторов, установленных в исходном положении заподлицо с нижним торцом дополнительного кольца и удерживаемых в таком положении посредством легкоплавкого материала. По второму варианту насадка выполнена с глухими осевыми каналами для размещения фиксаторов, которые в рабочем положении совмещены с осевыми каналами дополнительного кольца, а в исходном положении они смещены одни относительно других в окружном направлении и подпружинены в осевом направлении. 1 ил., 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Обеспечивает повышение надежности и эффективности работы всего долота. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную там посредством стопорного разрезного кольца, размещенного в кольцевой расточке гнезда. Промывочный узел снабжен дополнительным разрезным кольцом, имеющим в продольном сечении ступенчатую форму, при этом дополнительное разрезное кольцо размещено между нижним торцом насадки и верхним торцом стопорного разрезного кольца с возможностью контакта в рабочем положении наружной поверхностью ступени меньшего диаметра с внутренней поверхностью стопорного кольца. 1 ил.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Обеспечивает повышение надежности и эффективности работы долота. Промывочный узел бурового шарошечного долота с центральной промывочной системой содержит корпус с каналом и гнездом, в котором посредством резьбовой втулки закреплена насадка с уплотнительным элементом и жестко соединенным с ней узлом передачи крутящего момента. Узел передачи крутящего момента образован наклонными пазами, выполненными на внутренней поверхности насадки, при этом направление пазов совпадает с направлением резьбы крепежной втулки, насадка и втулка выполнены с ответными выступами и впадинами на контактирующих поверхностях для передачи крутящего момента, а число пазов соответствует числу шарошек, при этом пазы направлены в межшарошечное пространство и выполнены коноидальной формы. 2 ил.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Обеспечивает повышение надежности и эффективности работы промывочного узла и всего долота. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную там посредством стопорного разрезного кольца, размещенного в кольцевой расточке гнезда. Промывочный узел снабжен фиксаторами в виде стержней ступенчатой формы. Насадка и гнездо под нее выполнены ответной 2-ступенчатой формы, при этом нижняя ступень насадки по всей высоте боковой поверхности имеет продольные пазы ступенчатой формы для размещения фиксаторов. В рабочем положении ступени стержней меньшего размера установлены с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью стопорного разрезного кольца. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Обеспечивает повышение эффективности работы всего долота, упрощение монтажа и демонтажа промывочного узла. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную там посредством стопорного разрезного кольца, размещенного в кольцевой расточке гнезда. По первому варианту промывочный узел снабжен дополнительными уплотнительными элементами и фиксаторами для разрезного кольца, выполненными в виде стержней ступенчатой формы, причем насадка выполнена со ступенчатыми осевыми сквозными каналами под стержни, высота которых не более высоты насадки, при этом дополнительные уплотнительные элементы размещены на стержнях фиксатора под ступенями их большого диаметра. По второму варианту промывочный узел снабжен фиксаторами для разрезного кольца, выполненными в виде стержней ступенчатой формы, при этом насадка выполнена с осевыми сквозными каналами под ступени стержня меньшего диаметра, а ступени стержней большего диаметра размещены в кольцевой расточке, выполненной на дне гнезда оппозитно осевым каналам насадки. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх