породоразрушающий инструмент

Формула изобретения

Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с рабочим органом и присоединительной резьбой и шарошечный калибратор, размещенный на цапфе корпуса между рабочим органом и присоединительной резьбой, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде двухшарошечного долота с параллельно смещенными осями, цапфа под калибратор выполнена наклонной к оси корпуса и имеет ступенчатую форму, при этом точка пересечения оси цапфы с осью корпуса совпадает с осью долота, ось цапфы расположена в плане перпендикулярно к линии, соединяющей точки контакта шарошек со стенками скважины, калибратор выполнен в виде нескольких шарошек, каждая из которых расположена на отдельной ступени цапфы, а шарошки калибратора установлены с возможностью перемещения вдоль цапфы и подпружинены в осевом направлении, причем пружины установлены со стороны верхнего торца шарошек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин на различные виды полезных ископаемых, а именно к породоразрушающему инструменту.

Известен породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с промывочным каналом и наклонной цапфой, на которой посредством подшипников смонтирована шарошка, и установленный над шарошкой эксцентричный стабилизатор (см. Зубарев А.В., Матвеев Г.И. и др. Одношарошечные долота, М.: Недра, 1971 г., с.12, рис.9).

К недостаткам данного породоразрушающего инструмента следует отнести быструю потерю диаметра из-за слабого вооружения калибрующей части шарошки.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с рабочим органом и присоединительной резьбой и шарошечный калибратор, размещенный на цапфе корпуса, расположенной между рабочим органом и присоединительной резьбой (см. авт. св. СССР №1819969, кл. Е21В 10/26, 1993 г.).

Данный породоразрушающий инструмент, благодаря использованию калибратора, имеет более высокую проходку. Однако такая конструкция инструмента также не лишена некоторых недостатков. Основным из них является недостаточная центровка породоразрушающего органа, что с одной стороны исключает бурение направленных скважин, а с другой стороны снижает технико-экономические показатели работы породоразрушающего инструмента.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение технико-экономических показателей инструмента и обеспечение качественной центровки при бурении направленных скважин.

Поставленная техническая задача решается тем, что в породоразрушающем инструменте, содержащим корпус с рабочим органом и присоединительной резьбой и шарошечный калибратор, размещенный на цапфе корпуса между рабочим органом и присоединительной резьбой, согласно изобретению рабочий орган выполнен в виде двухшарошечного долота с параллельно смещенными осями, цапфа под калибратор выполнена наклонной к оси корпуса и имеет ступенчатую форму, при этом точка пересечения оси цапфы с осью корпуса совпадает с осью долота, причем ось цапфы расположена в плане перпендикулярно к линии, соединяющей точки контакта шарошек со стенками скважины.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- калибратор выполнен в виде нескольких шарошек, каждая из которых расположена на отдельной ступени цапфы;

- шарошки калибратора установлены с возможностью перемещения вдоль цапфы и подпружинены в осевом направлении, причем пружины установлены со стороны верхнего торца шарошек.

Выполнение рабочего органа в виде двухшарошечного долота с параллельно смещенными осями позволяет увеличить общую вооруженность и мощность опоры породоразрушающего инструмента. Предложенное выполнение цапфы калибратора и схема расположения ее относительно шарошек долота обеспечивает качественную центровку породоразрушающего инструмента и бурение скважин заданного направления. Ступенчатая форма цапфы и использование шарошек калибратора по числу ступеней позволяет упростить конструкцию инструмента, а использование пружин для шарошек калибратора повышает эффективность обработки стенок скважины и исключает вероятность заклинивания его шарошек при подъеме из скважины.

Изобретение поясняется чертежами, фиг.1 изображает общий вид породоразрушающего инструмента; фиг.2 - вид породоразрушающего инструмента по стрелке А на фиг.1.

Породоразрушающий инструмент включает корпус 7 с промывочным каналом 13, рабочим органом и присоединительной резьбой 12 и шарошечный калибратор, размещенный на цапфах 5 и 9 корпуса 7 между рабочим органом и присоединительной резьбой 12. Рабочий орган инструмента выполнен в виде двухшарошечного долота, шарошки 1 и 2 которых посредством замковых элементов 3 закреплены на цапфах 4 корпуса 7. Шарошки 1 и 2 расположены с параллельным смещением "С" их осей (см. фиг.2), что обеспечивает контакт шарошек 1 и 2 со стенками скважины только в одной точке Л₁ и Л₂ , причем линия, соединяющая точки Л₁ и Л₂, расположена в плане перпендикулярно к оси цапфам 5 и 9 калибратора. Шарошки 6 и 8 калибратора в плане также установлены с параллельным смещением "К" относительно продольной оси корпуса 7 и контактируют со стенками скважины также только в одной точке Л₃ и Л ₄, при этом линия, соединяющая эти точки Л ₃ и Л₄, перпендикулярна линии Л ₁-Л₂. Это обеспечивает надежную центровку породоразрушающего инструмента, а следовательно, и бурение направленных скважин. Цапфы 5 и 9 под калибратор выполнены наклонными к оси 14 корпуса 7 под острым одинаковым углом и имеют ступенчатую форму, при этом точка пересечения оси цапф 5 и 9 с осью корпуса 7 совпадает с осью долота (см. фиг.2). Калибратор выполнен в виде нескольких шарошек 6 и 8 разного диаметра, каждая из которых расположена на отдельной ступени цапф 5 и 9, имеющих разные диаметры Д₁ и Д₂. Шарошки 6 и 8 калибратора установлены с возможностью перемещения вдоль цапф 5 и 9 и подпружинены в осевом направлении тарельчатыми пружинами 10, причем пружины 10 установлены со стороны верхнего торца шарошек 6 и 8. Корпус 7 породоразрушающего инструмента может быть выполнен составным и дополнительно включать втулку 11, которая жестко соединяет верхнюю ступень цапфы 9 с присоединительной резьбой 12. Такое выполнение инструмента позволяет упростить технологию его изготовления.

Монтаж породоразрушающего инструмента осуществляется следующим образом. После сборки рабочего органа инструмента проводят окончательную обработку цапф 5 и 9. Затем на цапфах 5 и 9 устанавливают шарошки 6 и 8 совместно с тарельчатыми пружинами 10, а цапфу 9 жестко соединяют через втулку 11 с резьбовым ниппелем 12, посредством которого инструмент соединяется с бурильным валом и спускается в скважину.

Принцип работы породоразрушающего инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента шарошки 1 и 2 разрушают породу, которая выносится на поверхность через зазоры между стенками скважины и наружной поверхностью корпуса 7 промывочной жидкостью, нагнетаемой через осевой канал 13 в корпусе 7. При этом благодаря установке шарошек 1, 2 долота и шарошек 6, 8 калибратора по предложенной схеме, когда породоразрушающий инструмент контактирует одновременно в 4-х точках со стенками скважины, обеспечивается надежная центровка инструмента в скважине и сохранение заданного направления бурения. Использование подпружиненных шарошек 6 и 8 калибратора гарантирует надежную калибровку стенок скважины в течение всего процесса бурения благодаря постоянному поджиму шарошек 6 и 8 к стенкам скважины. При подъеме инструмента из скважины в случае наличия зауженных участков шарошки 6 и 8 отжимаются вниз и обеспечивают свободный проход инструмента через зауженные участки. Одновременно с этим предложенная схема установки шарошек долота и калибратора создает постоянные каналы для выхода обогащенной шламом промывочной жидкости с забоя скважины, что улучшает очистку забоя от шлама. Все это повышает эффективность работы предложенного инструмента, особенно при бурении направленных скважин.