Бурове шарошкове долото

Винахід відноситься до нафтогазового машинобудування, а саме - до конструювання бурових шарошкових доліт. Відоме шарошкове долото, система промивання якого складається з бокових промивальних каналів, оснащених на виході круглими вставними насадками. Кількість промивальних каналів в долоті рівна кількості шарошок. /И. К. Масленников. Буровой инструмент. Справочник. - М.:Недра, 1989, рис.2.17, с.27/. Недоліком даного серійного долота є недостатня динамічна дія на вибій витікаючих із насадок струменів очисного агента з причини розсіювання їхньої енергії внаслідок значної віддаленості вихідних отворів насадок від площини вибою. Крім цього, серійні долота такого виконання при роботі омивають тільки периферійну кільцеву зону вибою, яка складає всього близько 20% його площі, решта площі вибою омивається недостатньо. Витікаючі із насадок конусні потоки очисного агента створюють запираючу дію на винесення вже вибуреного шламу і зовсім не очищують і не охолоджують зубців і робочих поверхонь шарошок. Відома система промивання долота "Mudpick" американської фірми "Reed Tool Co", яка включає круглі, частково видовжені, бокові насадки, направлені на шарошки і вибій до моменту їх контакту (А.З. Романов. Буровые долота. Выставка. Газовая промышленность. Серия: Бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений в зарубежных странах. Зарубежный опыт. Экспресс-информация. - М., 1990, Выпуск 5, с.9). Недоліком даної системи промивання долота є локальна дія енергії витікаючих стр уменів рідини внаслідок круглого виконання вихідних отворів видовжених насадок, що спричиняє нерівномірне очищення всієї площини вибою. Найбільш близьким за технічною суттю і сукупністю ознак, є бурове шарошкове долото яке складається з лап із шарошками і системи промивання, яка включає бокові насадки із звуженими до виходу промивальними щілинними отворами (А.с. СССР №1198181, опубл. 15.12.85., Б.И. №46). В процесі роботи дане долото хоча і забезпечує наближення витікаючих струменів очисного агента до площини вибою, проте їхня дія на вибій теж є обмеженою і недостатньою, а струменеве очищення і охолодження шарошок взагалі відсутнє. В процесі буріння свердловини це неодмінно призводить до нерівномірного очищення вибою, інтерференції і взаємогасіння потоків очисного агента та передчасного спрацювання опор і зубців шарошок. В основу винаходу покладено задачу удосконалення системи очищення вибою долотом шляхом забезпечення оптимального режиму поперечних і вертикальних потоків очисного агента з одночасним і рівномірним струменевим охопленням поверхонь вибою та шарошок. Це дозволить забезпечити максимальну гідродинамічну дію очисного агента на вибій і сконцентрувати всю енергію вихідних потоків на руйнування породи і своєчасне винесення шламу із зони дії долота, а також забезпечити більш ефективне очищення зубців і охолодження поверхонь шарошок, що в комплексі збільшить ресурс їх роботи. Покладена задача вирішується таким чином, що у відомому буровому шарошковому долоті, яке складається з лап із шарошками і розміщених між лапами насадок із звуженими до виходу промивальними щілинними отворами, згідно з винаходом кожна насадка долота має круглий вихідний осьовий отвір і повздовжній прямокутний щілинний проріз, вісь якого є зміщеною на 10° по відношенню до осі міжшарошкового проміжку, в напрямку обертання долота, причому вихідний осьовий отвір кожної з насадок віддалений від площини вибою на віддаль (Н), рівну п'яти діаметрам вихідного отвору насадки (dн.)-Н=5dн., а площі ви хідних перерізів щілинного прорізу (Sпp.) і осьового отвору (So.o.) кожної із насадок пов'язані між собою співвідношенням Sпp./ S o.o.=3/1. Виконання вихідного осьового отвору кожної із насадок долота круглої форми та його наближення до вибою на віддаль Н=5dн. дозволяє в процесі роботи долота донести до вибою ядро постійних швидкостей витікаючого струменя очисного агента і забезпечити його максимальну гідродинамічну дію, що сприяє процесу руйн ування породи. Повздовжній прямокутний щілинний проріз кожної насадки долота формує компактний площинний струмінь очисного агента, довжина якого є співрозмірна з довжиною (R) радіуса вибою. Зміщення осі щілинного прорізу на 10° по відношенню до осі міжшарошкового проміжку, в напрямку обертання долота, забезпечує очищення струменем очисного агента зубців і охолодження поверхонь шарошок за мить до їх контакту з породою вибою, що дозволяє долоту постійно працювати з чистим оснащенням шарошок. Оптимальне співвідношення площ вихідних перерізів щілинного прорізу (Sпp.) і осьового отвору (So.o.)Sпp./S o.o.=3/1 встановлено експериментально. Воно забезпечує максимальну струменеву дію очисного агента на вибій та шарошки долота, що мінімізує час знаходження вибуреного шламу в області його роботи. На фіг.1 зображено загальний вигляд бурового шарошкового долота, а на фіг.2 - схематично - вид зверху на розподіл потоків очисного агента в долоті. Бурове шарошкове долото складається з лап 1 із шарошками 2 і розміщених між лапами насадок 3. Кожна з насадок має круглий осьовий вихідний отвір 4 і повздовжній прямокутний щілинний проріз 5, вісь якого 6 є зміщеною на 10° по відношенню до осі міжшарошкового проміжку 7, в напрямку обертання долота. При цьому експериментально встановлено, що оптимальним з точки зору гідродинамічної дії витікаючих струменів очисного агента на поверхні вибою і шарошок є віддаль (Н), яка рівна п'яти діаметрам вихідного отвору насадки (dн.)-Н=5dн., та співвідношення площ вихідних перерізів щілинного прорізу (Sпp.) і осьового отвору (So.o.) кожної з насадок, яке складає Sпp./So.о.=3/1. Зміщення осей повздовжніх прямокутних прорізів і міжшарошкових проміжків на 10°, в напрямку обертання долота, при його роботі забезпечує найбільш ефективне і рівномірне охолодження і очищення робочих поверхонь шарошок. При проектуванні і виготовленні долота керуються цими залежностями для орієнтації бокових прямокутних щілинних прорізів по відношенню до шарошок. Долото працює наступним чином. Після опускання на вибій свердловини на колоні бурильних труб (штанг) в його ніпельну частину подається очисний агент, який рівними порціями поступає в кожну із насадок 3 долота. Об'єм очисного агента, який виходить із круглого осьового отвору 4 насадки, створює гідродинамічну дію на периферію вибою, а компактний площинний струмінь, що витікає із повздовжнього щілинного прорізу 5, охолоджує і очищує шарошку 2 за мить до її взаємодії з породою вибою. Така система очищення вибою свердловини долотом дозволяє рівномірно розподілити привибійні потоки очисного агента, своєчасно очистити і охолодити поверхні шарошок від налипання породи і утворення сальника, що в цілому підвищує техніко-економічні показники буріння. Експериментально встановлені співвідношення площ вихідних перерізів бокових насадок та форма їх виконання є справедливими для будь-якого типорозміру долота.