ЗУБОК ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА ДЛЯ БУРЕНИЯ НЕПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОД
ROCK DRILL BIT TOOTH FOR DRILLING OF IMPERMEABLE ROCKS

Изобретение относится к вооружению породоразрушающего инструмента, применяемому в бурении скважин, а именно к зубкам шарошечных долот.
Известно шарошечное долото, включающее шарошки с вооружением, выполненным в виде клиновидных зубков с притупленной рабочей кромкой. Такой зубок предназначен для глубокого проникновения в мягкие и средней твердости породы [1] (аналог). Рассматриваемые зубки монтируются в венцах шарошек долота.
Конструкцией долота предусмотрено проскальзывание по забою венцов основного вооружения в отличие от периферийного, что усиливает разрушительную способность долота. Более свободному внедрению основного вооружения в породу в определенной степени мешает плоский профиль набегающей грани зубка.
Частично этот недостаток устранен в зубках, у которых набегающая грань выполнена с радиальной выборкой. Это так называемые зубки ковшеобразной формы. Форма зубка улучшает подъем обломков выбуренной породы из лунок забоя [2] (прототип). Такие зубки не просто сдвигают породу при их внедрении в массив, а образуя в породе трещину разрыва перед рабочей кромкой зубков, отрывают породу от забоя.
Недостатком работы зубка ковшеобразной формы в этом случае является то, что при бурении непроницаемых горных пород раскрытию образующихся трещин существенно противостоит гидростатическое давление скважины и отделяемые от забоя обломки породы плохо извлекаются.
Целью изобретения является повышение эффективности разрушения непроницаемых горных пород путем выравнивания гидростатического давления в зоне разрыва горной породы перед зубком.
Указанная цель достигается тем, что на тыльной стороне зубок содержит проточные канавки, выходящие к рабочим кромкам зубка, которые при работе долота формируют гидравлические каналы между тыльной стороной зубка и незатронутой разрушением породой забоя, соединяющие зону разрушения горной породы с полостью скважины.
На фиг.1 представлен зубок ковшеобразной формы с проточной канавкой на его тыльной стороне. На фиг.2 - зубок с проточной канавкой на тыльной стороне в разрезе. На фиг.3 показан зубок ковшеобразной формы большего диаметра с двумя канавками, например, монтируемый в долотах для бурения в мягких породах или долотах больших размеров. На фиг.4 заявленный зубок в контакте с горной породой в начале акта внедрения и формирования трещины A, когда гидростатическое давление препятствует раскрытию берегов трещины. На фиг.5 зубок в конце акта внедрения, когда гидростатическое давление выровнено в трещине B через гидравлический канал, образованный незатронутым разрушением массивом забоя и канавкой с тыльной стороны зубка.
Механизм разрушения горной породы происходит следующим образом. Благодаря тому что на тыльной стороне зубок содержит проточные канавки, выходящие к рабочим кромкам зубка, которые при работе долота формируют гидравлические каналы между тыльной стороной зубка и незатронутой разрушением породой забоя, соединяющие зону разрушения горной породы с полостью скважины, происходит выравнивание гидростатического давления в зоне разрыва непроницаемой горной породы перед зубком. Вначале взаимодействия зубка с горной породой производится его внедрение со сдвигом, который сопровождается формированием трещины A на фиг.4 перед рабочей кромкой зубка, где создается вакуум из-за невозможности проникновения в эту область промывочной жидкости, находящейся в скважине. Гидростатическое давление препятствует раскрытию трещины. Эти два обстоятельства способствуют заполнению трещины A на фиг.4 через гидравлический канал из незатронутого разрушением массива забоя и канавки на тыльной стороне зубка, выравнивая давление между полостью трещины и скважины. Дальнейшее внедрение заявленного зубка легко раздвигает берега трещины B на фиг.5, пополняя промывочной жидкостью увеличивающийся объем трещины через тот же гидравлический канал. Канавка вкупе с незатронутым разрушением массивом забоя служит надежным гидравлическим каналом между скважиной и трещиной, поскольку поверхность горной породы забоя сформирована (сглажена) частью рабочей кромки зубка.
В рамках незаявленного решения следует отметить, что периферийное вооружение в виде клинообразного или сферического зубка, в котором не предусмотрено скольжение, надлежит выполнять с канавкой на рабочей кромке зубка или сферической выемкой для принудительного расширения трещины скважинным флюидом.
Источники информации
1. Шарошечные долота и бурильные головки. Каталог. - Изд. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1990. - 93 с. (см. стр.25, 27 и 28).
2. Масленников И.К. Буровой инструмент. Справочник. - М.: Недра, 1989. - 430 с. (см. стр.84 рис.2.1.32, в, з, и).