БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) к обоим предложенным вариантам по технической сущности и достигаемому результату является, буровое шарошечное долото, содержащее корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленными в пазах корпуса лапами с шарошками, (Патент РФ №2146754, опубл.20.03.2000).
Использование в прототипе величины d - диаметра большого основания конического ниппеля бурового долота в соотношении d/D, где D - наружный (номинальный) диаметр бурового долота, не позволяет получить требуемой точности присоединительной резьбы бурового долота, так как она является справочной величиной. В связи с этим возникает сложность обеспечения одного из основных параметров замкового резьбового соединения бурового долота - натяга резьбы.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности долота и технологичности его изготовления за счет использования в предлагаемом техническом решении величины d - наружного диаметра резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота в соотношении d/D, где D - наружный (номинальный) диаметр бурового долота. Кроме того, использование величины d в соотношении d/D повышает точностые параметры резьбы ниппеля бурового долота, что в свою очередь увеличивает надежность его крепления с колонной бурильных труб, за счет получения гарантированного натяга резьбового соединения.
Кроме этого, техническим результатом является повышение эффективности работы бурового долота за счет формирования внутреннего канала ниппеля долота для создания лучших условий прохождения через него промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси путем выполнения следующего соотношения:
ВН
d/d=0,7-17,0
где:
d - наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота,
ВН
d - диаметр вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
Для обеспечения равномерного распределения общего потока промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси, проходящей через внутренний канал ниппеля бурового долота, и адресной подачи агента к гидромониторным насадкам и в подшипниковые узлы шарошек бурового долота, внутренний канал ниппеля может состоять из n каналов, где n≥2.
При наличии нескольких каналов в ниппеле
где,
1
2
n
d, d,..., d - диаметры вписанных в каждом из внутренних каналов ниппеля окружностей, расположенных в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
Достижение поставленного технического результата по первому варианту обеспечивается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащим корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленные в пазах корпуса лапы с шарошками, наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением: d/D=0,2-0,6.
вн
BH
Наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота - d связан с диаметром вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота - d соотношением: d/d=0,7-17,0.
Достижение поставленного технического результата по второму варианту обеспечивается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащим корпус с коническим ниппелем с внутренним каналом и выполненной на ниппеле резьбой, промывочными каналами и пазами на наружной поверхности и жестко закрепленными в пазах корпуса лапами с шарошками, внутри ниппеля выполнены n каналов, где n≥2, наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота - d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота - D соотношением: d/D=0,2-0,6.
вн
BH
Наружный диаметр резьбы малого основания конуса ниппеля бурового долота - d связан с диаметром вписанной во внутреннем канале ниппеля окружности, расположенной в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота - d соотношением: d/d=0,7-17,0.
где
где,
l
2
n
d, d,..., d - диаметры вписанных в каждом из внутренних каналов ниппеля окружностей, расположенных в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
На фигуре 1 изображен общий вид бурового долота в разрезе по первому варианту.
На фигуре 2 изображен общий вид бурового долота в разрезе по второму варианту.
Первый вариант выполнения долота.
Буровое долото содержит корпус 1 с коническим ниппелем 2 и нанесенной на нем присоединительной конической резьбой 3, каналами 4 для промывки (продувки) и пазами 5 на наружной поверхности, в которых жестко, например, сваркой закреплены вставные секции, состоящие из лап 6 на цапфах 7, которых посредством подшипников 8 установлены шарошками 9 с породоразрушающими элементами 10 в виде фрезерованных зубьев или твердосплавных зубков. В ниппеле 2 выполнен внутренний канал 11.
Наружный диаметр резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота - d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением: d/D=0,2-0,6.
вн
BH
Наружный диаметр резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота - d связан с диаметром вписанной во внутреннем канале 11 ниппеля 2 окружности, расположенной в основной плоскости резьбы 3 ниппеля 2 бурового долота - d соотношением: d/d=0,7-17,0
Буровое долото работает следующим образом. Компоновка низа буровой колонны (КНБК) формируется, так что последним элементом КНБК присоединяемым к буровому ставу, является буровое долото. В связи с этим к надежности его резьбового соединения предъявляются наиболее высокие требования. При соединении долота к буровой колонне должен обеспечиваться гарантированный натяг, осуществляемый строгим соблюдением параметров присоединительной резьбы 3. Поэтому, введение в предлагаемое техническое решение конкретного параметра присоединительной резьбы 3 долота, а именно наружного диаметра резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота - d позволит обеспечить требуемую степень надежности крепления бурового долота. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 10 долота внедряются в породу и разрушают ее. При этом промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь, нагнетаемая под давлением через колонну бурильных труб, через внутренний канал 11 и каналы 4 долота выносит с забоя на поверхность разрушенную породу.
Одновременно с этим промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь охлаждает породоразрушающие элементы 10 и подшипниковые узлы шарошек бурового долота.
Эффективность работы долота обеспечивается во многом благодаря интенсивному удалению с забоя разбуриваемой породы (шлама). Это процесс зависит от обеспечения требуемых условий для промывки или продувки.
Наилучшие условия прохождения промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси обеспечиваются определенными требованиями по формированию внутреннего канала 11 ниппеля 2 долота. Следует отметить, что, как правило, номинальные размеры резьбы ниппеля долота задаются в основной ее плоскости (см. фиг.1, 2), которая располагается перпендикулярно оси резьбы долота; в ней же измеряются размеры наружного, среднего и внутреннего диаметра конической резьбы.
Чаще всего в основной плоскости резьбы 3 выполнен один внутренний канал 11 ниппеля 2 долота, но их может быть и несколько. Они могут выполняться, как правильной формы в виде цилиндра, прямого или обратного конуса, так и неправильной формы.
Второй вариант выполнения долота.
Буровое долото содержит корпус 1 с коническим ниппелем 2 и нанесенной на нем присоединительной конической резьбой 3, каналами 4 для промывки (продувки) и пазами 5 на наружной поверхности, в которых жестко, например, сваркой закреплены вставные секции, состоящие из лап 6 на цапфах 7, которых посредством подшипников 8 установлены шарошками 9 с породоразрушающими элементами 10 в виде фрезерованных зубьев или твердосплавных зубков. В ниппеле 2 выполнены внутренние n каналов 11, где n≥2.
Наружный диаметр резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота d связан с наружным (номинальным) диаметром бурового долота D соотношением: d/D=0,2-0,6.
вн
Наружный диаметр резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота - d может быть связан с диаметром вписанной во внутреннем канале 11 ниппеля 2 окружности, расположенной в основной плоскости резьбы 3 ниппеля 2 бурового долота - d соотношением:
BH
d/d=0,7-17,0
где
где,
n
dl, d2,..., d - диаметры вписанных в каждом из внутренних каналов ниппеля окружностей, расположенных в основной плоскости резьбы ниппеля бурового долота.
Буровое долото работает следующим образом. Компоновка низа буровой колонны (КНБК) формируется, так что последним элементом КНБК присоединяемым к буровому ставу, является буровое долото. В связи с этим к надежности его резьбового соединения предъявляются наиболее высокие требования. При соединении долота к буровой колонне должен обеспечиваться гарантированный натяг, осуществляемый строгим соблюдением параметров присоединительной резьбы 3. Поэтому, введение в предлагаемое техническое решение конкретного параметра присоединительной резьбы 3 долота, а именно наружного диаметра резьбы 3 малого основания конуса ниппеля 2 бурового долота - d позволит обеспечить требуемую степень надежности крепления бурового долота. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 10 долота внедряются в породу и разрушают ее. Промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь, нагнетаемая под давлением через колонну бурильных труб, через внутренние каналы 11 и каналы 4 долота выносит с забоя на поверхность разрушенную породу. При этом для обеспечения равномерного распределения общего потока промывочной жидкости или воздушно-водяной смеси, проходящей через внутренний канал 11 ниппеля 2 бурового долота, и адресной подачи агента к гидромониторным насадкам и в подшипниковые узлы шарошек бурового долота, внутренний канал 11 ниппеля 2 может состоять из n каналов, где n≥2. Одновременно с этим промывочная жидкость или воздушно-водяная смесь охлаждает породоразрушающие элементы 10 и подшипниковые узлы шарошек бурового долота
Пример выполнения
Для определения заявленного диапазона d/D был проанализирован основной размерный ряд буровых долот от минимального диаметра 95,3 мм до максимального диаметра 711,2 мм с резьбами от З-66 до З-203 в соответствии с ГОСТами 20692-2003, ГОСТа 5286-75 и ГОСТа Р 50864-96.
Так, например, долото диаметром D=711,2 мм имеет d=144,550 мм. Таким образом, d/D=0,203; долото диаметром D=241,3 мм имеет d=131,030 мм. Таким образом, d/D=0,543.
Приведенные примеры подтверждают правомерность заявленного диапазона d/D=0,2-0,6. При этом анализ соотношения d/D показал, что минимальное значение соотношения d/D получено для долота с D=711,2 мм при d=144,150 мм, а максимальное значение получено для долота с D=241,3 мм и d=131,030 мм.
Из вышесказанного следует, что заявленный диапазон d/D=0,2-0,6 позволяет повысить надежность бурового долота, за счет обеспечения надежности его резьбового соединения. При этом при прочих равных условиях, например, одинаковом dвн выполнение d/D
больше 0,6 не ведет к повышению надежности бурового долота, однако приводит к увеличению его ниппельной части и, следовательно, к неоправданному повышению его металлоемкости из-за роста толщины стенок ниппеля. Все это снижает технологичность изготовления долота в целом.
В свою очередь при d/D меньше 0,2 значительно падает надежность бурового долота, вследствие снижения несущей способности резьбового ниппеля за счет уменьшения его размеров и в частности уменьшения толщины его стенок.