Шарошечне долото

Шарошечне долото з вставленим в порожнину ніпеля зворотним клапаном, який включає порожній корпус, виконаний у вигляді східчастого циліндра з впускними вікнами, що розміщені в зоні з'єднання СХІДЦІВ, пустотілий поршень, в нижньому закритому торці якого, в наскрізний отвір вкручена дистанційна трубка, і пружина, розміщена в порожнині більшого східця верхньої кришки, яка закриває корпус, причому менший східець корпуса знизу за допомогою перехідника з'єднаний з продувочною насадкою долота так, що більший східець знаходиться вище торця ніпеля, а нижній кінець дистанційної трубки виходить в порожнину насадки, яка з'єднує перехід ник з порожниною більшого східця, у якого вище основи впускних вікон утворений кільцевий буртик, до якого пружиною притиснутий поршень, який відрізняється тим, що закритий верхній кінець дистанційної трубки пропущений через кришку корпуса, а на боковій поверхні и невиконані здовжені вікна, розміщені так, що в початковому неробочому стані вони знаходяться у внутрішній порожнині клапана, а при робочому ході поршня уверх виходять в порожнину бурового ставу, при цьому нижня частина їх залишається відкритою, в порожнину клапана Винахід відноситься до шарошечних долот, який використовується як породоруйнувальний інструмент при бурінні свердловин з продувкою забою стисненим повітрям або повітряно-водяною сумішшю в прничній промисловості При проходці таких свердловин призабійна частина і затрубний простір містить буровий шлам у вигляді дрібнороздробленої породи і рідини, яка після закінчення роботи і залишення долота в свердловині, проникає у внутрішню порожнину бурового ставу та в опори шарошек, сприяючи заклиненню ПІДШИПНИКІВ І інтенсивний знос тіла хитання Щоб запобігти зашламовці опор і внутрішньої порожнини бурового ставу в шарошечні долота вставляються зворотні клапани, з'єднані з центральною продувочною насадкою долота В процесі буріння зворотний клапан пропускає продувочний агент в забій свердловини і в опори шарошок, очищаючи їх, а в разі закінчення продувки запорний орган клапана перекриває центральний канаті запобігаючи попаданню шламу усередину Розповсюджені конструкції шарошечних долот оснащені зворотними клапанами тарілкового типу (АвтсвСССР №168211 МКИЕ 21В 23/20 Опубл БИ №4 1965) і шарового типу (Авт ев СССР №244981, МКИЕ 21В 9/10 опубл БИ №19 1968) Однак дані конструкції мають підвищений аеродинамічний опір, викликаючи зростання тиснення в пневматранспортній системі станка Підвищений аеродинамічний опір клапанів указаних конструкцій виникає тому, що при проходженні через клапан, потік продувочного агента, обтікаючи тарілку запорної ланки або кулі в найбільш вузькому поперечному перерізі зустрічає великі лобові опори Відзначений недолік частково ліквідований в шарошечному долоті (Рішення про видачу деклараційного патенту на винахід від 15 12 2000р № заявки 2000010080 від 05 01 2000р), яке є найбільш близьким по технічній суті у досягненні результатів у цьому винаході Згадана конструкція (прототип) являє собою шарошечне долото з вставленим в порожнину ніпеля зворотним клапаном, включаючи циліндричний корпус, виконаний у вигляді східчасчатого циліндра з впускними вікнами, розміщеними в зоні з'єднання СХІДЦІВ пустотілого поршня і пружини, розташованого в більшому СХІДЦІ, кришки, яка закриває корпус зверху, причому менший східець 1^ о 47017 корпуса знизу за допомогою перехідника з єднаний з продувочною насадкою долота так, що більший східець знаходиться вище верхнього торця ніпеля, а з внутрішнюго боку в порожнині більшого східця вище основи впускних вікон утворений кільцевий буртик, до якого пружиною притиснутий поршень закритим торцем, у центрі якого зроблений наскрізний отвір з різьбою, а в нього вкручена дистанційна трубка, яка з'єднує порожнину більшого східця клапана з порожниною перехідника Недоліком цього долота є те, що, при продувці забою свердловини, клапан залишається увесь час відкритим і, оскільки потік продувки подається в центр забою, то зруйнована порода з центральної частини забою відкидається в зону з'єднання забою з стінками свердловини Тут продукти руйнування концентруються, і тому, що вони подані в основному крупними частинками, їм не вдається вийти в затрубний простір, бо назустріч іде потужний закручений долотом потік продувочного агента, що виходить з "пазух" долота між лапами Крім того, в зоні, безпосередньо прилягаючої до насадки, виникає ежекційна дія потоку, визиваючи утворення колових циркуляційних вихрів, в які за даними дослідження професора Б Н Кутузова, І Г Михеєва Пневмотранспортные и обеспыливающие системы буровых станков на карьерах М Недра 1970 залучається від 25 до 50% повітря, яке йде на продувку Все це призводить до багаторазового дроблення свердлових дріб'язків до розмірів пилових частинок Інтенсивного пиловиділення, невиправданого підвищення тиску в призабойній зоні долота Усунути вказані недоліки прототипа можна якщо, при продувці свердловини, клапан буде періодично закривати прохід повітря в забій свердловини, забезпечуючи імпульсну подачу продувочного агента з підвищеною швидкістю та збільшеною підйомною силою потоку Винахід спрямований на удосконалення конструкції продувочної системи шарошечного долота Це досягається тим, що в шарошечному долоті зі вставленим в порожнину ніпеля зворотним клапаном, який включає порожній корпус, виконаний у вигляді східчастого циліндра з впускними вікнами, розміщеними в зоні з'єднання СХІДЦІВ пустотілий поршень, в нижньому закритому торці якого в наскрізний отвір закріплена дистанційна трубка, пружина, розміщені в порожнині більшого східця верхню кришку, причому менший східець корпуса знизу за допомогою перехідника з'єднаний з продувочною насадкою долота так, що більший східець знаходиться вище торця ніпеля, а нижній кінець дистанційної трубки виходить в порожнину насадки І з'єднує перехідник з порожниною більшого східця в якому вище основи впускних вікон утворений кільцевий буртик, до якого пружиною притиснутий поршень, закритий верхній кінець дистанційної трубки пропущений через кришку корпуса, а на боковій поверхні трубки виконані здовжені вікна, розміщені так, що в початковому неробочому стані вони знаходяться у внутрішній порожнині клапана, а при робочому ході поршня виходять в порожнину бурового ставу, при цьому нижня частина їх залишається відкритою в порожнину клапана Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому показаний вертикальний розріз шарошечного долота з вставленим зворотним клапаном Позиції креслення позначені порожнина ніпеля -1, корпус зворотного клапана -2, впускні вікна З, поршень - 4, отвір в поршні -5, дистанційна трубка -6, пружина -7, порожнина більшого східця-8, кришка -9, менший східець-10, перехідник -11, продувочна насадка -12, верхній торець ніпеля 13, нижній кінець дистанційної трубки - 14, кільцевий буртик - 15, верхній кінець дистанційної трубки -16, здовжені вікна -17, В неробочому (початковому) становищі, що видно з креслення, впускні вікна 3 перекриті зовнішньою поверхнею поршня 4, а порожнина меншого східця -10 перекрита торцем поршня 4 Запропоноване шарошечне долото працює таким чином Перед початком буріння у внутрішню порожнину бурового ставу нагнітають продувочнии агент, який попадаючи в впускні вікна 3, впливає на периферійну торцеву частину поршня 4, яка не перекривається кільцевим буртиком 15, і, тому що тиск продувочного агента в порожнині бурового ставу більший, ніж в забої свердловини, яка буриться і в порожнині 8, неврівноважена аеростатична сила піднімає поршень 4, стискаючи пружину 7 При цьому відразу відбивається увесь переріз порожнини меншого східця 10 і продувочнии агент при мінімальному аеродинамічному опорі забезпечує спрямування в забій свердловини через внутрішні порожнини перехідника 14 і продувочної насадки 12, підхоплює свердлові дріб'язки і ефективно виносить їх в затрубний простір, тому що в забої в початковий момент продувки тиск мінімальний, але по мірі заповнення призабійної зони повітрям тиск в забої зростає, як за рахунок накопичення продуктів розпаду, а також за рахунок утворення колових зон циркуляції в області "пазух" долота між лапами Винос свердлової дріб'язки зменшується Однак, до цього моменту здовжені вікна 17 дистанційної трубки 6 виходять в порожнину бурового ставу вище кришки 9 Внаслідок цього, тиск в порожнині 8 більшого східця дорівнює тиску в порожнині бурового ставу і стиснена пружина 7 переміщує поршень 4 вниз, він перекриває порожнину меншого східця 10, припиняючи вхід продувочного агента в забій свердловини, але рух повітря із забою до основи свердловини не припиняється, тому що стиснений в забої потік продувочного агента розширюється в направленні до основи свердловини в бік мінімального тиску При цьому виявляється ефект пилососа аерації продуктів руйнування із периферійної зони сприяє той факт, що виходу частинок в затрубний простір не перешкоджає потужний зустрічний потік продувки із насадка 12, немає і підсмактування повітря, яке йде до основи свердловини, а тиск в порожнині бурового ставу в цей час підвищується до того, поки неврівноважена сила аеростатичного тиску, діючи на поршень 4 знизу, не переборить опору пружини 7 і не перемістить поршень 4 уверх Тепер повітряний потік з підвищеним тиском, зі збільшеним стисненням та значно більшою швид кістю через впускні вікна 3 і внутрішню порожнину меньшого східця 10 клапана спрямований в забій, де тиск менший, ніж було перед закриттям клапану 2 Піднімальна сила потоку визначена формулою 2 Fi-цд = рх и Розрахунки і безпосередні заміри показують, що швидкість потоку и, виходячи із насадки 12, порівняно з безперервною подачею повітря, зростає при імпульсній подачі на 40%, а піднімальна сила збільшується при цьому у 2 рази Внаслідок такого збільшення імпульсний потік виносить в затрубнии простір із периферійної частини забою навіть найбільші частинки породи без повторного дроблення їх шарошками Коли здовжені вікна 17 вийдуть в порожнину бурового ставу вище кришки 9, поршень 4 під дією стиснутої пружини 7 знову переміститься вниз і 47017 закриває поступання повітря в перехідник 11 і насадку 12, цикл роботи клапана повториться Таким чином, що видно із опису роботи і креслення, пропоноване шарошечне долото з вставленим клапаном розглянутої конструкції забезпечує імпульсне очищення забою свердловини, яка має порівняно з безперервною продувкою відзначені раніше переваги і, крім того, створює більш сприятливі умови роботи шарошок, тому що зворотний клапан не тільки захищає підшипники опор при залишенні долота в свердловині без продувки, але і в періоди припинення подачі повітря у забій в момент закриття клапана в порожнину 1 ніпеля долота підвищується тиск і повітря інтенсивно в більшій КІЛЬКОСТІ поступає в порожнини опор шарошок через продувочні канали у лапах і ефективно очищує із опор частинки породи і бруду, які в них потрапили ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71