Бурильная головка

(71) Среднеазиатский государственный научно-исследовательский и проектный институт газовой промышленности(56) Шарошечные долота и бурильные головки. Каталог, ЦИНТИХимнефтемаш, М,;1987, с.77,Авторское свидетельство СССР %1680929, кл, Е 21 В 10/08, 1990. Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к породоразрушающему инструменту для бурения нефтяных, газовых и других скважин с отбором керна.Известны четырехшарошечные бурильные головки с закрепленными на лапах коническими шаоошками, которые обращены вовнутрь, Недостатком, этих бурильных головок является то, что вершинные венцы шарашек, представленные одним-двумя твердосплавными зубками. находящимися на оси вращения шарошек, в отличие от других венцов работают в режиме резания, находясь в постоянном контакте с породой забоя, По этой причине приходящаяся на вершинные венцы контактная работа разрушения в несколько раз выше по сравнению с другими венцами, что обуславливает опережающий износ вершинных венцов. При бурении в абразивных породах наступление(57) Область использования: бурение нефтяных, газовых и других скважин с отбором керна породоразрушающим инструментом, Техническая сущность; для повышения эффективности работы бурильной головки вооружение шарошки усилено по обьему, Это достигнуто за счет того, что внутреннее основание шарошки выполнено в виде выпуклой поверхности. Цапфа выполнена с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности. При работе повышается износостойкость вершинной части шарошки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. полного износа вершинных венцов приводит к быстрому истиранию тела шарошек с выламыванием и выпадейием зубкового вооружения последующих венцов, В результате вершины шарошек "срезаются" вплоть до обнажения цапф бноильной головки, а процесс выбуривания керна идет с образованием в призабойной части породного конуса, на котором бурильная головка в конце концов заклинивается. Таким образом, проходка на бурильную головку (за рейс) ограничивается опережающим износом вершинных венцов шарошек. По мере развития описанного процесса снижается и механическая скорость проходки.:.- -:- Известна бурильная головка, снабженная шарошками с вогнутой вершинной частью, закрепленными на цилиндрических цапфах. Недостатком этой бурильной головки является то, что величина радиуса кривизны вогнутой сферической поверхностивершинной части шарашек не позволяет разместить требуемый объем твердосплавного вооружения для обеспечения сопоставимой износостойкости вершинной и периферийной частей шарошек. Величина 5 радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части шарошки лимитируется толщиной этой части тела шарашки, толщина же в свою очередь ограничена длиной цилиндрической цапфы, 10 на которой закреплена шарошка, Таким образом, хотя техническое решение по прототипу и повышает износостойкость вершинных венцов шарошек бурильной головки по сравнению с аналогом, однако оно 15 не достаточно эффективно для условий бурения в крепких абразивных. породах. (Об этом свидетельствует полученный опыт отработки опытной партии бурильных головок, изготовленных в соответствии с 20 техническим решением, принятым за прототип),Целью изобретения является повышение эффективности работы бурильной головки за счет возможности усиления 25 вооружения по объему.Поставленная цель достигается тем, что у бурильной головки, содержащей цапфу, закрепленную на цапфе шарашку с внутренним основанием, обращенным к цапфе и 30 вогнутой вершинной частью с зубками расположенными на поверхности вогнутой вершинной части шарошки, внутреннее основание шарошки выполнено в виде выпуклой поверхности, а цапфа по торцу обра щенному к внутреннему основанию шарашки,выполнена с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности внутреннему основанию шарошки, причем выпуклая поверхность внутреннего основа ния шарошки выполнена в виде конической поверхности или сферической поверхности или цилиндрической поверхности.На чертеже показана бурильная голо вка, продольный разрез.Бурильная головка состоит из корпуса 1 с вогнутой вершинной частью 2, на которой размещено воорчжение 3, Внчтреннее основание корпуса 1 выполнено в виде выпук лой поверхности 4, обращенной к цапфе 5, Причем выпуклая поверхность 4 выполнена в виде конуса или сферы, или цилиндра, Цапфа 5 снабжена вогнутой поверхностью, конгруэнтной поверхности 4 корпуса 1. 55Бурильная головка работает следующим образом,При вращении головки каждый венец шарошки разрушает свой кольцевой участок забоя. Шарошка формирует столбик керна, имеющий в призабойной части форму сферы. Вооружение, помещенное на вогнутой поверхности вершинной части шарашки, находясь постоянно в контакте с породой забоя в форме сферической поверхности, разрушают эту часть забоя в более благоприятных условиях, Вследствие этого минимум удельных объемных работ разрушения возможно сместить на кольцевые участки забоя скважины, которые перекрываются основными (средними) венцами, т,е. появляется возможность варьировать схемой вооружения по всей поверхности шарашки. За счет охвата призабойной части керна сферическими поверхностями шарошек обеспечивается повышение сохранности керна от разрушения усилиями изгиба, кручения, радиальной вибрации(так как на начальной стадии формирования керна его диаметр превышает номинальный), За счет увеличения радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части шарошки, достигаемого выполнением внутреннего основания шарошки выпуклой, а цапфы по торцу, обращенному к внутреннему основанию шарашки, выполненной с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности внутреннему основанию шарашки, и соответственно размещения на этой поверхности более мощного по объему по сравнению с прототипом, обеспечивается повышение износостойкости вершинной части шарошки,Форма выполнения выпуклой поверхности (коническая, сферическая или цилиндрическая), выбирается в зависимости от необходимости обьема размещения вооружения.Бурильная головка имеет следующие преимущества.За счет увеличения радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части возможно размещение более мощного вооружения по объему и повышение износостойкости этой наиболее нагруженной (в отношении контактной работы разрушения) части шарошки,Благодаря увеличению кривизны отмеченной части шарошки обеспечивается более рациональное формирование геометрии вооружения шарашки,За счет увеличения радиуса кривизны отмеченной части шарошки обеспечивается возможность более эффективного разрушения соответствующего забойного участка, так как здесь имеет место обуривание сферы с постепенным переходом к номиналь1765348 Формула изобретения 1. Бурильная головка, содержащая цапфу, закрепленную на цапфе шарашку с внутренним основанием, обращенным к цапфе, 5 и вогнутой вершинной частью и зубки, расположенные на поверхности вогнутой вершинной части шарашки, о т ли ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения эффективности работы бурильной головки за счетуси ления вооружения по объему, внутреннееоснование шарошки выполнено в виде выпуклой поверхности, а цапфа по торцу. обращенному к внутреннему основанию шарошки выполнена с вогнутой поверхно стью, конгруэнтной выпуклой, поверхностивнутреннего основания шарошки.2. Бурильная головка по п,1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что выпуклая поверхность внутреннего основания шарошки выполне на в виде конической поверхности, или сферической поверхности, или цилиндрическойповерхности. оставитель А,Скалунов хред М.Моргентал Корректор Н,Гунько едактор З.Ходаков каз 3362 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушскамбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1011с изводственно-издательс ному диаметру керна, т,е, имеет место ступенчатое разрушение породы. За счет увеличения радиуса кривизны отмеченной части шарошки керн на начальной стадии формируется в виде сферы значительно большего диаметра, чем его номинальный диаметр, а бурильная головка по соответствующим поверхностям шарошек центрируется на сферическом породном целике, При этом повышается сохранность керна от разрушения. За счет того, что внутреннее основание корпуса шарошки выполнено в виде выпуклой поверхности, обращенной к цапфе, а цапфа выполнена с соответствующей (конгруэнтной) вогнутой поверхностью, обеспечена требуемая прочность корпуса шарошки при увеличенном радиусе кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части,Подписноем и открытиям при ГКНТ Саб 4/5