Бурове шарошкове долото

Винахід відноситься до породоруйнівного інструменту, зокрема до шарошкових доліт із центральною схемою продування, призначених для буріння свердловин із очищенням вибою від зруйнованої породи газоподібним агентом або водоповітряною сумішшю. Відоме бурове шарошкове долото, яке має центральну циліндричну насадку для очищення повітрям вибою свердловини (Б.Б. Кудряшов, А.И. Кирсанов. Бурение разведочных скважин с применением воздуха. М.: Недра, 1990, рис 7.1; 7.2, с. 187). Недоліком даної схеми очищення є недостатня і нерівномірна дія очисного агента на площину вибою та на шарошки долота. Потік повітря, що при роботі долота виходить із центральної циліндричної насадки, швидко розсіюється, тратить кінетичну енергію і не забезпечує необхідного очищення найбільш шламозавантаженої периферійної зони вибою і своєчасного винесення вибуреного шламу. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є бурове шарошкове долото, схема очищення вибою якого складається із центральної циліндричної насадки з боковими, направленими в проміжки між шарошками прорізами, кількість яких співпадає з кількістю шарошок (A.c. СССР, №1046466 кл. Е21В10/18, опубл. 7.10.83, Б.И. №37). Виконання центральної насадки долота із повністю циліндричною зовнішньою поверхнею не дозволяє конструктивно наблизити насадку (а відповідно і потік очисного агента) до поверхонь вибою та шарошок. Наявність в даній насадці крім бокових прорізів, ще й радіальних отворів, що при роботі спрямовують потік повітря в надшарошкову зону, призведе до недоцільної витрати повітря в цій зоні. Об'єм повітря, що ви ходить з радіальних отворів, буде створювати запираючу протидію вертикальним виносним потокам повітря зі шламом і не буде брати ніякої участі в очищенні вибою і шарошок. Робота осьового вихідного отвору насадки теж буде малоефективною з причини його обмеженої області дії і значної віддаленості від площини вибою. Всі ці недоліки в комплексі знижують ефективність і рівномірність очищення вибою свердловини в процесі роботи долота. В основу винаходу покладена задача створення центральної схеми очищення вибою шарошковим долотом, шляхом забезпечення рівномірного розподілу очисних потоків по всій площині вибою, максимального наближення кінетичної енергії очисного агента до зубців шарошок та площини вибою, що досягається оптимальним співвідношенням вихідних геометричних параметрів центрального промивального вузла та формою його виконання. Це неодмінно призведе до росту техніко-економічних показників буріння і підвищення ресурсу роботи долота. Поставлена задача вирішується таким чином, що у відомому буровому шарошковому долоті, яке складається з корпусу з ніпелем і цапфами, на яких змонтовані шарошки, і встановленої в порожнині ніпеля центральної циліндричної насадки з боковими, направленими в проміжки між шарошками, прорізами, кількість яких співпадає з кількістю шарошок, згідно з винаходом центральна насадка долота виконана за формою циліндрично-конічною, конусна частина насадки є паралельною до зовнішніх поверхонь шарошок, віддаль (S) між конусною частиною насадки і шарошками складає S=0,08dmax, а оптимальне співвідношення довжини (l) кожного прорізу і його ширини (а) знаходиться в межах l/a=3-3,5, де dmax - максимальний зовнішній діаметр шарошки, мм. Виконання центральної насадки циліндрично-конічної форми дозволяє максимально наблизити насадку і витікаючи з неї струмені очисного агента до поверхонь шарошок і вибою, що позитивно вплине на процес буріння і винесення вибуреного шламу. Як встановлено експериментальне, раціональне співвідношення довжини і ширини прорізів насадки забезпечує одночасне рівномірне струменеве охоплення всієї площини вибою та своєчасну евакуацію з вибою вибуреного шламу. Залежно від типорозміру долота, довжина прорізів конструктивно вибирається такою, щоб виключити дію витікаючих з неї струменів очисного агента на стінку свердловини. Таким чином, забезпечується співрозмірність довжини радіальних поперечних потоків і радіусу вибою. На фіг. 1 зображено загальний вигляд шарошкового долота, а на фіг. 2 - вид А на фіг. 1 Бурове шарошкове долото складається з корпусу 1, цапф 2, на яких на підшипниках змонтовані шарошки 3. В порожнині ніпеля 4 встановлено центральну циліндрично-конічну насадку 5. На конусній поверхні 6 насадки 5 виконано прорізи 7, кількість яких рівна кількості шарошок в долоті. При цьому експериментально встановлено, що раціональною буде відстань між конусною частиною насадки і шарошками, яка складає S=0,08dmax, а оптимальне співвідношення довжини (l) кожного прорізу і його ширини (а) знаходиться в межах l/a=3-3,5, де dmax - максимальний зовнішній діаметр кожної шарошки, мм. Таке співвідношення геометричних розмірів в процесі буріння забезпечує високу турбулізацію вихідних потоків очисного агента та їх максимальну динамічну дію на площину вибою. При цьому довжина радіальних струменів очисного агента є співрозмірною з довжиною радіуса вибою. Оптимізовані експериментально наведені співвідношення геометричних розмірів строго витримуються в процесі проектування і виготовлення долота. Долото працює наступним чином. Після його опускання у свердловину на колоні бурильних труб (штанг) у його ніпельну частину 4 подається очисний агент, який через повздовжні прорізи 7 центральної насадки 5 компактними площинними струменями виходить на вибій. Симетричні потоки очисного агента, за рахунок обертання долота, забезпечують одночасне струменеве охоплення всієї площини вибою та транспортування вибуреного шламу від центр у до периферії вибою і дальше в затрубний простір. Така схема очищення вибою долотом дозволяє раціонально розподілити привибійні потоки, мінімізувати час знаходження вибуреного шламу в області роботи долота, підвищити стійкість та техніко-економічні показники буріння. Експериментальне встановлені співвідношення геометричних розмірів центральної насадки справедливі для будь-якого типорозміру долота.