Буровое шарошечное долото

Союз СоветскихСоциалистическихреспублик1 ВТОРС НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к авт, свил-в 2.80 (21) 2888268/2 22) Заявл(51)М. Кл. Е 21 В 10/18 с присоелнненнем заяв Государственный камит(23) Приоритет яо делам изобретений и открытий. Якимчук, А,В, Н. Мат виевский Московский ордена нефтехимической и Министерства высш институт ИМ, Губкина-образования СССР 1 71) Заявитель 54) БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ Т урению совершенств долот Изобретение относится к бскважин и предназначено дляствования промывочных устройс центральной промывкой.Известно долото, в центральном отверстии которого установлена насадка 13В этик долотах осуществляется необходимый перепад давления в насадке, однако одна струя, истекающая из центральной насадки, не оказывает гидродннамичекого воздействия на всю плошадь забоя,а ударяет лишь в его центр, который,к тому же, частично перекрыт вершинамишарошек. На остальной же части забояпри работе долота осуществляют лишьпоперечные потоки, направленные из центра к периферии забоя, которые могут,лишь отводить к периферии предварительно отделенный шлам,Наиболее близким к изобретению является цолото с центральной промывкой,содержашее установленную в центральном отверстии долота насадку с конусным внутренним гидравлическим каналом К, Бикбулатов, Г. И, М В. Васильев, Э, С, Гинэ Трудового Красного Зн ниазовой промышленности им. го и среднего специального в стенке которой выполнены продольныешелевипные прорези, число которых раино числу шарошек,В этом долоте, кроме центральнойструи, ударяющей в центр забоя, сушест 5вуют еше 1 потоки жидкости, действующиесна породу забоя 2,Недостатком известного устройстваявляется то, что количество промывочнойжидкости, истекаюшее из центрального1 Оотверстия, не согласуется с количествомжидкости, направленной из боковых щелевидных прорезей между шарошек на забой скважины.15Между тем, как показывают исследования, положительное действие струй, истекающих из щелевидных прорезей возникаетне при любом соотношенииплошадей сечения центрального и продольных отверстий, а при строго определенных.Кроме того, форма верхних кромьк пр.- дольных прорезей и практически отсутстщформируюшего участка струи не обесп чивает действие последней на опреаелопныйучасток забоя, в, зачастую, струя, ударяясь в стенки забоя и отражаясь от нее,устремляется низ по стенке, задерживаявосходящий с забоя поток со шламом, снижая эффективность бурения.3Целью изобретения является устранениеуказанных недостатков, т.е, повышение надежности работы долота путем исключениявоздействия струи на опоры долота и стенки скважиньь 10Указанная цель достигается тем, чтокромки продольных прорезей образуютс осью долота острый угол, лучи кото-рого направлены в сторону выходногоотверстия канала, при этом суммарная 1вющвдь продольных прорезей 2 Р приПлощадь центрального выходного отверстия гидрввличеукого канала находитсяв соотношении о =1, 1-13.Кроме того, угол наклона верхнейкромки каждой продольной прорези к осидолот определяется из соотношения=ФСЬ03+0 Я-ггде О: - (2- номинальный диаметр долотв, мм).г - радиус расположения точкиА верхней кромки. прорези,раоположенной на наружнойповерхности насадки, мм Зв- расстояние от плоскости,проходящей через нижниеточки шарошек до точки Аверхней кромки прорези, расположенной нв йвружной поверхности насадки, мм.На фиг. 1 изображено долото, общийвид, нв фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1"на фиг., 3вид по стрелке Б на фиг. 1на фиг, 4 - 8 - результаты стендовых46испытаний известных и предлагаемого долот.Долото содержит установленную в центральном промывочном отверстии 1 насадку 2 с конусным внутренним гидравлическим каналом 3. В стенке насадки выполнены продольные прорези 4, число которыхравно числу шврошек. При этом доакноооблюдвться условие, что дава верхнейчасти кромки щели доакна быть не менее,чвм вдвое больше ширины прорези. В этомсцучае формируется струя жидкости, направление которой параллельно верхнейкромке прорези,Суммарная п.ющадь продольных прорв-,И эей 4 ЕРрр и плацадь центрального выходного отверстия 7 гидравлического канала 3: находится в соотношении При этом имеется,в виду плошадь прг резифв свету", т.е. площадь струи, исходящей иэ прорези. В данном. случае это пло)щадь прорези на наружной поверхностинасапкйКроме того, угол с верхней кромки 6каждойпродольной прорези 4 к оси долота определяется из соотношенияагсЬУгол наклона верхней кромки 6 каждойпродольной прорези определяется изпрямоугольного треугольника АВС, гдевершина А лежит на верхней кромке продольной прорези щ наружной поверхностинасадки и лежит на расстоянии г от осидолота, вершина В на забое скважины,т.е. на плоскости, проходящей через нижние точки шврошек; вершина С - на забоеи отделена от оси долота на расстояние(0,8-0,9)%, гдеЪф, при этом О - номинальный диаметр долота,При проектировании долота вначале изуказанного выше соотношения площадейопределяется длина и ширина щелей. Приэтом автоматически определяется положение точки А на насадке. Иэ конструктивных соображений насадка устанавливается в долоте и после этого точка Азанимает вполне определенное местопо -ажение относительно элементов долота,твк как размеры и и г, После этогосогласно приведенной выше формуле определяется угол Ы.При этом насадка устанавливаетсявозможно ниже, т,е. необходмо наибольшее приближение насадки к забою. Однаконасадку невозможно приблизить к самомузабою из-затого, что шарошки занимаютсреднюю часть забоя, Струи же, исходящие иэ боковых щелэвпдных насадок прорезей, не встречают на своем пути препятствий и свободно доходят до забоя.При работе долота промывочная жид,кость через конусный гидравлический канал 3 и продольные прорези 4 оказыва,ет динамическое воздействие нв породузабоя практически по всей площади последнего, кроме того, создаются потоки на забое, не ослабевающие от центра до периферии забоя.Особо следует отметить следующее. Прибурении в мягких и вязких породах эффективность-бурения определяется са льни кообразованием на шврошках и внутри до891883 4 На фиг. 8 приведен график показывающий квк изменяется скорость движенияпоперечных потоков, в зависимости от наклона верхней кромки прорези. В том, В случае, если наклон верхней кромки прорези обеспечивает действие струи на 0,80,9 диаметра скважины (график фиг. 8 ю)скорость практически одинакова по всерадиусу если же струя ударяет в угол й скважины, либо в стенку над забоем, тообразуется встречный поток, гасяший.скорость поперечного потока,направленного от центра к перифэрии. (.фиг. 86 ),Таким образом, при указанных соотф ношениях плошадей продольных прорезейи центрального выходного отверстия иугла наклона верхней кромки прорезиобеспечивают наиболее оптимальнь 1 е парвметры, как динамического действия фэ струй нв забой, так и образование поперечных потоков, обеспечиваюших улучшенную очистку забоя от обуренного шла, ма что в свою очерещ обеспечит значительное увеличение эффективности буфф рения.При этом следует отметить, что предлагаемое оптимальное соотношение по- щадей каналов и угол исполнения верхнейкромки прорезей справедливо првктичес- ЗО ки для. любого размере бурового долота,лота. В этом случае шелевидные прорезиследует направлять не в проемы, а нв шврошки, струи из прорезей будут омыватьвооружение, исключая сальникообраэование.Исследования, на основе которых выбрвно соотношение суммарной плошади продольных прорезей к плошади центрального отверстия, показывают, что именно при таком соотношении достигается наиболее рациональное действие струй, как с точкизрения динамического действия на забой,так и транспортирования отбуренногошлама к периферии забоя и дальнейшегоподьема последнего с забоя.На графиках изложены результатыстендовых испытаний долот с центражной промывкой, представленные в.видекачественных зависимостей, хврактеризуюших распределение динамическогодавления (вертикальной составляюшей)на поверхность забоя и скорости потокапо забою, На графиках абсцисса представляет радиус Ъабоя от его центра (точка0) до его периферии (точка.М) попроему между двумя сосевими шарошками. На графике скорости стрелкой покавано направление течения жидкости позабою.На фиг. 4 представлен график распределения динамического давления скоростного потока для известных долот, в кото-рых установлена центральная насадка безпрорезей. Струя оказывает динамическоедавление на забой в. основном в центрескважин, с удалением от центра указанное действие снижается. Скорость потокас удалением от центра также снижается,На фиг. 5 - 7 представлены аналогичные графики для предлагаемого долота сцентральной насадкой, имеюшей продольные прорези, причем графики изображаютзизисимости для Оптимального Соотношенияф (фиг, 5) и зависимости, где указанное соотношение больше (фиг. 6) ии,оменьше (фиг, 7) оптимального,Из приведенных графиков видно, что сменьщением или увеличением соотношенияснижается динамическое давлениена забой и уменьшается скорость поперечцоных потоков вдоль радиуса от центра кпериферии.Обьясняется это преобладающим действием либо струи из центральной насадки под действием струи из продольнойпрорези, либо наоборот, Квк в том, таки в другом случае не соблюдается равиовесие действия струй, в наблюдается отрицательное взаимодействие струй взаимногасящих друг друга,формула изобретения 1, Буровое щарошечное долото, содержашее установленные на опорах щарошки и расположенную в центральном отверстии долота насадку с конусным внутренним гидравлическим каналом, в стенке котороИ выполнены продольные прорези, число которых равно числу щврощек, о т л и -. чвюш ее с я тем,что, сцелью повышения надежности работы долота путем исключения воздействия струй на опору истенки скважины верхние кромки прорвзей насадки образуют с осью долота острый угол, лучи которого направлены в сторону выходного отверстия канала, причем р суммарная плошадь продольных прорезейи плошадь центрвпного выходного отверстия гидравлического канала связаны соотношением=1, 1-1,3Ц.О 2. Долото по п.1, о т л и ч в ю и ее с я тем, что, угол наклона верхней кромки каждой продольной прорези к осидолота Определяется из соотношения- радиус расположения точкиА верхней кромки прорези,расположенной на наружнойповерхности насадки, мм й- расстояние от плоскости,проходяшей через нижниеточки шарошек до точки А Ис точники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Корнеев К. Е. и Палий П. А.