БУРОВОЕ ГИДРОМОНИТОРНОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
BORE HYDRO-MONITORED CONE BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости.
Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями и боковые промывочные узлы со сменными насадками (см. Масленников И.К. «Буровой инструмент». - М.: Недра, 1989 г., с.141-142, рис.2.1.63).
Недостатком этого долота является низкая эффективность работы из-за некачественной очистки забоя от шлама.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое гидромониторное шарошечное долото, включающее лапы с наклонными параллельно смещенными в плане цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, длина которых на периферийных венцах различна, шламоотводящий канал и размещенные между шарошками промывочные узлы (см. авт. св. СССР №1691499, кл. Е21В 10/18, 1991 г).
Данное долото благодаря асимметричной схеме промывки и наличию специального шламоотводящего канала обеспечивает более качественную очистку забоя от шлама.
К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы из-за повторного измельчения разрушенной породы и нерациональной схемы эвакуации шлама с забоя в затрубное пространство. Это объясняется тем, что при существующей схеме расположения зубьев вдоль образующей конуса шарошки шлам многократно подвергается повторному измельчению вооружением шарошек, что снижает, с одной стороны, механическую скорость бурения, а с другой - увеличивает износ и самих зубьев. В первую очередь, это касается периферийных зубьев, что связано как с повторным измельчением разрушенного шлама, так и породы, осыпающейся со стенок скважины в процессе ее калибрования тыльными конусами шарошек. Еще одним недостатком прототипа является вероятность образования рейки при бурении по породам средней твердости. Все это негативно влияет на эффективность работы долота.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы и более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство.
Указанный технический результат достигается тем, что в буровом гидромониторном шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными параллельно смещенными в плане цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, длина которых на периферийных венцах различна, шламоотводящий канал и размещенные между шарошками промывочные узлы, согласно изобретению, шарошка с наибольшей длиной зубьев периферийного венца расположена по ходу вращения долота перед шламоотводящим каналом и выполнена с косыми зубьями с направлением подъема образующей винтовой линии площадок притупления, совпадающим с направлением вращения долота.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид долота; на фиг.2 - схема очистки забоя от шлама.
Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными параллельно смещенными в плане цапфами 2, на которых посредством подшипников 3, один из которых - замковый, установлены конические шарошки 4 с литыми или фрезерованными зубьями 5, шламоотводящий канал 6 и промывочные узлы 7, размещенные между шарошками 4 и направляющими поток промывочной жидкости на забой скважины. Периферийные венцы шарошек 4 имеют зубья различной длины (вследствие «самоочищающейся» геометрии вооружения), а наибольшую длину зубьев имеет шарошка, расположенная по ходу вращения долота перед шламоотводящим каналом 6. При этом зубья 5 периферийного венца шарошки 4 с наибольшей длиной выполнены косыми, т.е. с наклоном относительно продольной оси шарошки 4, причем зубья 5 при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке имеют правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления, а при вращении против часовой стрелки - левое. Величина угла наклона зубьев 5 определяются, в первую очередь, физико-механическими свойствами разбуриваемых пород и применяемыми способами и режимами бурения. Чем более мягкие породы, а следовательно, и большие объемы шлама на забое, тем больше должен быть угол наклона зубьев 5. Это позволит обеспечить более эффективную транспортировку этого шлама в сторону шламоотводящего канала 6 и свести к минимуму повторное измельчение его зубьями долота. Предложенная схема очистки забоя от шлама может быть использована не только в трехшарошечных долотах, но и в долотах с другим количеством шарошек.
Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 4 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. Благодаря расположению шарошки 4 с наибольшей длиной зубьев 5 периферийного венца по ходу вращения долота перед шламоотводящим каналом 6 и выполнению ее с косыми зубьями с направлением подъема образующей винтовой линии площадок притупления, совпадающим с направлением вращения долота, обеспечивается отвод большей части шлама непосредственно к шламоотводящему каналу 6. Предложенная схема расположения шарошек и геометрия их вооружения обеспечивают разрушение породы дробяще-режущим способом. Этот способ является наиболее предпочтительным для разрушения мягких и средней твердости пород. Косозубая геометрия периферийных зубьев 5 шарошки с наибольшей длиной, выполненных с правым направлением подъема образующей винтовой линии при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левым - при вращении против часовой стрелки, обеспечивает эффективный отвод шлама в сторону шламоотводящего канала 6 и беспрепятственное удаление его в затрубное пространство. Этому способствует также и то, что отвод шлама к основному шламоотводящему каналу 6 осуществляется зубьями периферийного венца шарошки, имеющими наибольшую длину, а следовательно, и транспортирующими наибольший объем породы по сравнению с периферийными венцами соседних шарошек.
Таким образом, применение предложенного долота, благодаря более рациональной геометрии вооружения периферийной части шарошек и созданию благоприятных условий, как механических, так и гидравлических, для удаления шлама с забоя скважины позволит повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.