RU2077653C1

RU2077653C1 - Drill bit

Info

Publication number: RU2077653C1
Application number: RU93032241A
Authority: RU
Inventors: Ю.Р. Иоанесян
Original assignee: Индивидуальное частное предприятие "Гео Инструментс"
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1997-04-20

Abstract

FIELD: well drilling. SUBSTANCE: drill bit has rock breaking members, and a casing with flush passage. Blade guide unit is placed in the passage. The drill is provided with a rod installed in the flush passage of the casing. Rod axis agree with passage axis. Blades of the guide unit are installed at an angle with respect to the plane perpendicular to casing lengthwise axis within 40 - 15 degrees. The angle comes smaller, as it goes from passage inlet to outlet. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к буровым машинам и механизмам, использующимся для проходки стволов скважин на жидкое и газообразное углеводородное сырье, а именно к породоразрушающему инструменту. The invention relates to drilling machines and mechanisms used for sinking wellbores into liquid and gaseous hydrocarbon feedstocks, namely to a rock cutting tool.

Известно шарошечное долото, включающее корпус с шарошками и центральным цилиндрическим продувочным каналом, в котором размещен закручивающий аппарат в виде винта, число заходов которого равно числу шарошек долота (а.с. СССР N 281318, E 21 B 10/18, 1971). A roller cone bit is known, including a casing with cones and a central cylindrical purge channel, in which a twisting device in the form of a screw is placed, the number of entries of which is equal to the number of cone bits (AS USSR N 281318, E 21 B 10/18, 1971).

Недостатком устройства является низкая степень наращивания окружной составляющей движения промывочной жидкости. The disadvantage of this device is the low degree of buildup of the peripheral component of the movement of the washing fluid.

Наиболее близким решением из известных является буровое долото, включающее корпус с породоразрушающими элементами на торце и промывочным каналом, в котором размещен лопастной направляющий аппарат (а.с. СССР N 309111, Е 21 В 10/18, 1971). The closest solution from the known ones is a drill bit, which includes a body with rock cutting elements at the end and a flushing channel in which a blade guide apparatus is located (AS USSR N 309111, Е 21 В 10/18, 1971).

Недостатком устройства является смещение оси промывочного канала с лопастным направляющим аппаратом по отношению к оси корпуса долота. Это приводит к нарушению вихревого потока промывочной жидкости и, как следствие, к ухудшению очистки забоя от выбуренной породы. The disadvantage of this device is the displacement of the axis of the washing channel with the blade guide device relative to the axis of the body of the bit. This leads to disruption of the vortex flow of the flushing fluid and, as a result, to a deterioration in the cleaning of the bottom of the cuttings.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению эффективности очистки забоя от выбранной породы. При осуществлении изобретения обеспечивается осесимметричное вихревое движение промывочной жидкости и снижение составляющей скорости движения жидкости вдоль оси долота. The invention is aimed at solving the problem of improving the efficiency of cleaning the bottom of the selected breed. In the implementation of the invention provides an axisymmetric swirl movement of the washing fluid and a decrease in the component of the velocity of the fluid along the axis of the bit.

Для этого в буровом долоте, включающем корпус с породоразрушающими элементами на торце и промывочным каналом, в котором размещен лопастной направляющий аппарат, выходное отверстие промывочного канала выполнено кольцевым с увеличивающейся к выходу площадью поперечного сечения канала и уменьшающимся к выходу средним диаметром поперечного сечения канала, а его продольная ось размещена вдоль продольной оси корпуса, причем угол установки лопастей направляющего аппарата относительно плоскости, перпендикулярной оси корпуса, находится в пределах диапазона значений от 40 до 15 градусов с уменьшением угла установки от входа к выходу. To do this, in the drill bit, which includes a body with rock cutting elements at the end and the flushing channel, in which the blade guide device is located, the outlet of the flushing channel is made annular with the channel cross-sectional area increasing to the outlet and the average channel cross-sectional diameter decreasing towards the outlet, and its the longitudinal axis is placed along the longitudinal axis of the housing, and the installation angle of the blades of the guide apparatus relative to the plane perpendicular to the axis of the housing is in Yedelev value range from 40 to 15 degrees with decreasing angle settings from input to output.

Выполнение выходного отверстия промывочного канала кольцевым с увеличивающейся к выходу площадью поперечного сечения канала и уменьшающимся к выходу средним диаметром поперечного сечения канала позволяет создать осесимметричное вихревое движение промывочной жидкости, которая подходит к поверхности забоя по возможности без удара о него за счет использования закона сохранения "момента вращения" жидкости, а именно: произведение окружной составляющей скорости движения жидкости на средний диаметр канала есть величина постоянная. Для этого при уменьшении среднего диаметра кольцевого канала уменьшается составляющая скорости движения жидкости вдоль оси долота за счет увеличения к входу площади поперечного сечения канала. The execution of the outlet of the washing channel annular with increasing the exit cross-sectional area of the channel and decreasing toward the exit the average diameter of the cross section of the channel allows you to create an axisymmetric vortex movement of the washing fluid, which approaches the surface of the face without impact on it due to the use of the conservation law "torque "fluid, namely: the product of the peripheral component of the fluid velocity by the average channel diameter is a constant value. For this, with a decrease in the average diameter of the annular channel, the component of the fluid velocity along the axis of the bit decreases due to an increase in the channel cross-sectional area at the entrance.

Размещение продольной оси кольцевого канала вдоль продольной оси корпуса долота ликвидирует все встречные вихревые движения жидкости и позволяет в наибольшей степени нарастить окружную составляющую движения промывочной жидкости. Placing the longitudinal axis of the annular channel along the longitudinal axis of the bit body eliminates all oncoming vortex fluid movements and allows to increase the circumferential component of the washing liquid movement to the greatest extent.

Угол установки лопастей направляющего аппарата на входе не более 40 градусов обусловлен практически минимальными потерями давления на входе в аппарат при минимальном количестве ступеней аппарата и его осевого габарита. Угол установки лопастей направляющего аппарата на выходе не менее 15 градусов обусловлен технологичностью изготовления лопастей (уменьшение угла установки приводит к усложнению и удорожанию технологии изготовления). The angle of installation of the blades of the guide vane at the inlet of not more than 40 degrees is due to the practically minimal pressure loss at the inlet to the apparatus with a minimum number of stages of the apparatus and its axial dimension. The angle of installation of the blades of the guide apparatus at the exit of at least 15 degrees is due to the manufacturability of the manufacture of the blades (a decrease in the installation angle leads to a complication and cost of manufacturing technology).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено буровое долото в продольном разрезе; на фиг. 2 развертка лопастей направляющего аппарата по средней окружности. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a drill bit in longitudinal section; in FIG. 2 scan of the blades of the guide vane in the middle circle.

Буровое долото содержит корпус 1 с породоразрушающими элементами на торце, выполненными, например, в виде шарошек 2. В промывочном канале корпуса 1 размещен лопастной направляющий аппарат 3. Угол α установки лопастей 4 направляющего аппарата 3 относительно продольной оси корпуса 1 образован "атакуемой" поверхностью лопастей 4 и плоскостью, перпендикулярной продольной оси аппарата 3, и находится в пределах диапазона значений от 40 до 15 градусов с уменьшением угла установки от входа к выходу. Выходное отверстие 5 промывочного канала выполнено кольцевым, оно образовано конфузорной частью 6 корпуса 1 и наружной конической поверхностью стержня 7, установленного коаксиально корпусу 1. Средний диаметр Д_cp поперечного сечения выходного отверстия уменьшается к выходу.The drill bit contains a housing 1 with rock cutting elements at the end, made, for example, in the form of cones 2. In the washing channel of the housing 1 there is a blade guide apparatus 3. The angle α of the installation of the blades 4 of the guide apparatus 3 relative to the longitudinal axis of the housing 1 is formed by the “attacked” surface of the blades 4 and a plane perpendicular to the longitudinal axis of the apparatus 3, and is within the range of values from 40 to 15 degrees with a decrease in the installation angle from input to output. The outlet 5 of the washing channel is made circular, it is formed by the confuser part 6 of the housing 1 and the outer conical surface of the rod 7 mounted coaxially to the housing 1. The average diameter D _{cp of the} cross section of the outlet decreases to the exit.

Угол "схождения" g боковых наружных поверхностей стержня 7 всегда меньше угла b и выбирается таким, чтобы нижний торец стержня 7 был расположен по возможности ближе к забою. The angle of convergence g of the lateral outer surfaces of the rod 7 is always smaller than the angle b and is chosen so that the lower end of the rod 7 is located as close as possible to the bottom.

Буровое долото работает следующим образом. Drill bit works as follows.

В процессе бурения, подающийся по бурильным трубам промывочный агент попадает на лопасти 4 направляющего аппарата 3 и интенсивно закручивается вокруг продольной оси долота. Направляющий аппарат выполняется из износостойких материалов или сплавов и покрывается износостойким материалом. During drilling, the flushing agent supplied through the drill pipes enters the blades 4 of the guide apparatus 3 and is intensively twisted around the longitudinal axis of the bit. The guide vane is made of wear-resistant materials or alloys and is coated with wear-resistant material.

Дальнейшее нарастание абсолютной составляющей окружной скорости потока происходит в конфузорной части 6 корпуса 1 вдоль стержня 7. В зависимости от направления лопастей 4 направляющего аппарата 3 вращение потока может быть как "по часовой стрелке", так и противоположное. Растекающийся вдоль разрушаемой поверхности забоя поток промывочного агента постепенно теряет набранную скорость, сохраняет касательное забою направление, плавно переходя в спирально закрученный восходящий поток, увлекающий за собой выбуренные частицы породы. Этот поток одновременно очищает породоразрушающие элементы и другие поверхности долота. A further increase in the absolute component of the peripheral flow velocity occurs in the confuser part 6 of the housing 1 along the rod 7. Depending on the direction of the blades 4 of the guide apparatus 3, the rotation of the flow can be either "clockwise" or the opposite. The flushing agent stream spreading along the destroyed surface of the face gradually loses its gained speed, maintains the direction tangent to the face, smoothly turning into a spiral-swirling upward flow, entraining drilled rock particles. This stream simultaneously cleans rock-cutting elements and other surfaces of the bit.

Claims

1 A drill bit containing rock cutting elements and a casing with a flushing channel in which a blade guide apparatus is located, characterized in that it is provided with a rod installed in the flushing channel of the casing, the axis of the rod coinciding with the axis of the flushing channel, and the vanes of the guiding apparatus have an installation angle relative to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the housing, in the range 40 15 <198> with a decrease in the installation angle from the entrance to the output of the channel.