Долговечное долото для бурения взрывных скважин в твердой породе (варианты)

Группа изобретений относится к долотам для твердых пород для бурения взрывных скважин. Долото содержит: корпус долота, имеющий присоединительное устройство, выполненное на его верхнем конце, множество расположенных ниже лап, купол, выполненный между лапами, и канал, выполненный проходящим сквозь присоединительное устройство и купол; множество юбок, причем каждая юбка закрывает зазор, выполненный между смежными лапами, и каждая юбка закреплена на кромках смежных лап; множество конических шарошек, причем каждая вращающаяся шарошка закреплена свободно вращающейся на соответствующем валу подшипника соответствующей лапы; ряд калибрующих режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; ряд внутренних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; один или более передних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; и центральную форсунку, прикрепленную в канале. Центральная форсунка содержит: дроссельную диафрагму, содержащую множество окон или единственное окно с множеством ответвляющихся участков, причем каждое окно или каждый ответвляющийся участок направлен на стык между смежными коническими шарошками, и запорный обратный клапан, выполненный с возможностью открывания в ответ на нагнетание бурового раствора вниз в канал и закрывания для блокирования потока вверх через канал. Каждый резец является вставным штырем. Внутренняя и наружная поверхности каждой юбки продолжаются прямо через соответствующий зазор, или каждая юбка является дугообразной и проходит по криволинейному пути поперек соответствующего зазора так, что на видe снизу долота для твердых пород площадь, занимаемая юбками и калибрующими рабочими поверхностями шарошек, напоминает круг. Технический результат заключается в повышении долговечности долота. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники [1] Настоящее изобретение в общем относится к долговечному долоту для твердых пород для бурения взрывных скважин.

Уровень техники

[2] В патенте CN 2475815 раскрыто шарошечное долото, в частности, гидравлическая конструкция для трехшарошечного долота, которое включает в себя три лапы шарошек. Верхние части трех лап шарошек объединены в одно целое, нижний конец каждой лапы шарошек снабжен шарошкой, и средняя часть нижней части корпуса долота снабжена центральным соплом. Периферия корпуса долота между лапами шарошек снабжена грязесъемным блоком, который снабжен соплом обратной кромки с отверстием для направления струи вверх. Вспомогательное сопло может также быть расположено по направлению окружности центрального сопла. Долото эффективно улучшает поле потока на забое скважины и улучшает удаление горной породы основной струей для улучшения скорости бурения скважины, что уменьшает итоговые затраты на бурение скважины.

[3] Патент CN 203463013 раскрывает трехшарошечное долото, включающее в себя основной корпус долота и лапы шарошек долота, которые расположены на основном корпусе долота; шарошки долота расположены на лапах шарошек долота; спинка лапы шарошки долота снабжена системой компенсации давления с запасом смазочного материала; средняя часть основного корпуса долота снабжена центральным промывочным каналом; один конец центрального промывочного канала, который расположен вблизи шарошки долота, снабжен сменным твердосплавным соплом. Держатель твердосплавного сопла, который расположен в центре промывочного канала трехшарошечного долота, является удобным для станочной обработки, твердосплавное сопло является удобным для замены, можно производить замену твердосплавными соплами с отличающимися диаметрами согласно условиям работы, и соответственно персонал может успешно выполнять бурение скважины, используя гидравлическую энергию бурового раствора; пространство отводящего вверх шлам канала потока, который выполнен станочной обработкой, является достаточным и, соответственно, шлам может подниматься, и механическая скорость бурения может быть улучшена; система компенсации давления с запасом смазочного материала выполнена на спинке лап шарошек долота и, соответственно, расстояние до подшипника является небольшим и компенсация с помощью консистентной смазки является синхронной, и при этом система компенсации давления с запасом смазочного материала и уплотнения подшипников является интегральной и эффективной, и, соответственно, эксплуатационный ресурс трехшарошечного долота может быть значительно продлен.

[4] Патент RU 2222683 раскрывает шарошечное долото, включающее в себя рычаги, образующие корпус долота, шарошки, установленные в подшипниковых узлах и сопло с конической внутренней гидравлической трубой, установленной в центральном отверстии корпуса. В стенке сопла выполнено шесть продольных шлицов. Три одинаковых шлица с большими площадями выпускных сечений, которые расширяются по длине от центра к периферии шарошечного долота расположены через равные интервалы и направлены строго в пространства между шарошками, и три равных шлица в форме пазов с меньшими площадями выпускных сечений имеют идентичную ширину и направлены с наклоном к поверхностям шарошек, и их осевые линии в плане смещены относительно осевых линий шарошек в направлении вращения долота на угол альфа=15/25 градусов. Суммарные площади выпускных сечений больших и меньших шлицов имеют следующее соотношение SigmaFl.a/SigmaFs.a=(2,0/3,5), где SigmaFl.a и SigmaFs.a суммарные площади выпускных сечений больших и меньших шлицов, в кв.мм.

[5] Патент US 3,439,757 раскрывает скважинное бурильное устройство для предотвращения чрезмерного ухода текучей среды в пласт, одновременно поддерживающее шарошки долота свободными от выбуренной породы. Данное устройство включает в коаксиально расположенные бурильные трубы, поточно соединенные с переводником, где переводник имеет разрушающее породу долото, прикрепленное к его подвешенному снизу концу. Переводник и долото включают в себя продольно проходящие каналы, при этом один такой канал проходит по центру через переводник и долото и находится в сообщении с насосно-компрессорной трубой, установленной в бурильных трубах, а остальные каналы выполнены радиально с возможностью сообщения с кольцевым пространством бурильных труб. Цилиндрическая подвешенная снизу юбка жестко прикреплена к переводнику и свисает вниз вблизи бурового долота, при этом заключая в себе хвостовик бурового долота. Перегородка в виде тарельчатого элемента прикреплена между смежным хвостовиком и отнесена от и охвачена нижним завершающим концом юбки, при этом обеспечен канал для чистого бурового раствора, который проходит из кольцевого пространства бурильной трубы и между перегородкой и юбкой. Канал вынуждает чистую текучую среду проходить вблизи шарошек для сохранения при этом шарошек свободными от отходов улучшенным способом. Данное действие также удаляет крупные частицы выбуренной породы из окрестностей бурового долота для предотвращения их дополнительного измельчения, при этом достигается экономия энергозатрат, которые должна производить шарошка, а также незамедлительное возвращение крупных частиц выбуренной породы или обломков породы на поверхность для анализа.

[6] Патент US 4,823,890 раскрывает долото для бурения с обратной циркуляции твердых пород в глубоких скважинах, которое включает в себя соединительную трубу бурового долота, телескопически выдвигаемую в кожух бурового долота для совместного образования части радиального внутреннего канала текучей среды для прохода выбуренной породы аксиально наружу и радиального наружного зазора кольцевого пространства, множество каналов текучей среды под давлением с угловым разносом друг от друга, которые открываются в кольцевое пространство, и обратный клапан в каждом канале текучей среды для обеспечения прохода внутрь текучей среды, но блокирования прохода текучей среды в противоположном направлении. Множество рычагов с шарошками с угловым разносом друг от друга имеют дугообразные трубные сегменты, скрепленные с аксиальными и радиальными наружными участками рычагов, при этом радиально внутренняя трубчатая юбка скреплена с или упирается в аксиальные наружные участки рычагов. Комбинация сегментов, рычагов и юбки скреплена с кожухом для прохода внутрь него, при этом юбка образует часть радиального внутреннего обратного канала, при этом каждый проход открывается в отдельную камеру в угловом интервале между смежными рычагами для направления текучей среды под давлением для прохода между вращающимися шарошками, которые закреплены рычагами, и перемещения выбуренной породы наружу через радиальный внутренний канал текучей среды.

[7] Патент US 5,853,055 раскрывает вращающееся шарошечное долото для бурения скважин в горных породах, корпус которого имеет конец с резьбовым ниппелем и куполообразный конец, от которого отходят три лапы. Конусные шарошки закреплены свободно вращающимися на каждой лапе и радиально ориентированы вокруг центральной осевой линии долота. Каждая конусная шарошка имеет калибрующий ряд режущих элементов, выступающих от поверхности шарошки, самой ближней к входному отверстию, и носовой ряд, проходящий ближе всего к вершине шарошки. Центральная форсунка для выброса текучей среды или бурового раствора расположена на куполе. Форсунка имеет сужающееся сопло с выходным отверстием, которое выступает ниже заданной горизонтальной плоскости, пересекаемой шарошками или режущими элементами. Выходное отверстие имеет постоянный диаметр на некоторой длине, по меньшей мере равной его диаметру для уменьшения диффузии выбрасываемого потока текучей среды или бурового раствора. Текучая среда или буровой раствор, выбрасываемый из центра форсунки, перемещается, по существу, бепрепятственно, в цилиндрическом пространстве между шарошками, в которое не выступает никакой режущий элемент. Данный поток текучей среды с уменьшенной диффузией, по существу, не имеющий препятствий, бьет в дно забоя ствола скважины с максимальной ударной энергией для улучшенного удаления выбуренной породы.

[8] Патент US 6,581,702 раскрывает трехшарошечное долото для твердых пород с не закупоривающим соплом центральной форсунки с множеством впускных отверстий с шахматным расположением, ведущих к боковым проходам, для уменьшения сальникообразования на долоте. Сопло образует сужающуюся полость, через которую проходит буровой раствор и выходит скоростными струями. Струи направляются из сопла через основное выходную диафрагму достаточного размера для предотвращения засорения и из боковых проходов, просверленных в боковой стенке сопла. Струи, выпускаемые под давлением, обеспечивают промывку полостей и режущих поверхностей в долоте. Применяется сопло с шахматным расположением впускных отверстий, ведущих к боковым проходам, в соединении с сужающейся формой центрального прохода для содействия поддержанию скорости бурового раствора в центральном проходе и, таким образом, скорости струи к заданным зонам бурового долота.

[9] СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[10] Настоящее изобретение в общем относится к долговечному долоту для твердых пород для бурения взрывных скважин. В одном варианте осуществления долото для твердых пород для бурения взрывных скважин включает в себя: корпус долота, имеющий присоединительное устройство, выполненное на его верхнем конце, множество расположенных ниже лап, купол, выполненный между лапами, и канал, выполненный проходящим сквозь присоединительное устройство и купол; множество юбок, причем каждая юбка закрывает зазор, выполненный между смежными лапами, и каждая юбка закреплена на кромках смежных лап; множество конических шарошек, причем каждая вращающаяся шарошка закреплена свободно вращающейся на соответствующем валу подшипника соответствующей лапы; ряд калибрующих режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; ряд внутренних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; один или несколько передних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; и центральную форсунку, прикрепленную в канале. Каждый резец является вставным штырем.

[11] КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[12] Для лучшего понимания деталей кратко изложенных выше признаков настоящего изобретения, ниже приведено его более подробное описание с ссылками на варианты осуществления, некоторые из которых проиллюстрированы в прилагаемых чертежах. Следует отметить, вместе с тем, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только обычные варианты осуществления данного изобретения и поэтому не должны считаться ограничивающими его объем, поскольку изобретение может допускать другие равно эффективные варианты осуществления.

[13] На фиг. 1A и 1B показано долговечное долото для твердых пород для бурения взрывных скважин по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[14] На фиг. 2A и 2B показаны сечения долота для твердых пород.

[15] На фиг. 3A показан вид с торца долота для твердых пород. На фиг. 3B показана схема вооружения первого альтернативного долговечного долота для твердых пород для бурения взрывных скважин по другому варианту осуществления настоящего изобретения.

[16] На фиг. 4A и 4B показана центральная форсунка долота для твердых пород. На фиг. 4C и 4D показана дроссельная диафрагма центральной форсунки.

[17] На фиг. 5A-5H показаны альтернативные дроссельные диафрагмы, применимые с центральной форсункой вместо дроссельной диафрагмы, по другим вариантам осуществления настоящего изобретения.

[18] На фиг. 6A и 6B показано второе альтернативное долговечное долото для твердых пород для бурения взрывных скважин по другому варианту осуществления настоящего изобретения.

[19] ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[20] На фиг. 1A и 1B показано долговечное долото 1 для твердых пород для бурения взрывных скважин по одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2A и 2B показаны сечения долота 1 для твердых пород. На фиг. 3A показан вид с торца долота 1 для твердых пород. Долото 1 для твердых пород может включать в себя корпус 2, множество конических шарошек 3a-c, и центральную форсунку 4. Корпус 2 может иметь верхнее присоединительное устройство 5, нижние лапы 6a-c для каждой конической шарошки 3a-c, и купол, 7 образованный между лапами. Корпус 2 и конические шарошки 3a-c могут быть выполнены из металла или сплава, такого как сталь. Корпус 2 может быть выполнен посредством скрепления трех поковок вместе, например, сваркой. Лапы 6a-c могут быть разнесены по окружности корпуса на равные угловые расстояния, например, три лапы с интервалом сто двадцать градусов. Верхнее присоединительное устройство 5 может являться резьбовым ниппелем для соединения с бурильной штангой (не показано). Сквозной канал может быть выполнен проходящим через присоединительное устройство и купол 7 для выпуска буровой текучей среды, такой как воздух, на стыках между шарошками 3a-c.

[21] Каждая лапа 6a-c может иметь верхний уступ 8s, среднюю спинку 8t и нижний вал 8b подшипника. Каждый вал 8b подшипника может проходить от соответствующей спинки 8t в радиально направлении с наклоном. Каждый вал 8b подшипника и соответствующая шарошка 3a-c может иметь одну или несколько пар совмещенных канавок, и каждая пара может образовывать дорожку для приема комплекта элементов 9 качения подшипника. Одна или несколько упорных шайб (не показано) могут быть установлены между каждым валом 8b подшипника и соответствующей шарошкой 3a-c. Элементы 9 качения подшипников и упорные шайбы могут поддерживать вращение каждой шарошки 3a-c относительно соответствующей лапы 6a-c. Каждая лапа 6a-c может иметь проход 8p (только частично показан) проходящий от канала до подшипников, при этом буровой раствор используется для охлаждения и смазки.

[20] Альтернативно, каждая лапа 6a-c может включать в себя резервуар для смазки с компенсацией давления, каждый проход 8p может вести в соответствующий резервуар вместо канала, и уплотнение может быть установлено между каждым валом 8b подшипника и соответствующей шарошкой 3a-c.

[23] Каждая коническая шарошка 3a-c может быть закреплена на соответствующей лапе 6a-c с помощью множества шариков (не показано) размещаемых в дорожке, образованной совмещенными канавками (не показано) в каждой конической шарошке и соответствующем валу 8b подшипника. Шарики можно подавать на каждую дорожку с помощью канала для шариков (не показано), выполненного в каждой лапе 6a-c, и удерживать в ней с помощью соответствующей замкового пальца (не показано). Каждый замковый палец можно прикреплять к соответствующей лапе 6a-c, например, сваркой.

[24] Каждая коническая шарошка 3a-c может иметь множество рабочих поверхностей, выполненных в ней, таких как одна или несколько задних рабочих поверхностей, калибрующая рабочая поверхность, одна или несколько внутренних рабочих поверхностей и передняя рабочая поверхность. Ряд калибрующих режущих элементов 10g может быть установлен вокруг каждой шарошки 3a-c на соответствующей калибрующей рабочей поверхности. Ряд первых внутренних режущих элементов 10a может быть установлен вокруг каждой шарошки 3a-c на соответствующей первой из внутренних рабочих поверхностей. Ряд вторых внутренних режущих элементов 10b может быть установлен вокруг каждой шарошки 3a-c на соответствующей второй из внутренних рабочих поверхностей. Один или несколько передних режущих элементов 10n может быть установлен на каждой шарошке 3a-c на соответствующей передней рабочей поверхности. Каждый резец 10 a,b,g,n может быть вставлен в соответствующее гнездо, выполненное в соответствующей шарошке 3a-c, с закреплением посредством посадки с натягом. каждый резец 10 a,b,g,n может быть выполнен из кермета, такого как цементированный карбид, и может иметь цилиндрический участок, закрепляемый в соответствующей шарошке, и конический участок, выступающий из соответствующей рабочей поверхности соответствующей шарошки 3a-c.

[25] Ряд первых внутренних протекторов 11a (фиг. 1A) может быть закреплен вокруг каждой шарошки 3a-c на соответствующей первой из задних рабочих поверхностей. Ряд вторых внутренних протекторов 11b (фиг. 1A) может быть закреплен вокруг каждой шарошки 3a-c на соответствующей второй из задних рабочих поверхностей. Каждый протектор 11a,b может быть вставлен в соответствующее гнездо, выполненное в соответствующей шарошке 3a-c, с закреплением посредством посадки с натягом. Каждый протектор 11a,b может быть выполнен из кермета, такого как цементированный карбид, и может быть цилиндрическим.

[26] Альтернативно, по меньшей мере некоторые из режущих элементов 10a,b,g,n могут быть снабжены колпачком из поликристаллического алмаза (PCD). Альтернативно, по меньшей мере некоторые из протекторов 11a,b могут быть снабжены колпачком из PCD. Альтернативно, каждый резец 10a,b,g,n может иметь выступающий клиновидный участок вместо выступающего цилиндрического участка.

[27] Долото 1 для твердых пород может дополнительно включать в себя множество юбок 12a-c для направления потока бурового раствора, выпускаемого из центральной форсунки 4 на стыки между шарошками 3a-c. Юбки 12a-c могут каждая закрывать зазор, образованный между смежными лапами 6a-c для предотвращения прохода бурового раствора через него в кольцевое пространство, образованное между бурильной штангой с буровым долотом и стенкой взрывной скважины. Каждая юбка 12a-c может быть закреплена на кромках смежных лап 6a-c, например, сваркой. Каждая юбка 12a-c может быть выполнена из металла или сплава, такого как сталь. Каждая юбка 12a-c может быть пластиной в виде трапеции, проходящей перпендикулярно соответствующему зазору.

[28] На фиг. 3B показана схема вооружения первого альтернативного долговечного долота для твердых пород 24 для бурения взрывных скважин по другому варианту осуществления настоящего изобретения. Первое альтернативное долото 24 для твердых пород может быть одинаковым с долотом 1 для твердых пород за исключением наличия модифицированных конических шарошек 25a-c вместо конических шарошек 3a-c. Выбранные участки 13f,m каждой модифицированной конической шарошки 25a-c могут быть обработаны для противодействия эрозии. Участки 13f,m могут включать в себя входное отверстие 13m каждой модифицированной шарошки 25a-c и поверхность 13f каждой шарошки, расположенную между соответствующей второй внутренней рабочей поверхностью и соответствующей передней рабочей поверхностью. Обработка может включать в себя упрочение корпуса, такое как карбюрирование и/или слой твердосплавной наплавки. Твердосплавная наплавка может быть керамикой или керметом. Комплект внедренных протекторов 14 может быть установлен на каждой модифицированной шарошке 25a-c на соответствующей передней рабочей поверхности и между смежными передними режущими элементами. Каждый внедренный протектор 14 может быть выполнен из кермета, такого как цементированный карбид, и может иметь цилиндрический участок, закрепленный в соответствующей шарошке, и куполообразный участок, выступающий из соответствующей передней рабочей поверхности соответствующей модифицированной шарошки 25a-c.

[29] Альтернативно, дополнительные участки модифицированных шарошек 25a-c могут быть обработаны для сопротивления эрозии, такие как участки рабочих поверхностей между режущими элементами, поверхности шарошек между калибрующим и внутренними рядами и/или между первым и вторым внутренними рядами. Альтернативно, дополнительные комплекты внедренных протекторов могут быть установлены на модифицированные шарошки 25a-c на внутренних рабочих поверхностях между смежными режущими элементами и/или на калибрующей рабочей поверхности между смежными режущими элементами.

[30] На фиг. 4A и 4B показана центральная форсунка 4. На фиг. 4C и 4D показана дроссельная диафрагма 17 центральной форсунки 4. Как также показано на фиг. 2B, центральная форсунка 4 может быть установлена в канале корпуса 2 долота и может иметь наружный диаметр, соответствующий его внутреннему диаметру, например, равный или немного меньший, для выполнения скользящего соединения центральной форсунки и корпуса долота. Центральная форсунка 4 может быть закреплена в канале фиксатором, таким как разрезное стопорное кольцо 26, сцепленное с канавкой (не показано), выполненной в верхнем участке канала, смежном с присоединительным устройством 5. Центральная форсунка 4 может включать в себя запорный обратный клапан 15, перфорированную трубу 16 и дроссельную диафрагму 17. Компоненты 15-17 центральной форсунки 4 могут быть установлены друг на друга. Каждый компонент 15-17 может быть цилиндрическим. Каждый из запорный обратный клапан 15 и перфорированная труба 16 может иметь сквозной канал.

[31] Запорный обратный клапан 15 может включать в себя кожух 15h, пару створок 15w, шарнирно соединенных кожухом осью 15p шарнира, и поворачивающий элемент, такой как торсионная пружина 15s (фиг. 2B). Каждая створка 15w может поворачиваться вокруг оси 15h шарнира между открытым положением (не показано) и закрытым положением (показано). Торсионная пружина 15s может быть намотана вокруг оси 15p шарнира и может поворачивать створки 15w к закрытому положению. Кожух 15h может иметь седло, выполненное в его внутренней поверхности, для приема периферии створок 15w в закрытом положении, при этом канал кожуха закрывается. Створки 15w могут перемещаться из закрытого положения в открытое положение при нагнетании бурового раствора в канал корпуса 2 долота и могут закрываться, если подача прекращена, или могут закрываться для блокирования прохождения потока вверх. Ось 15p шарнира может размещаться в гнездах, выполненных в стенке кожуха 15h, и устанавливаться в кожухе, например, посадкой с натягом.

[32] Перфорированная труба 16 может иметь комплект щелей 16s, выполненных проходящими через ее стенку для каждого прохода 8p. Щели 16s могут быть совмещены с впусками проходов 8p, и каждый комплект щелей может быть соориентирован обращенным к соответствующему проходу. Щели 16s могут отклонять часть бурового раствора из его канала в проходы 8p. Щели 16s могут иметь размер для фильтрования частиц, предотвращая их вход в проходы 8p и попадание в подшипники 9. Перфорированная труба 16 может иметь ориентирующий элемент, такой как выступ 16b, выполненный в нижнем ее конце.

[33] Дроссельная диафрагма 17 может иметь наружный фланец 17f, выполненный в ее верхнем конце и окно 17p, выполненное проходящим через нее, для каждой шарошки 3a-c. Фланец 17f может иметь ориентирующий элемент, такой как фасонный паз 17n, выполненный в нем для стыковки с выступом 16b, при этом торсионно соединяя дроссельную диафрагму 16 и перфорированную трубу 15. Корпус 2 долота может также иметь седло 2s (фиг. 2B), выполненное в нем смежно с каналом для приема фланца 17f, и седло может также иметь паз (не показано) для стыковки с выступом 16b для обеспечeния ориентация щели 16s относительно проходов 8p и нацеливания окон 17p на стыки между шарошками 3a-c. Окна 17p могут отклоняться от фланца к нижней части дроссельной диафрагмы 17 для направления выпуска бурового раствора вниз и радиально наружу к стыкам между шарошками 3a-c. Угол 27 данного отклонения (измеренный относительно центральной осевой линии долота 1 для твердых пород) может иметь величину в диапазоне между тремя и сорока градусами или нулем (без отклонения) и шестьюдесятью градусами.

[34] На фиг. 5A-5H показаны альтернативные дроссельные диафрагмы 18-21, применимые с центральной форсункой 4 вместо дроссельной диафрагмы 17, по другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Первая альтернативная дроссельная диафрагма 18 может иметь цилиндрическую верхнюю часть, нижнюю куполообразную часть, напорную камеру, выполненную в ней, боковое окно для каждой шарошки 3a-c и центральное окно. Диаметр каждого бокового окна может уменьшаться от напорной камеры к наружной поверхности куполообразной части для создания эффекта сопла. Центральное окно первой альтернативной дроссельной диафрагмы 18 может направлять выпуск бурового раствора вниз для размыва центра дна забоя взрывной скважины. Боковые окна могут отклоняться от цилиндрического верхнего участка к нижнему куполообразному участку для направления выпуска бурового раствора вниз и радиально наружу, к стыкам между шарошками 3a-c. Угол данного отклонения (измеренный относительно продольной осевой линии долота 1 для твердых пород) может иметь величину в диапазоне между тремя и сорока градусами или нулем (без отклонения) и шестьюдесятью градусами.

[35] Вторая альтернативная дроссельная диафрагма 19 может иметь цилиндрическую верхнюю часть, нижнюю коническую часть, напорную камеру, выполненную в ней, боковое окно для каждой шарошки 3a-c и центральное окно. Диаметр каждого бокового окна может быть значительно больше диаметра центрального окна. Боковые окна могут отклоняться от цилиндрического верхнего участка к нижнему коническому участку для направления выпуска бурового раствора вниз и радиально наружу, к стыкам между шарошками 3a-c. Угол данного отклонения (измеренный относительно продольный осевой линии долота 1 для твердых пород) может иметь величину в диапазоне между тремя и сорока градусами или нулем (без отклонения) и шестьюдесятью градусами.

[36] Третья альтернативная дроссельная диафрагма 20 может иметь только одно центральное окно. Диаметр центрального окна может увеличиваться от фланца к нижней части для создания эффекта диффузора. Стенка третьей альтернативной дроссельной диафрагмы 20, смежная с центральным окном, может быть наклонной под углом (измеренным относительно продольной осевой линии долота 1 для твердых пород), который может иметь величину в диапазоне между тремя и сорока градусами или нулем (без отклонения) и шестьюдесятью градусами.

[37] Четвертая альтернативная дроссельная диафрагма 21 может иметь одно окно в виде буквы Y. Каждая ветвь окна в виде буквы Y может отклоняться от фланца четвертой альтернативной дроссельной диафрагмы 21 к ее нижней части для направления выпуска бурового раствора вниз и радиально наружу к стыкам между шарошками 3a-c. Угол данного отклонения (измеренный относительно продольный осевой линии долота 1 для твердых пород) может иметь величину в диапазоне между тремя и сорока градусами или нулем (без отклонения) и шестьюдесятью градусами.

[38] На фиг. 6A и 6B показано второе альтернативное долговечное долото для твердых пород 22 для бурения взрывных скважин, по другому варианту осуществления настоящего изобретения. Второе альтернативное долото 22 для твердых пород может быть одинаковым с долотом 1 для твердых пород за исключением наличия модифицированных юбок 23a-c вместо юбок 12a-c. Каждая модифицированная юбка 23a-c может направлять поток бурового раствора, выпущенного из центральной форсунки 4, на стыки между шарошками 3a-c. Модифицированные юбки 23a-c могут каждая закрывать зазор, выполненный между смежными лапами 6a-c для предотвращения прохода бурового раствора через них в кольцевое пространство. Каждая модифицированная юбка 23a-c может быть закреплена на кромках смежных лап 6a-c, например, сваркой. Каждая модифицированная юбка 23a-c может быть выполнена из металла или сплава, такого как сталь. Каждая модифицированная юбка 23a-c может быть дугообразной и может проходить по криволинейному пути поперек соответствующего зазора, так что на виде альтернативного долота 22 для твердых пород с его нижней стороны площадь, занимаемая юбками и калибрующими рабочими поверхностями шарошек 3a-c напоминает круг.

[39] Предпочтительно, центральная форсунка 4 и любая конфигурация юбок обеспечивает функциональную возможность удаления выбуренной породы, превосходящую возможности долот для твердой породы существующей техники. Недостаточное удаление выбуренной породы обуславливает стагнирование выбуренной породы на дне забоя взрывной скважины до ее достаточного перемалывания для удаления. Данное повторное перемалывание выбуренной породы производит износ вокруг козырька спинки, открывает воздействию подшипники и приводит со временем к отказу подшипников. Данное постоянное повторное перемалывание также воздействует на целостность шарошки. Когда выбуренная порода перемалывается, производятся мелкие абразивные частицы, которые истирают металлические шарошки, открывая воздействию основание режущих элементов, что со временем приводит к потере режущих элементов. Дополнительно, любые долота 1, 22, 24 для твердых пород могут давать превосходное удаление выбуренной породы без каких-либо дополнительных сопел или окон кроме центральной форсунки 4.

[40] Альтернативно, любые долота 1, 22, 24 для твердых пород можно применяться для бурения разведочных и/или эксплуатационных нефтяных и/или газовых скважин, а также геотермальных скважин.

[41] Хотя выше приведены варианты осуществления настоящего изобретения, другие и дополнительные варианты осуществления изобретения могут быть разработаны без отхода от его основного объема, и объем изобретения определен в приведенной ниже формуле изобретения.

1. Долото для твердых пород для бурения взрывных скважин, содержащее:

корпус долота, имеющий присоединительное устройство, выполненное на его верхнем конце, множество расположенных ниже лап, купол, выполненный между лапами, и канал, выполненный проходящим сквозь присоединительное устройство и купол;

множество юбок, причем каждая юбка закрывает зазор, выполненный между смежными лапами, и каждая юбка закреплена на кромках смежных лап;

множество конических шарошек, причем каждая вращающаяся шарошка закреплена свободно вращающейся на соответствующем валу подшипника соответствующей лапы;

ряд калибрующих режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке;

ряд внутренних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке;

один или более передних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; и

центральную форсунку, прикрепленную в канале и содержащую:

дроссельную диафрагму, содержащую множество окон или единственное окно с множеством ответвляющихся участков, причем каждое окно или каждый ответвляющийся участок направлен на стык между смежными коническими шарошками, и

запорный обратный клапан, выполненный с возможностью открывания в ответ на нагнетание бурового раствора вниз в канал и закрывания для блокирования потока вверх через канал,

при этом каждый резец является вставным штырем, и

внутренняя и наружная поверхности каждой юбки продолжаются прямо через соответствующий зазор.

2. Долото по п. 1, которое дополнительно содержит множество комплектов элементов качения подшипника, причем каждый комплект установлен между соответствующей шарошкой и соответствующим валом подшипника, и каждая лапа имеет проход, продолжающийся от канала до соответствующего комплекта подшипников.

3. Долото по п. 2, в котором центральная форсунка содержит трубу, имеющую множество комплектов щелей, совмещенных с впусками проходов, и каждый комплект щелей ориентирован обращенным к соответствующему проходу.

4. Долото по п. 1, в котором дроссельная диафрагма имеет множество окон.

5. Долото по п. 4, в котором дроссельная диафрагма дополнительно имеет центральное окно, направленное вниз.

6. Долото по п. 4, в котором дроссельная диафрагма дополнительно имеет напорную камеру, выполненную в ней.

7. Долото по п. 1, в котором дроссельная диафрагма имеет одно окно с центральным участком, направленным вниз, и множество ответвляющихся участков.

8. Долото по п. 1, дополнительно содержащее комплект внедренных протекторов, установленных на каждой конической шарошке.

9. Долото по п. 8, в котором внедренные протекторы установлены между смежными передними режущими элементами.

10. Долото по п. 1, в котором по меньшей мере часть каждой шарошки обработана для сопротивления эрозии.

11. Долото по п. 10, в котором обработка является упрочением корпуса.

12. Долото по п. 10, в котором обработка является твердосплавной наплавкой.

13. Долото по п. 10, в котором обработанный участок расположен между внутренними режущими элементами и передними режущими элементами, а также на входном отверстии каждой шарошки.

14. Долото по п. 1, в котором присоединительное устройство представляет собой резьбовой ниппель.

15. Долото по п. 1, в котором центральная форсунка является единственным соплом или окном бурового долота для выпуска текущей среды для удаления выбуренной породы.

16. Долото для твердых пород для бурения взрывных скважин, содержащее:

корпус долота, имеющий присоединительное устройство, выполненное на его верхнем конце, множество расположенных ниже лап, купол, выполненный между лапами, и канал, выполненный проходящим сквозь присоединительное устройство и купол;

множество юбок, причем каждая юбка закрывает зазор, выполненный между смежными лапами, и каждая юбка закреплена на кромках смежных лап;

множество конических шарошек, причем каждая вращающаяся шарошка закреплена свободно вращающейся на соответствующем валу подшипника соответствующей лапы;

ряд калибрующих режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке;

ряд внутренних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке;

один или более передних режущих элементов, закрепленных на каждой конической шарошке; и

центральную форсунку, прикрепленную в канале и содержащую:

дроссельную диафрагму, содержащую множество окон или единственное окно с множеством ответвляющихся участков, причем каждое окно или каждый ответвляющийся участок направлен на стык между смежными коническими шарошками, и

запорный обратный клапан, выполненный с возможностью открывания в ответ на нагнетание бурового раствора вниз в канал и закрывания для блокирования потока вверх через канал,

при этом каждый резец является вставным штырем, и

каждая юбка является дугообразной и проходит по криволинейному пути поперек соответствующего зазора так, что на видe снизу долота для твердых пород площадь, занимаемая юбками и калибрующими рабочими поверхностями шарошек, напоминает круг.