БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
ROLLING DRILLING BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин с очисткой забоя скважин газообразным агентом.
Известно буровое шарошечное долото для бурения скважин с очисткой забоя скважин газообразным агентом, включающее лапы с ниппельной частью и каналами для продувки опор шарошек, центральное продувочное сопло, закрепленную в сопле втулку с боковыми окнами и конусным отражателем, установленным навстречу потоку газообразного агента, и обратный клапан (см. авт. св. СССР №571574, кл. Е21В 10/24, 1974).
Недостатком этого долота является сложность конструкции обратного клапана и неэффективная система защиты опор шарошек от шлама, связанная со схемой размещения обратного клапана в специальном переходнике, расположенном над долотом.
Наиболее близким к предложенному долоту по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы со смонтированными на них шарошками и каналами для подачи в опоры шарошек смазывающего и охлаждающего агентов, центральное продувочное сопло с установленной в нем втулкой с двумя диаметрально расположенными боковыми окнами и конусным отражателем и установленный внутри втулки для перекрытия ее боковых окон обратный клапан из эластичного материала (см. авт. св. СССР №947380, кл. Е21В 10/22, 1982 г.).
Основным недостатком данного долота является малая эффективность его работы из-за низкой надежности обратного клапана, особенно при бурении на форсированных режимах с использованием высокопроизводительного компрессорного оборудования. Связано это со спецификой работы обратного клапана из эластичного материала. При подаче очистного агента он оказывает на перекрывающие боковые окна втулки участки эластичного материала неодинаковое воздействие вследствие различного перепада давления на входах боковых окон. Это в свою очередь объясняется как ориентацией боковых окон относительно каналов для продувки опор, так и несоосностью установки сопла относительно оси долота. Разное же давление на входах окон вызывает в эластичном материале различные по величине напряжения, действие которых усугубляется большими пульсациями давления в потоке газообразного агента, заставляющими эти участки интенсивно вибрировать. Это приводит к возникновению остаточных деформаций в эластичном материале вставки вплоть до отрыва свободного конца вставки со стороны наиболее нагруженного участка.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет улучшения надежности работы обратного клапана путем уравнивания и снижения возникающих в его материале напряжений.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы со смонтированными на них шарошками и каналами для подачи в опоры шарошек смазывающего и охлаждающего агентов, центральное продувочное сопло с установленной в нем втулкой с двумя диаметрально расположенными боковыми окнами и конусным отражателем и установленный внутри втулки для перекрытия ее боковых окон обратный клапан из эластичного материала, согласно изобретению обратный клапан выполнен в виде полого цилиндра с внутренней перегородкой, расположенной диаметрально по всей его высоте, при этом ось перегородки совмещена с плоскостью, проходящей через середину боковых окон.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что обратный клапан закреплен внутри втулки по всей его высоте своими боковыми участками, расположенными перпендикулярно к продольной оси перегородки.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид долота в продольном разрезе по линии А-А на фиг.2; на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1.
Буровое шарошечное долото включает лапы 1 со смонтированными на них шарошками (не показаны) и каналами 2 для подачи в опоры шарошек смазывающего и охлаждающего агентов и центральное продувочное сопло 3. В продувочном сопле 3 посредством резьбы 12 закреплена втулка 4 с двумя диаметрально расположенными боковыми окнами 5 и конусным отражателем 6 на верхнем конце, ориентированным конической вершиной навстречу потоку газообразного агента. Конусный отражатель 6 выполняет роль сепаратора. Внутри втулки 4 для перекрытия ее боковых окон 5 установлен обратный клапан 7 из эластичного материала. Обратный клапан 7 выполнен в виде полого цилиндра с внутренней перегородкой 8, расположенной диаметрально по всей его высоте, при этом ось перегородки 8 совмещена с плоскостью, проходящей через середину боковых окон 5. Обратный клапан 7 закреплен внутри втулки 4 по всей его высоте своими боковыми участками, расположенными перпендикулярно к продольной оси перегородки 8. Крепление обратного клапана 7 может осуществляться посредством различных клеев или планок 9 с болтами 10 и гайками 11. Могут быть использованы для этой цели и другие известные средства.
В процессе бурения поток газообразного агента, в котором могут быть распылено смазывающе-охлаждающее вещество (например, масло) встречает на входе в ниппельную часть долота препятствие в виде конусного отражателя 6. В результате смазывающе-охлаждающее вещество отделяется от потока, конденсируясь на поверхности конического отражателя 6, и отбрасывается к стенкам полости ниппельной части долота, по которым оно стекает на ее дно. Оттуда смазывающе-охлаждающее вещество вместе с частью газообразного агента по каналам 2 в лапах 1 поступает в опоры шарошек, смазывая их и охлаждая. Очищенный газообразный агент через боковые окна 5 втулки 4 воздействует на боковые стенки обратного клапана 7, выполненного в виде полого цилиндра из эластичного материала, вызывая деформацию цилиндра в поперечном направлении. В этом положении обратный клапан 7 открыт и очищенный воздух беспрепятственно поступает в центральное продувочное сопло 3 и далее на забой скважины. При прекращении подачи газообразного агента обратный клапан 7 за счет упругих свойств эластичного материала восстанавливает свою первоначальную форму и центральное сопло 3 оказывается изолированным от призабойного пространства и тем самым предотвращает попадание жидкого шлама в ниппельную полость долота. При этом благодаря выполнению обратного клапана 7 с внутренней перегородкой 8, расположенной диаметрально по всей его высоте, гарантируется надежная герметизация ниппельной полости за счет плотного прилегания обратного клапана 7 к боковым окнам 5 втулки 4 по всей их высоте. Этому способствует также и симметричное расположение перегородки 8 относительно боковых окон 5, обеспечивающее равномерную нагрузку на всю поверхность обратного клапана 7. Крепление обратного клапана 7 внутри втулки 4 по всей высоте клапана обеспечивает его хорошую центрацию и снижение вероятности возникновения вибрации обратного клапана 7, что также способствует повышению надежности герметизации ниппельной полости долота и, как следствие этого, повышению эффективности работы обратного клапана и предохранению попадания шлама в опоры долота.
Все это в целом повышает эффективность работы бурового долота.