БУРОВОЕ ЛОПАСТНОЕ ДОЛОТО

Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым лопастным долотам.
Известно буровое долото по патенту РФ на изобретение №2457312. Изобретение относится к буровым долотам, которые предназначены для использования при подземной разработке грунта. Обеспечивает эффективное бурение одним долотом как наклонных, так и прямолинейных скважин, позволяет осуществить изменение направления скважины, стабилизировать движение долота, уменьшить износ калибрующей части долота. Буровое долото включает в себя корпус, режущую часть, средства соединения для прикрепления долота к источнику вращательного движения и для приложения усилия на долото, чтобы вогнать его режущую часть в выбуриваемый материал. Также долото включает в себя калибрующую область, которая находится между вышеуказанной режущей частью и вышеуказанными средствами соединения, при этом калибрующая область включает в себя хотя бы одно звено, способное передвигаться между первой позицией, в которой калибрующая область ограничена воображаемой трубчатой поверхностью постоянного поперечного сечения, соосной оси вращения, и второй позицией, в которой часть данного звена располагается радиально внутрь по отношению к оси вращения от своей позиции в то время, когда вышеуказанное звено находится в вышеуказанной первой позиции, при этом калибрующая область в то время, когда вышеуказанное звено находится в вышеуказанной второй позиции, ограничена воображаемой трехмерной поверхностью конического сечения. Также долото включает в себя хотя бы один привод, при этом каждое вышеуказанное звено механически связано с приводом таким образом, чтобы каждое звено можно было передвигать между вышеуказанными первой и второй позициями с помощью вышеуказанного привода. Недостатком бурового долота является низкая надежность.
Известно лопастное шнековое долото для бурения скважин в валунно-галечных отложениях по патенту на изобретение №2282011. Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к конструкциям буровых лопастных долот, и может быть использовано для бурения гидрогеологических, дренажных, сейсмических и других скважин технического назначения, проходимых в валунно-галечных отложениях, а также при создании шнековых буров. Позволяет обеспечить эффективную работу лопастного долота при бурении скважин в валунно-галечных отложениях. Долото состоит из корпуса и лопастей, установленных на корпусе с положительным передним углом, армированных породоразрушающими элементами. Половина передней грани периферийной части каждой лопасти, обращенная к забою скважины, лежит в плоскости, расположенной с угловым смещением относительно плоскости, в которой лежит передняя грань внутренней части лопасти, на величину 15-20°, и направленным в сторону, противоположную вращению долота. Недостатком лопастного шнекового долота для бурения скважин в валунно-галечных отложениях является низкий ресурс работы.
Известно лопастное долото по патенту РФ на изобретение №2274722. Может быть использовано при создании лопастных долот для бурения сплошным забоем гидрогеологических, дренажных, сейсмических и других скважин, а также при создании шнековых буров. Позволяет обеспечить равномерность износа вооружения и безаварийную работу бурового снаряда. Долото содержит корпус, соосный с ним наконечник со сменными вращающимися и пилотными резцами, лопасти со сменными породоразрушающими закрепленными на державках резцами в виде твердосплавных пластин с положительными передними углами. Передние углы резцов уменьшаются по модулю по мере изменения расстояния от резца до оси долота, при этом передний угол а периферийного резца выбирается максимальным по модулю, определяемому физико-механическими свойствами горной породы. С приближением резца к оси долота его передний угол уменьшается по модулю на величину, пропорциональную уменьшению радиуса установки искомого резца по отношению к периферийному, и определяется из аналитического выражения: β=α×Ri/Rп, где α и β - значения передних углов периферийного и искомого резцов, а Rп и Ri - радиусы установки периферийного и искомого резцов. Недостатком лопастного долота является низкий ресурс работы.
Известно буровое лопастное долото по патенту РФ на изобретение №2340758. Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к лопастным буровым долотам. Технический результат заключается в обеспечении возможности проходки скважин в мягких породах с одновременной обсадкой. Лопастное долото состоит из корпуса, армированных плоских лопастей и крепежных элементов. Особенностью предложенного лопастного долота является то, что на боковой поверхности корпуса выполнены глухие пазы различной длины, в которых установлены плоские лопасти с возможностью складывания. При этом лопасти выполнены съемными и имеют сквозные продольные пазы различной величины и крепежные элементы, установленные на различных уровнях относительно торца долота в его рабочем положении. На периферии корпуса выполнены выступы с горизонтальными отверстиями, в которых размещены фиксаторы, причем один из выступов расположен выше уровня другого на величину, равную величине превышения длины одного паза над другим. Недостатком лопастного долота является его низкая надежность.
Известно лопастное долото для бурения перемежающихся по крепости горных пород по патенту РФ на изобретение №2315850. Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым лопастным долотам. Позволяет повысить рабочий ресурс лопастного долота за счет увеличения износостойкости периферийного вооружения и увеличения средней механической скорости бурения. Долото состоит из корпуса с присоединительной резьбой и каналом для прохода очистного агента, лопастей ступенчатой формы, установленных на корпусе с положительным передним углом относительно оси долота и армированных твердосплавными зубками. Торцовые поверхности всех ступеней скошены под углом 18-22° по направлению вращения долота. Периферийная часть лопасти выполнена с утолщением, а торец задней половины периферийного утолщения по высоте расположен ниже торца его передней половины на величину, равную половине вылета зубка над телом лопасти. Недостатком лопастного долота является низкий ресурс его работы.
Известно лопастное долото по патенту РФ на изобретение №2243347. Изобретение относится к горной промышленности, в частности к буровым лопастным долотам, и может быть использовано при создании лопастных долот для бурения сплошным и кольцевым забоями геологоразведочных, водозаборных и других скважин технического назначения, а также при создании шнековых буров. В лопастном долоте, состоящем из корпуса, сменных лопастей, пилотного наконечника и вращающихся резцов, ось вращающегося резца лежит на плоскости, параллельной плоскости лопасти, и направлена под углом к оси лопасти, проходя через точку, лежащую на окружности, ограниченной диаметром скважины со стороны ее забоя. Значительно увеличивается ресурс периферийного вооружения, эффективно работающего в твердых с пропластками крепких горных породах любой степени трещиноватости и абразивности. Недостатком лопастного долота является низкий ресурс работы.
Известно лопастное долото по патенту РФ на полезную модель №120129. Лопастное долото состоит из корпуса с системой каналов для подачи промывочной жидкости на забой скважины и отвода ее в межтрубное пространство, лопастей, армированных породоразрушающими элементами, отличающееся тем, что в вспомогательных подводящих каналах, сопряженных с главным подводящим каналом и расположенных между лопастями, смонтированы гидроструйные насосы, а также тем, что главный подводящий канал изолирован от всасывающего канала межканальной перемычкой и в нем смонтирован рассекатель потока, жестко связанный с межканальной перемычкой, при этом всасывающий канал сопряжен с эжекционными и вспомогательными отводящими каналами. В конфузорах гидроструйных насосов имеется отверстие, сопряженное с эжекционными каналами. Концевые отверстия диффузоров гидроструйных насосов расположены ниже уровня выходных отверстий вспомогательных отводящих каналов. Недостатком лопастного долота является низкий ресурс работы.
Известно лопастное долото с комбинированным вооружением по патенту РФ на полезную модель №107544. Лопастное долото состоит из корпуса и лопастей, отличающееся тем, что лопасти армируются различными по интенсивности износа породоразрушающими элементами, при этом наиболее износостойкие породоразрушающие элементы из композит-материала PDC размещены на периферийной части лопасти, а менее износостойкие породоразрушающие элементы из твердого сплава ВК8ВК и ВК6 размещены соответственно в средней и центральной частях лопасти. Периферийные породоразрушающие элементы устанавливаются с отрицательным передним углом атаки по отношению к плоскости забоя скважины. Калибрующие породоразрушающие элементы устанавливаются с отрицательным углом атаки по отношению к образующей стенку скважины. Породоразрушающие элементы в средней части лопасти устанавливаются с нулевым передним углом атаки по отношению к плоскости забоя скважины. Породоразрушающие элементы в центральной части лопасти устанавливаются с положительным передним углом атаки по отношению к плоскости забоя скважины. Недостатком лопастного долота с комбинированным вооружением является низкий ресурс работы.
Известно буровое лопастное долото по патенту РФ на изобретение №2374420 (прототип). Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому для бурения нефтяных и газовых скважин, особенно для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин и пород, представленных чередованием пропластков различной твердости. Технический результат улучшение управляемости с одновременным повышением виброустойчивости долота за счет применения специального композиционного покрытия и регулировки выступания резца над этим покрытием. Буровое лопастное долото включает корпус с присоединительной резьбой, центральным каналом и выходными отверстиями для промывочной жидкости и лопастями, оснащенными поликристаллическими алмазными резцами. Поверхность лопастей снабжена композиционным покрытием, имеющим различную износостойкость по толщине, при этом стойкость композиционного покрытия к абразивному износу увеличивается в направлении от наружной поверхности к нижележащим слоям, а величина выступа резцов вблизи центра долота над поверхностью композиционного покрытия заведомо меньше необходимого для бурения самых твердых пород в данном геологическом разрезе. Недостатком лопастного долота является низкий ресурс его работы.
Задачами создания полезной модели являются: повышение надежности и увеличение ресурса работы долота.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что буровое лопастное долото, состоящее из корпуса с присоединительной резьбой для крепления к буровой колонне или забойному двигателю, в корпусе проходит центральный канал, соединенный с выходными отверстиями для промывочной жидкости, на поверхности корпуса под углом к продольной оси выполнены лопасти на поверхности которых установлены породоразрушающие и калибрующие стенку скважины зубья, причем величина выступа породоразрушающих зубьев за габариты лопасти уменьшается от оси долота к краю, а их диаметр увеличивается. Боковая поверхность породоразрушающих и калибрующих зубьев выполнена конусной. Отверстия для установки зубьев выполнены конусными. Торцевая поверхность боковых калибрующих зубьев срезана с радиусом равным половине наружного диаметра долота. Прочность материала, из которого выполнены породоразрушающие зубья увеличивается от центра долота к краю. Угол наклона породоразрушающих зубьев к поперечному сечению уменьшается от центра долота к краю.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении бурового лопастного долота применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…2, где:
На фиг.1 приведено буровое лопастное долото в разрезе.
На фиг.2 показан вид А.
Буровое лопастное долото состоит из корпуса 1, с присоединительной резьбой 2 для крепления к буровой колонне или забойному двигателю. В корпусе 1 проходит центральный канал 3, соединенный с выходными отверстиями 4 для промывочной жидкости. На поверхности корпуса 1, под углом к продольной оси выполнены лопасти 5 на поверхности которых, установлены породоразрушающие 6 и калибрующие 7 стенку скважины зубья, причем величина выступа "h" породоразрушающих зубьев 6 за габариты лопасти 5 уменьшается от оси долота к краю, а их диаметр "d" увеличивается. Боковая поверхность породоразрушающих и калибрующих зубьев 6 и 7 выполнена конусной. Отверстия 8 для установки зубьев 6 и 7 выполнены конусными. Торцевая поверхность боковых калибрующих зубьев 7 срезана с радиусом R, равным половине наружного диаметра долота D. Прочность материала, из которого выполнены породоразрушающие зубья 6, увеличивается от центра долота к краю. Угол наклона породоразрушающих зубьев 6 к поперечному сечению уменьшается от центра долота к краю.
Буровое лопастное долото работает следующим образом. Корпус 1 присоединительной резьбой 2 крепится к буровой колонне или забойному двигателю. Буровое лопастное долото спускается на колонне труб в скважину. Включается промывка. Долото приводится во вращательное движение и подается на забой. Зубья долота взаимодействуют с породой и разрушают ее. Окружная скорость каждого породоразрушающего зуба 6 различна и увеличивается от центра долота к краю. Также увеличивается пройденный породоразрушающим зубом 6 путь и интенсивность его работы. При уменьшении от оси долота к краю, величины выступа "h" породоразрушающих зубьев 6 за габариты лопасти 5", а также при увеличении к краю их диаметра "d", ресурс работы породоразрушающих зубьев 6 становится одинактовым и не зависит от удаления зуба центра долота. Такой же эффект можно достичь используя породоразрушающие зубья из материала разной прочности, при этом механические характеристики материала, из которого выполнены породоразрушающие зубья 6, улучшаются от центра долота к краю. Для повышения устойчивости и увеличении нагрузки, которую могут выдерживать породоразрушающие зубья 6, их угол наклона к поперечному сечению уменьшается от центра долота к краю. Для лучшей фиксации породоразрушающих и калибрующих зубьев 6 и 7 в лопасти 5, их боковые поверхности, а также отверстия 8 в которые они входят, выполнены конусными.
Применение полезной модели позволило:
1. Повысить надежность лопастного долота.
2. Повысить ресурс его работы.
3. Снизить количество спускоподъемных операций.
4. Повысить механическую скорость бурения.
5. Повысить эксплуатационную стойкость породоразрушающих зубьев долота.