БУРОВОЕ ДОЛОТО
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 продувочных сопел с установленными в них шламозащитными запорными органами в виде усеченного конуса из эластичного материала, соединенными с корпусом долота пружиной растяжения (см. авт.св. СССР №1492018, Е21В 27/00, 1989 г.).
Недостатком этого долота является возможность выхода запорного органа и пружины за пределы корпуса долота во время работы, что приводит к повреждению шламозащитного органа обратным потоком очистного агента, особенно при наличии абразивных частиц. Это приводит к износу контактной поверхности шламозащитного органа со стенками сопла и как следствие этого к разгерметизации запорного органа.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, включающее корпус со смонтированными на его цапфах шарошками и продувочный канал, в котором установлен обратный клапан, состоящий из защитного кожуха, жестко соединенного с корпусом, и размещенного в его полости запорного органа (см. патент РФ №2098596, кл. Е21В 10/60,1997 г.).
Основным недостатком данного долота является малая эффективность его работы из-за низкой надежности обратного клапана, особенно при бурении по абразивным породам на форсированных режимах с использованием высокопроизводительного компрессорного оборудования. Связано это с возможностью зашламования полости обратного клапана, где размещена пружина сжатия. Другой причиной низкой эффективности работы долота является невозможность регулирования скорости подачи очистного агента за исключением изменения объема прокачиваемого компрессора воздуха.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет улучшения надежности работы обратного клапана и возможности регулирования скорости подачи очистного агента не только за счет изменения объема подаваемого очистного агента, но и за счет изменения поперечного сечения каналов, через которые подается очистной агент.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом долоте, включающем корпус со смонтированными на его цапфах шарошками и продувочный канал, в котором установлен обратный клапан, состоящий из защитного кожуха, жестко соединенного с корпусом, и размещенного в его полости запорного органа, согласно изобретению обратный клапан установлен по оси долота, защитный кожух выполнен со сквозными пазами по числу шарошек, направленными в межшарошечное пространство, а запорный орган выполнен в виде пружины растяжения с направляющим конусом, при этом верхний конец пружины растяжения жестко соединен с защитным кожухом, а нижний - с направляющим конусом.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что диаметр витков пружины растяжения в средней части и на концевых участках различен.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота, на фиг.2 - продольный разрез обратного клапана в рабочем положении; на фиг.3 - схема взаимного расположения шарошек и продувочных пазов обратного клапана; на фиг.4 - защитный кожух в аксонометрии.
Буровое долото включает корпус 1 с присоединительным ниппелем 2 и смонтированные на цапфах корпуса 1 шарошки 3. В лапах 1 выполнены каналы 4 для подачи в опоры шарошек 4 смазывающего и охлаждающего агентов и продувочные каналы 5. В канале 5 установлен центральный обратный клапан 6, установленный по оси долота и состоящий из защитного кожуха 7 и запорного органа 8. Защитный кожух 7 обратного клапана 6 выполнен со сквозными пазами 9, число которых соответствует числу шарошек 3. Пазы 9 ориентированы в межшарошечное пространство 10. Запорный орган 8 обратного клапана 6 выполнен в виде пружины растяжения с направляющим конусом 11, при этом верхний конец пружины растяжения жестко соединен с защитным кожухом 7, а нижний - с направляющим конусом 11. Защитный кожух 7 соединен с корпусом 1 любым известным способом, например стопорным штифтом 12 или посредством резьбы (не показано). В зависимости от условий работы диаметр витков пружины растяжения в средней части и на концевых участках различен. При наличии абразивных частиц в очистном агенте в средней части пружины используют витки большего диаметра, что предохранит витки от усиленного износа и обеспечит надежную работу долота в течение всего рейса. В других случаях средней части пружины можно использовать витки меньшего диаметра для уменьшения сопротивления очистному агенту.
В процессе бурения одна часть потока газообразного агента, в котором может быть распылено смазывающе-охлаждающее вещество (например, масло) путем установки специального конического отражателя (не показано) через каналы 4 подается в полость опор долота, а другая часть потока проходит через ниппель 2, продувочный канал 5 и поступает в полость обратного клапана 6. Под действием нисходящего потока сжатого воздуха, действующего на направляющий конус 11, запорный орган 8 перемещается вниз, растягивая витки пружины. При этом путем подбора жесткости пружины можно регулировать расстояние от каналов запорного органа 8 до забоя, а также и проходное сечение напорных каналов и тем самым дополнительно регулировать скорость потока нагнетаемого очистного агента. Одновременно с этим достигается и лучшая очистка вооружения шарошек от шлама. Для этого используется часть потока - А очистного агента, направляемого на рабочую поверхность шарошек 3 через щели, образованные стенками направляющего конуса 11 и защитного кожуха 7. При этом другая часть потока - Б направляется в межшарошечное пространство и обеспечивает очистку забоя от шлама, направляя поток очистного агента в направлении от центра к периферии и далее в затрубное пространство.
В случае отключения источника подачи сжатого воздуха пружина растяжения сжимается, пружинные витки запорного органа 8 мгновенно смыкаются, прилегая один к другому, и перекрывают доступ шлама в ниппельную полость долота, а следовательно, и в его опоры. Это исключает операцию по подъему долота с забоя скважины и очистку его опор от шлама для последующего спуска долота в скважину.
При износе обратного клапана или его элементов они могут быть легко заменены запасными частями непосредственно на буровой.
Предложенное долото имеет простую конструкцию, а применение его позволяет повысить эффективность буровых работ и значительно снизить их стоимость.