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 продувочных сопел с установленными в них шламозащитными запорными органами в виде усеченного конуса из эластично 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 долоту по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы со смонтированными на них шарошками и продувочными каналами, в которых установлены обратные клапаны, состоящие из защитного корпуса и подпружиненной в осевом направлении направляющей (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 усиленным износом контактной поверхности направляющей с седлом защитного корпуса, приводящим к образованию канавок на их контактной поверхности и проникновению через них шлама, особенно при проходке водоносных горизонтов.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет улучшения надежности работы обратного клапана.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающее лапы со смонтированными на них шарошками и продувочными каналами, в которых установлены обратные клапаны, состоящие из защитного корпуса и подпружиненной в осевом направлении направляющей, согласно изобретению, обратный клапан снабжен трубчатым элементом из эластичного материала, при этом направляющая выполнена с продольными пазами на наружной поверхности, перекрытыми в исходном положении трубчатым элементом.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- нижняя часть направляющей и контактирующая с ней средняя часть трубчатого элемента выполнены в виде конуса;
- трубчатый элемент ниже конической части образован двумя полуцилиндрическими участками, прилегающими один к другому плоскими гранями, которые зафиксированы в исходном положении пружинным кольцом;
- выходная часть трубчатого элемента выполнена в виде конического раструба.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота, на фиг.2 - продольный разрез обратного клапана в исходном положении; на фиг.3 - то же, в рабочем положении, на фиг.4, 5 и 6 - сечение А-А на фиг.3 (варианты выполнения запорного органа), на фиг.7 - вид Б на фиг.3, на фиг.8 - сечение В-В на фиг.2.
Буровое шарошечное долото включает лапы 1 с присоединительным ниппелем 2, смонтированными на них шарошками 3. В лапах 1 выполнены каналы 4 для подачи в опоры шарошек 4 смазывающего и охлаждающего агентов и продувочные каналы 5. В последних установлены обратные клапаны 6, состоящие из защитного корпуса 7 и подпружиненного пружиной сжатия 8 в осевом направлении направляющей 9. Обратный клапан снабжен трубчатым элементом 10 из эластичного материала, предохраняющим совместно с направляющей 9 попадание шлама в полость защитного корпуса 7 и полость опоры шарошек 3. Нижняя часть направляющей 9 и контактирующая с ней средняя часть 16 трубчатого элемента 10 выполнены в виде конуса. При этом трубчатый элемент 10 ниже конической части образован двумя полуцилиндрическими участками 11, прилегающими обращенными один к другому плоскими гранями 12 и зафиксированными в исходном положении любым известным способом, например, стопорным пружинным разрезным кольцом 13 или кольцевой пружиной растяжения (не показано). Выходная часть трубчатого элемента 10 выполнена в виде конического раструба 14, предохраняющего в процессе работы стопорное кольцо 13 от выпадения. Направляющая 9 обратного клапана 6 выполнена с продольными пазами 15 на наружной поверхности, перекрытыми в исходном (транспортном) положении трубчатым элементом 10 и предназначенными для прохода очистного агента. При этом благодаря различной форме продольных пазов 15 (см. фиг.4, 5 и 6) можно широко варьировать и схемой очистки забоя от шлама в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород и типоразмера долот. В верхней части запорного органа 9 расположен диск 24 с каналами 17 и направляющими выступами 18, обеспечивающими сохранность заданной схемы очистки забоя от шлама. Выступы 18 диска 24 размещают в пазах 19 на внутренней поверхности защитного корпуса 7, закрепленного в канале лапы 1 стопорным элементом, например, штифтом 20, установленным в совмещенных радиальных каналах 21 и 22 соответственно лапы 1 и защитного корпуса 7. Подпружиненная направляющая 9 зафиксирована от перемещения вверх пружинным разрезным стопорным кольцом 23, устанавливаемым в кольцевой расточке защитного корпуса 7.
В процессе бурения поток газообразного агента, в котором могут быть распылено смазывающе-охлаждающее вещество (например, масло), проходит через ниппель 2, продувочные каналы 5, каналы 17 диска 24, продольные пазы 15 и поступает в полость обратного клапана 6. При этом под действием нисходящего потока сжатого воздуха направляющая 9 перемещается вниз и, воздействуя своим коническим торцом на конический участок 16 эластичного трубчатого элемента 10, растягивает его, образуя канал для подачи очистного агента на забой. Одновременно разжимается и кольцо 13, служащее дополнительным запором для трубчатого элемента 10. Необходимость использования дополнительного стопорного кольца связано с потерей эластичных свойств трубчатого элемента 10 в процессе работы. В связи с этим усилия эластичного трубчатого элемента 10 бывает недостаточно для надежной герметизации полости защитного корпуса 7. В процессе работы долота эластичный трубчатый элемент 10 удерживается в раскрытом положении направляющей 9, которая выходит за нижний торец трубчатого элемента 10.
В случае отключения источника подачи сжатого воздуха направляющая 9 под действием пружины 8 поднимается вверх, трубчатый элемент 10 охлопывается, принимая первоначальную форму (см. фиг.2) и перекрывая доступ шлама в ниппельную полость долота, а следовательно, и в его опоры. При этом частицы шлама, попавшие между плоскими гранями 12, утапливаются в эластичном материале и контактирующие плоскости 12 плотно прилегают одна к другой под воздействием как сил упругости материала, так и под действием пружинного кольца 13. При бурении по водоносным горизонтам этому способствует также и гидростатическое давление столба жидкости, находящейся в скважине.
При износе обратного клапана или его элементов они могут быть легко заменены запасными непосредственно на буровой.
Применение предложенного долота позволяет повысить эффективность буровых работ.