Буровое одношарошечное долото (варианты)
ROLLING ONE-CONE DRILLING BIT (VERSIONS)

Изобретение относится к буровой технике, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа.
Известно буровое одношарошечное долото, включающее корпус с наклонной цапфой, на которой посредством замкового подшипника закреплена шарошка, наружная поверхность которой армирована вставными зубками (см. Масленников И.К. Справочник «Буровой инструмент», М., Недра, 1989, с. 16-18).
Недостатком данного долота является низкая эффективность в работе, а именно проходка и механическая скорость бурения, связанные с трудностью разрушения центральной части забоя из-за малой угловой скорости вращения вооружения шарошки.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа буровое одношарошечное долото, содержащее корпус с центральным и двумя боковыми каналами, выходящими на его боковую поверхность, один из которых сообщен с центральным каналом для подачи промывочной жидкости касательно к поверхности шарошки, а другой, выполненный с возможностью прохода промывочной жидкости и образующегося керна, выходит в сужающуюся часть внешней поверхности корпуса и сообщен с осевым каналом цапфы, образуя один прямолинейный канал, в котором по оси корпуса установлен кернолом, цапфа жестко соединена с корпусом и установлена наклонно к оси корпуса, шарошка с вооружением на ее наружной поверхности установлена с возможностью вращения относительно цапфы посредством замкового подшипника (см. SU 269085, опубл. 23.07.1988).
К недостаткам прототипа следует отнести возможность возникновения аварийной ситуации, поскольку при бурении, особенно по твердым и крепким породам, возможно заклинивание кусков керна между стенками скважины и сужающимся корпусом долота.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы бурового долота.
Указанный технический результат достигается тем, что буровое одношарошечное долото содержит корпус с центральным и двумя боковыми каналами, выходящими на его боковую поверхность, один из которых сообщен с центральным каналом для подачи промывочной жидкости касательно к поверхности шарошки, а другой, выполненный с возможностью прохода промывочной жидкости и образующегося керна, выходит в сужающуюся часть внешней поверхности корпуса и сообщен с осевым каналом цапфы, образуя один прямолинейный канал, в котором по оси корпуса установлен кернолом, цапфа жестко соединена с корпусом и установлена наклонно к оси корпуса, шарошка с вооружением на ее наружной поверхности установлена с возможностью вращения относительно цапфы посредством замкового подшипника, согласно изобретению, корпус в зоне контакта с верхней выходной частью указанного прямолинейного канала оснащен рабочими элементами в виде шаров, наружная поверхность которых армирована износостойким материалом. Согласно первому варианту, шары размещены в полостях корпуса, расположенных на сужающейся части внешней поверхности корпуса в зоне контакта с верхней выходной частью указанного прямолинейного канала. Согласно второму варианту, шары размещены в полостях эластичного материала, закрепленного на сужающейся части внешней поверхности корпуса в зоне контакта с верхней выходной частью указанного прямолинейного канала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид долота в продольном разрезе (вариант 1), на фиг. 2 представлен общий вид долота в продольном разрезе (вариант 2), на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2.
Буровое одношарошечное долото содержит корпус 1 с центральным 7 и двумя боковыми каналами 6 и 8, выходящими на его боковую поверхность, один из которых сообщен с центральным каналом 7 для подачи промывочной жидкости касательно к поверхности шарошки 4, а другой, выполненный с возможностью прохода промывочной жидкости и образующегося керна, выходит в сужающуюся часть внешней поверхности корпуса и сообщен с осевым каналом цапфы, образуя один прямолинейный канал 6, в котором по оси корпуса установлен кернолом 9. Цапфа 2 жестко соединена с корпусом 1 и установлена наклонно (под углом α) к оси корпуса 1. Шарошка 4 с вооружением 5 на ее наружной поверхности установлена с возможностью вращения относительно цапфы 2 посредством замкового подшипника 3.
Корпус 1 в зоне контакта с верхней выходной частью указанного прямолинейного канала 6 оснащен рабочими элементами в виде шаров 12, наружная поверхность которых армирована износостойким материалом. Согласно одному варианту исполнения, шары 12 размещены в полостях корпуса 1 (см. фиг. 1), расположенных на сужающейся части внешней поверхности корпуса в зоне контакта с верхней выходной частью указанного прямолинейного канала 6.
Согласно второму варианту исполнения, шары могут быть размещены в полостях эластичного материала 13 (см. фиг. 2, 3), закрепленного на сужающейся части внешней поверхности корпуса 1 в зоне контакта с верхней выходной частью указанного прямолинейного канала 6.
Принцип работы бурового долота заключается в следующем. После спуска на колонне труб бурового долота на него прикладывают осевую нагрузку и крутящий момент. Под действием этих сил рабочие органы бурового долота внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода в виде шлама выносится на поверхность промывочной жидкостью, подаваемой через боковой промывочный канал 8 корпуса 1, а затем - через канал 6 в цапфе 2. Образующийся в процессе бурения цилиндрический столбик керна 10 скалывается керноломом 9 на отдельные куски 11, которые выносятся через канал 6 в затрубное пространство и далее на поверхность. При бурении, особенно по твердым и крепким породам, возможно заклинивание кусков керна 11 между стенками скважины 7 и сужающимся корпусом 1 долота, что может привести к возникновению аварийной ситуации. Для исключения такой ситуации корпус 1 в зоне контакта с верхней выходной частью канала 6 цапфы 2 оснащен рабочими элементами в виде шаров 12, наружная поверхность которых армирована износостойким материалом, например, релитом. При этом шары 12 могут быть подпружинены как в радиальном, так и в вертикальном направлениях, для чего шары 12 размещают в полостях эластичного материала 13.
Благодаря использованию в качестве рабочих элементов для разрушения кусков 11 керна шаров 12 обеспечивается равномерная загрузка всей их поверхности, что позволяет значительно увеличить работоспособность узла для разрушения керна, а следовательно и долота в целом. К тому же это позволяет значительно снизить энергоемкость процесса разрушения породы и тем самым повысить эффективность работы долота.