Комбинированный буровой инструмент

(51) 21 1/06 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Создание бурового инструмента,обеспечивающего повышение производительности,изностойкости и работоспособности при бурении преимущественно твердых абразивных пород осуществляется за счет того, что корпус шарошечного долота жестко соединен с наковальней гидроударной машины,в цилиндрической полости которой размещен подпружиненный трубчатый ударный стержень с каналами для прохода промывочной жидкости,жестко связанный со стороны забоя скважины с клинообразным лезвием, а шарошки выполнены съемными (на резьбе) относительно осей (цапф) долота. Техническим результатом является формирование периферийного кольцевого забоя и облегчение разбуривания твердых пород центральной части забоя скважин и в целом повышение стойкости,работоспособности и эффективности проходки скважины.(72) Федоров Борис Владимирович Мамедова Асел Сериковна Ратов Боранбай Товбасарович Бимендин Кайрат Каиркенович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к горной и нефтяной промышленности и может быть использовано для бурения сплошным забоем горных пород при сооружении скважин на жидкие, газообразные и твердые полезные ископаемые. Изобретение относится к комбинированному буровому инструменту, а именно к шарошечным долотам для бурения сплошным забоем абразивных пород при сооружении скважин на жидкие,газообразные и твердые полезные ископаемые. Известны Спутник буровика, А.И. Булатов,С.В. Долгов, книга 1, М. Недра 2006 год применяемые преимущественно двухи трехшарошечные долота, содержащие сваренные между собой лапы (секции), многоконусные шарошки,оснащенные стальными или твердосплавными зубками и вращающиеся на наклонных к оси долота под большим углом (45- 55 градусов) цапфах, обращенных к центру долота. Недостатком таких долот является неудовлетворительная стойкость опор. Последняя объясняется консольным расположением цапф,испытывающих большие изгибающие моменты,недостаточной жесткостью базы опоры и малой износостойкостью козырьков лап, что приводит к быстрому зауживанию диаметра скважины в абразивных породах. По этой причине 90 шарошечных долот преждевременно выходят из строя (заклиниваются) при еще работоспособном вооружении. Известно Патент 2257457 Российской Федерации, 27.07.2005 г. бюл. 211. А 1 Е 21 В 10/20. 10/22. шарошечное долото, выбранное в качестве прототипа. Долото содержит корпус с присоединительной резьбой к бурильной колонне с продувочными (или промывочными) каналами шарошки армированные твердосплавными зубьями,опорные цапфы,соединяющие шарошки с корпусом, снабженные подшипниками качения и скольжения. Тело каждой шарошки объединено в виде единой детали с опорной цапфой, ось которой образует одинаковый острый угол к вертикальной оси долота и направлено в сторону стенок скважины. Такое конструктивное оформление долота позволяет направить большую часть осевой нагрузки вдоль оси цапфы шарошки, что по сравнению с существующим консольным расположением цапф значительно улучшает условия работы опор и повышает их стойкость. Недостатком шарошечного долота, взятого в качестве прототипа, является то, что размещение шарошек с цапфами под острым углом к оси долота,повышая прочность опор, одновременно создают затруднения по разрушению центральной части забоя. Другим недостатком прототипа является нерациональная форма шарошек и их вооружения,что затрудняет калибрование диаметра скважин. Указанные недостатки снижают общую эффективность бурового процесса в крепких породах. Техническая задача заключается в создании бурового инструмента,обеспечивающего повышение производительности, изностойкости и работоспособности при бурении преимущественно твердых абразивных пород. Техническим результатом является формирование периферийного кольцевого забоя и 2 облегчение разбуривания твердых пород центральной части забоя скважин и в целом повышение стойкости, работоспособности и эффективности проходки скважины. Технический результат достигается тем, что корпус шарошечное долото жестко соединено с наковальней гидроударной машины,в цилиндрической полости которой размещен подпружиненный трубчатый ударный стержень с каналами для прохода промывочной жидкости,жестко связанный со стороны забоя скважины с клинообразным лезвием, а шарошки выполнены съемными (на резьбе) относительно осей (цапф) долота. Изобретение показано на чертежах, где на фиг.1 показана общая кампоновка комбинированного шарошечного долота с гидроударником. Шарошечное долото 1 соединено с гидроударной машиной 2 прямого действия, которая в свою очередь соединена с бурильной колонной 3. Показан ударный узел гидроударника,состоящий из подпружиннего бойка 4 и наковальни 5, соединенной через шлицевой переходник 6 с корпусом долота 7. В соосной цилиндрической полости наковальни 5, шлицевого переходника 6 и корпуса долота 7 размещен трубчатый ударный стержень 8. Последний взаимодействует с пружиной 9 и сверху заканчивается диском 10, а снизу клинообразным лезвием 11. На фиг.2 показан в увеличенном масштабе узел А (фиг.1). Шарошечное долото содержит корпус 12 с резьбой 13 для соединения с гидроударником 2. В корпусе 12 размещены оси (цапфы) 14 двух шарошек 15, армированных твердосплавными резцами 16. Оси 14 соединены с шарошками 15 на резьбе. На осях 14 размещены два подшипника скольжения 17, 18, и один шариковый подшипник 19, являющийся замковым. В осях 14 выполнены также радиальные а, б и осевой в каналы,сообщающиеся с лубрикатором 20. В упомянутых каналах размещается смазка. Для герметизации подшипников 17,18,19 и оси 14 служит резинометаллическое уплотнение 21. На фиг.3 показан вид на долото с торца по стрелке Б (на фиг.2). Показаны шарошки 15,клинообразное лезвие 11, а также промывочные каналы г. Работа комбинированного инструмента осуществляется следующим образом. Долото с гидроударником соединяется с бурильной колонной 3 и опускается в скважину. При постановке на забой, подаче промывочной жидкости по бурильной колонне шлицевой переходник занимает верхнее положение, и начинается работа гидроударника 2. Боек 4 последнего начинает наносить с определенной частотой ударные импульсы, которые передаются ударному стержню 8 и частично наковальне, которая жестко связана через переходник 6 и корпус долота 7 с шарошками 15. При вращении бурового инструмента шарошки разрушают наиболее трудно буримую периферийную угловую часть забоя, а центральная часть последнего разрушается ударами клинообразного лезвия 11 трубчатого стержня 8. При этом интенсивность разрушения забоя шарошками возрастает за счет передачи части ударной энергии от наковальни гидроударника. Для стабильного разрушения центральной части забоя клинообразным лезвием, часть трубчатого стержня имеет шлицы, что позволяет лезвию вращаться совместно с долотом и наносить удары, т.е. провести рациональную обработку центральной части забоя, которая не разрушается шарошками. Для облегчения калибрования формирующейся скважины по диаметру образующие конусов основных шарошек, обращенные к стенкам скважины, выполнены параллельно стенкам скважины. Для охлаждения шарошек и выноса продуктов разрушения отработанная промывочная жидкость (вода или глинистый раствор) из бойка гидроударника через радиальные каналы наковальни 5 и трубчатого стержня 8 попадает внутрь последнего. Далее часть жидкости выбрасывается через наклонные каналы стержня,расположенные в нижней его части, другая часть через каналы г, расположенные в корпусе 7(фиг.3). Для повышения надежности и ресурса комбинированного инструмента оси шарошек выполнены герметизированными. Система смазки увеличивает срок подшипников, а наличие лубрикатора 20(фиг.2) препятствует проникновению бурового раствора со шламом внутрь опоры шарошек. После окончания рейса комбинированный буровой инструмент поднимается на поверхность,шарошки отвинчиваются от осей и заменяются новыми, инструмент вновь спускается в скважину, и бурение продолжается. Таким образом, использование предлагаемого комбинированного бурового инструмента эффективно решает задачу разрушения центральной части забоя скважины ударными импульсами при одновременной интенсификации разрушения периферийной кольцевой области забоя за счет передачи части ударной энергии шарошкам. Предлагаемый комбинированный буровой инструмент может быть изготовлен конструктивными размерами в соответствии с существующими стандартами, характерными для бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые, найти преимущественное применение при бурении твердых абразивных пород. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Комбинированный буровой инструмент,содержащий корпус с ниппелем и продувочными каналами,цапфы,несущие шарошки с фрезерованными зубьями или армированные твердосплавными зубьями, имеющие усеченную сферическую форму на части их рабочей поверхности, оси (цапфы), составляющие острый угол с осью долота и направленные в сторону периферии забоя, а образующие конусы шарошек выполнены параллельными к стенкам скважины,отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидроударник, который с помощью резьбового соединения установлен между долотом и концом бурильной колонны так, что наковальня гидроударника и корпус долота имеет цилиндрическую осевую полость, в которой размещен подпружиненный трубчатый ударный стержень с каналами для прохода промывочной жидкости, жестко связанный со стороны забоя скважины с клинообразным лезвием, а шарошки выполнены съемными относительно осей (цапф) долота.