Буровое долото

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 В 10/46 5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ВТОРСКО едовательскийразведки породоразруащательного олотам. Цель ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится кшающему инструменту для вбурения, а именно к буровым.ЫЛ 171 б 072 А 1 изобретения - снижение энергоемкости процесса разрушения керна. Это достигается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус 1 с промывочными каналами 3 и рабочей поверхностью в виде концентрических колец 5, кольцевые канавки 6 между которыми выполнены с расширением.в сторону периферии долота и имеют керноломы 11 в виде гладких конических поверхностей на дне кольцевых канавок, вершины образующих конусов которых обращены в сторону рабочей поверхности долота, а начало конического дна каждой канавки смещено от начала ее расширения на величину, Ьин, составляющую 1 - 2 ширины канавки 6 в наиболее узкой ее части. 2 ил,Изобретение относится к породоразрушающему инструменту для вращательного бурения скважин сплошным или кольцевым забоем, а именно к буровым долотам с породоразрушающей поверхностью, армированной сверхтвердыми материалами,Известны алмазные буровые коронки, в матрице которых алмазосодержащие штабики, ориентированные длинной стороной параллельно оси коронки, размещены по концентрическим окружностям, промежутки между которыми менее износостойкие, например стальные.При бурении такими коронками вследствие ускоренного износа ослабленных (безалмазных) концентрических зон на забое скважины формируются концентрические выступы породы, разрушаемые вследствие поперечных вибраций коронки при бурении, а также скалываемые по естественной трещиноватости пород и по, плоскостям спайности крупных. кристаллов. Такие коронки, в отличие от коронок с традиционным равномерным оснащением матриц алмазами, повышают эффективность бурения вследствие уменьшения суммарной работы породоразрушения на единице длины скважины за счет укрупнения выбуренного породного шлама.Недостатком таких коронок является относительно низкая механическая скорость бурения вследствие торможения коронки породой, обусловленного упором дна кольцевых впадин (канавок) на торце коронок в кольцевые выступы породы.Известны коронки, имеющие рабочую поверхность в виде системы концентрических породоразрушающих элементов, армированных сверхтвердыми материалами разделенных концентрическими канавками-. Коронки снабжены радиальными и боковыми промывочными каналами, а породоразрушающие элементы и концентрические канавки между ними имеют треугольное сечение.При бурении такими коронками формируется пилообразный в сечении забой с концентрическими треугольными выступами. При этом, в отличие от коронок с традиционным (плоским, круглым, полукруглым) профилем, механическая скорость бурения возрастает за счет того, что вершины кольцевых выступов породы скалываются по трещинам и плоскостям спайности кристаллов и, оторванные от забоя, смещаются с основания этих выступов потоком промывочной жидкости, затем выносятся ею в промывочные каналы, Недостатком такого технического решения является относительно низкая механическая скорость бурения, что обусловлено ограниченностью высоты скалываемых вершин породныхкольцевых выступов и, следовательно, ограниченным размером кусков бурового шла ма, а также вероятностным (случайным)характером формирования таких сколов.Конические поверхности канавок коронки препятствуют отрыву вершины породного выступа от основания, поскольку 10 горизонтальные составляющие осевого уси лия, возникающие при разложении его наконических поверхностях, приложены к породному выступу навстречу один к другому, Радиальное усилие для выноса обломков по роды из-под торца коронки создается лишьдавлением промывочной жидкости.Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому долото, имеющее концентрические породоразрушающие сек торы, разделенные концентрическими канавками, В корпусе долота выполнены промывочные отверстия, выведенные на дно концентрических канавок, а также торцовые и боковые промывочные каналы, Дно 25 концентрических канавок армировано иэносостойкими керноломами, предназначенными для разрушения кольцевого керна, формирующегося при бурении между породоразрушающими секторами, Геометриче ские размеры канавок и вмонтированных вих дно керноломов, а также форма керноломов не регламентированы.Недостатком данного технического решения является, во-первых, энергетически 35 невыгодная схема .разрушения кольцевогокерна, формирующегося на забое: керноломы разрушают кольцевой керн, сжимая и ,сминая горную породу, Это снижает механическую скорость бурения; во-вторых, та кая схема породоразрушения способствуетвозбуждению колебаний долота и бурового снаряда в целом, возникающих в результате соударений штыревых керноломов с выступами кольцевого керна и его обломками, что 45 ведет к снижению ресурса бурового долота,Целью изобретения является повышение механической скорости бурения и ресурса долота за счет устранения указанных недостатков.50 Поставленная цель достигается тем,что в буровом долоте, содержащем корпус с промывочными каналами и рабочей поверхностью в виде концентрических колец с породоразрушающими элементами, коль цевые канавки, между которыми выполненыс расширением в сторону периферии долота и оснащены керноломами, керноломы выполнены в виде гладких конических поверхностей на дне кольцевых канавок, вершины образующих конусов которых обращены вузкой ее части,10 щими секторами 25 35 45 55 сторону рабочей поверхности долота, а на-, чало конического дна канавки смещено.от начала ее расширения на величину, составляющую 1-2 ширины канавки в наиболее Таким образом, поперечное сечение каждой канавки выполнено так, что формируемые при бурении кольцевые выступы породы после достижения ими некоторой высоты над забоем подвергаются одностораннему воздействию конического износостойкого дна канавки, разламывающего наружу цилиндрический керн, выбуривае-мый концентрическими породоразрушаюВ отличие от известного, в котором фор- ма канавок и керноломов не регламентиро-, вана, в предлагаемом изобретении введены ограничения формы и размеров канавки,обеспечивающие достижение цели 20 Общий вид сечения канавок образован тремя участками с различным их назначением относительно породоразрушения.Функцией первого участка является формирование на забое (при углублении долота в породу) кольцевого породного. керна с явно выраженными цилйндрическими,образующими.Фуйкцией второго участка, который по глубине следует за первым, является разла.- 30 мывание в сторону стенок скважины (наружу) породного керна, формируемого в зоне первого участка. Для этого второй участок ограничен Сверху износостойкой конической образующей с углом наклона. к оси долота в пределах.30 +15 и с вершиной конуса, обращенной к торцу долота. Угол наклона более 45 не рекомендуется из.за существенного уменьшения скалывающегоусилия, угол менее 15 нецелесообразен 40 вследствие излишнего углубления канавки, увеличения сверх оптимального размера скалываемых обломков породы, а также снижения механической прочности долота,В отличие от.известного, в котором только штыревые керноломы являются износостойкими элементами на дне канавки, в предлагаемом изобретении износостойкой может быть вся поверхность конической образующей второго участка канавки, сле. 50 довательно, коническое,дно канавки по износостойкости может быть выполнено сопоставимым с основными породоразрушающими секторами, что способствует повышению ресурса долота Коническая образующая может быть,выполнена с переменным углом наклона.к оси на разной глубине канавки.Третий участок, равный по глубине второму или больше него, представляет собой расширение канавки по.диаметру к периферии долота. Функциональное назначение этого расширения, диаметр которого больше наружного диаметра первого участка, состойт в обеспечении беспрепятственной деформации породы,.отламываемой от кольцевого керна конической образующей второго участка.В предлагаемом изобретении взаимосвязь второго и третьего участков сечения канавки обеспечивает оптимальность размеров поперечного сечения кусков породы, отламываемых от кольцевого керна,Оптимальными соотношениями высоты и ширины рассматриваемого сечения являются, по условиям энергетики породоразрушения и очистки забоя скважины от шлама, соотношения от 1;1 до 2;1, Базой, на уровне которой отламывается кольцевой керн, является начало третьего участка сечения канавки, т.е. наиболее низкая точка этого участка, считая от торца долота. Минимальная длина плеча, на которой проявляется момент, отламывающий керн от забоя, определяется высотой точки начала конического дна канавки, т,е. высотой начала второго участка сечения канавки.Расстоянием вдоль оси между началами третьего и второго участков определяется минимальная высота кусков отламываемого керна, Отношением этой высоты к ширине кольцевой канавки, которое ограничивается пределами от 1:1 до 2:1, предлагаемое изобретение отличается от известного, в котором геометрические параметры сечения кольцевой канавки не регламентированы,На фиг. 1 схематически изображено долото с матрицей, армированной мелкими алмазами, продольный разрез по промывочному каналу и корпусу; на фиг. 2 - кольцевая канавка на торце долота в поперечном сечении.Долото включает в себя корпус 1 с присоединительной резьбой 2, отверстиями 3 для промывки и промывочными каналами 4. Породоразрушающие секторы 5 на корпусе долота разделены концентрическими кольцевыми канавками 6. Долото выполнено с породоразрушающими ступенями 7. Породоразрушающие секторы 5 и ступени 7 армированы зернами 8 природных или синтетических алмазов, которые по месту их расположения в матрице долота подразделяются на объемные и подрезные,Каждая кольцевая канавка 6 имеет стенки 9 породоразрушающих секторов 5, стенку 10 расширенной части и наклонную (коническую) поверхность 11 для формирования на забое (не показан) цилиндрического керна (не доказан) между кольцевыми1716072 Формула изобретения дактор З.Слига Составитель Ю.Траубеехред М,Моргентал рректор О.Кравцов каз 591 Тираж Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 канавками в породе (не показаны) и отделения от керна его верхней части (не показана) под воздействием конической поверхности 11. Коническая поверхность 11 кольцевой канавки 6 полностью или частично армирована пластинами 12 из износостойкого, например из сверхтвердого, материала,Кольцевая канавка 6 шириной Ь характеризуется максимальной Импекс и минимальной Ь высотой наклонной (конической) поверхности и включает в виде кольцевых внутренних полостей: участок- от торца породоразрушающего сектора 5 до начала конической поверхности 11, участок- от начала конической поверхности 11 до ее пересечения с продолжением вертикальной стенки 9 канавки 6, участок- от продолжения стенки 9 до стенки 10 уширенной части канавки. Ширина Ь канавки 6 и максимальная высота Ьмакс принимаются в таком соотношении, чтобы поперечное сечение выломанных кусков керна (не показаны) не превышало минимальной ширины зазора между стенками скважины и частями бурового снаряда (бурильными трубами или их замками) на всей глубине скважины. Минимальные значения Ь и Ьмзкс ограничены только возможностями технологии изготовления долота,Ширина Ь канавки 6 и минимальная высота Ьмин ограничиваются соотношением 5 1, Ьмн 2ЬУгол наклона образующей коническойповерхности к оси долота принимается впределах 30 .15 (фиг, 2).10 Буровое долото, содержащее корпус спромывочными каналами и рабочей повер хностью в виде концентрических колец спородоразрушающими элементами, кольцевые канавки между которыми выполнены с расширением в сторону периферии долота и оснащены керноломами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса разрушения керна, керноломы выполнены в виде гладких конических поверхностей на дне кольцевых канавок, вершины образующих конусов которых об ращены в сторону рабочей поверхности долота, а начало конического дна каждой канавки смещено от начала ее расширения на величину, составляющую 1 - 2 ширины канавки в наиболее узкой ее части.