RU2674487C2

RU2674487C2 - Буровое долото ударного действия для твердых пород с промывочными канавками

Info

Publication number: RU2674487C2
Application number: RU2016135250A
Authority: RU
Inventors: Андреас РИНДЕСКЕР; Джон ХАММАРГРЕН
Original assignee: Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2018-12-11
Also published as: AU2014380995B2; WO2015113694A2; CN112252988B; WO2015113694A3; US10626680B2; US20160348442A1; RU2016135250A3; EP2902583A1; MX2016009744A; CA2933136A1; RU2016135250A; KR20160117441A; AU2014380995A1; PE20161199A1; EP2902583B1; CN112252988A; CA2933136C; KR102385769B1; CN105917068A; CL2016001882A1

Abstract

Изобретение относится к буровому долоту ударного действия для твердых пород. Технический результат заключается в увеличении скорости проходки при бурении. Долото содержит головную часть, выполненную на одном конце удлиненного хвостовика, имеющего внутренний канал, проходящий аксиально от одного конца хвостовика к головной части. Головная часть имеет переднюю поверхность и множество сегментов кольцеобразного гребня, разнесенных по окружности вокруг продольной оси долота и установленных по периметру передней поверхности, имеющей куполообразную форму. Долото также содержит множество передних режущих твердосплавных штырей, расположенных на передней поверхности, и множество калибрующих твердосплавных штырей, выполненных на сегментах кольцеобразного гребня; множество промывочных канавок, проходящих в направлении радиально наружу от оси на передней поверхности и продолжающихся в направлении аксиально назад для образования и разделения по окружности сегментов кольцеобразного гребня, каждая из канавок заканчивается в окрестности хвостовика; по меньшей мере один проход текучей среды, соединенный с каналом и выходящий как калиброванное отверстие в окрестности передней поверхности по меньшей мере одной из промывочных канавок. Калиброванное отверстие заглублено аксиально от передней поверхности по меньшей мере одной из канавок. Отрезок длины пути потока каждой из промывочных канавок является выпуклым в направлении от передней поверхности к хвостовику относительно оси долота. Отрезок длины пути потока выставлен проходящим непрерывно аксиально назад от зоны калиброванного отверстия в направлении к хвостовику так, что никакая часть отрезка длины пути потока не выставлена перпендикулярно оси долота, что обеспечивает беспрепятственный путь потока для прохождения текучей среды аксиально назад от калиброванного отверстия к хвостовику и между сегментами кольцеобразного гребня. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к буровому долоту ударного действия для твердых пород и в частности, хотя не исключительно, к буровому долоту, имеющему головную часть с множеством промывочных канавок, которые оптимизированы посредством их ориентации относительно оси долота, что сильно улучшает смыв вдоль оси назад фрагментов и мелких фракций, горной породы, выбуренной на полоскости забоя.

Уровень техники

Ударные буровые долота широко применяются, как для бурения относительно неглубоких скважин в твердой горной породе, так и для создания стволов глубоких скважин. Для последнего варианта обычно применяют бурильные колонны, в которых множество штанг соединяют в колонну, используя резьбовые бурильные замки с увеличением глубины скважины. Наземный станок выполняет функцию передачи комбинированного ударного и вращательного привода на верхний конец бурильной колонны, а буровое долото, установленное на нижнем конце, функционирует, разрушая горную породу и образуя ствол скважины. Публикация WO 2006/033606 раскрывает обычное буровое долото, содержащее бурильную головную часть, на которой установлено множество твердосплавных режущих вставок, обычно называемых твердосплавными штырями. Такие твердосплавные штыри содержат материал на основе карбида, увеличивающий эксплуатационный ресурс бурового долота.

Текучая среда обычно нагнетается через бурильную колонну и выходит в нижней части ствола скважины через отверстия в бурильной головной части, выполняя промывку с удалением бурового шлама из зоны бурения и его перемещение вверх по стволу скважины снаружи бурильной колонны. Примеры буровых долот ударного действия раскрыты в патентных документах DE 3519592; US 3,388,756; GB 692,373; RU 2019674; US 2002/0153174; US 3,357,507, US 2008/0087473; публикации WO 2009/067073 и публикации WO 2013/068262.

Обычно, множество промывочных канавок выполнены заглубленными в бурильной головной части для перемещения разрушенной породы назад от бурового долота с помощью промывочного раствора. В патенте US 5,794,728 раскрыто ударное буровое долото для твердых пород, имеющее множество проходов текучей среды, которые проходят от центрального канала долота для выхода в промывочные канавки на передней поверхности. Вместе с тем обычные долота по ряду причин имеют недостатки. В частности, обычные промывочные канавки не оптимизированы для содействия проходу потока текучей среды аксиально назад от передней поверхности, и данное уменьшает, соответственно, показатели работы бурения и, в частности, скорость проходки долота. Дополнительно, для аксиально самой передней части прохода промывочной текучей среды обычными бывают повреждения вследствие контакта с горной породой, что в свою очередь уменьшает подачу текучей среды на переднюю поверхность, а также производительность смыва назад мелких фракций и выбуренной породы от плоскости забоя горной породы. Соответственно, требуется создание бурового долота, решающего указанные выше проблемы.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание бурового долота ударного действия для бурения твердых пород с оптимизацией по производительности бурения и, в частности, обеспечивающего повышенную скорость проходки при бурении. Дополнительно, конкретной задачей является создание бурового долота с эффективной оптимизацией смыва вдоль оси назад шлама горной породы и мелких фракций, выбуренных на плоскости забоя. Также конкретной задачей настоящего изобретения является уменьшение, насколько возможно, повреждения путей прохода промывочной текучей среды вследствие контакта с плоскостью забоя во время породоразрушения.

Задачи решаются созданием бурового долота, имеющего промывочные канавки, которые проходят радиально наружу от центральной оси долота и аксиально назад от головной части долота до хвостовика долота, с оптимизацией отрезков длины пути потока текучей среды. Оптимизацию получают, поскольку отрезок длины пути потока текучей среды в канавках (от аксиально самой передней зоны головной части до радиально наружного периметра головной части на зоне хвостовика) выполнен без выступов или резких наклонных переходов, которые могли бы нарушать поток текучей среды и соответственно уменьшать эффективность, с которой фрагменты выбуренной породы и мелкие фракции (которые захвачены промывочной текучей средой) проходят аксиально назад через канавки. Дополнительно, настоящее долото оптимизировано для защиты аксиально самой передней зоны проходов потока текучей среды от повреждений плоскостью забоя посредством расположения выхода на поверхность путей прохода в промывочных канавках. То есть, кольцевая передняя кромка, которая образует выходное калиброванное отверстие (в окрестности передней поверхности) промывочного прохода расположена в зоне желоба каждой соответствующей промывочной канавки так, что данная кромка калиброванного отверстия расположена аксиально сзади от передней поверхности и соответственно смещена назад от плоскости забоя во время разрушения породы для предотвращения вызывающего повреждения фрикционного контакта с горной породой. Профиль формы прохода выходного калиброванного отверстия соответственно сохраняется при продолжительной эксплуатации. Соответственно, на назначенные пути прохода потока текучей среды, подаваемой по путям прохода, не действует состояние эксплуатируемой бурильной головной части и, в частности, повреждение или износ на передней поверхности.

Предпочтительно, промывочные канавки имеют путь потока текучей среды, который является в общем выпуклым относительно оси долота и который является непрерывно отклоняющимся под углом назад от передней поверхности (относительно оси) для содействия проходящему аксиально назад потоку. При этом, представленные промывочные канавки лишены каких-либо зон на отрезке прохождения потока текучей среды, которые можно рассматривать перпендикулярными оси, которые могут отклонять поток текучей среды радиально наружу. Такие устройства являются обычными для долот существующий конфигураций и действуют, нарушая проходящий аксиально назад поток текучей среды, благодаря созданию препятствий частицам и мелким фракциям при их перемещении радиально наружу от оси и аксиально назад от торца долота.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено буровое долото ударного действия для твердых пород содержащее: головную часть, созданную на одном конце удлиненного хвостовика, имеющего внутренний канал, проходящий аксиально от одного конца хвостовика к головной части; причем головная часть имеет переднюю поверхность и множество сегментов кольцеобразного гребня, разнесенных по окружности вокруг продольной оси долота и установленных по периметру передней поверхности, передняя поверхность имеет в общем куполообразную форму; множество передних режущих твердосплавных штырей созданных на передней поверхности и множество калибрующих режущих твердосплавных штырей, созданных на сегментах кольцеобразного гребня; множество промывочных канавок, проходящих в направлении радиально наружу от оси на передней поверхности и продолжающихся в направлении аксиально назад для образования и разделения по окружности сегментов кольцеобразного гребня, причем каждая из канавок заканчивается в окрестности хвостовика; по меньшей мере один проход текучей среды, соединенный с каналом и выходящий, как калиброванное отверстие в окрестности передней поверхности по меньшей мере одной из промывочных канавок, причем калиброванное отверстие заглублено аксиально от передней поверхности по меньшей мере одной из канавок; отличающееся тем, что: отрезок длины пути потока каждой из промывочных канавок является в общем выпуклым в направлении от передней поверхности до хвостовика относительно оси долота; и отрезок длины пути потока выставлен проходящим непрерывно аксиально назад от зоны калиброванного отверстия к хвостовику так, что никакая часть отрезка длины пути потока не выставлена перпендикулярно оси долота, что обеспечивает отсутствие препятствий на пути проходящего аксиально назад потока для прохождения текучей среды от калиброванного отверстия к хвостовику и между сегментами кольцеобразного гребня.

Связанным изобретением предложено долото с отличиями от существующих буровых долот, которые обычно содержат выступ, уступ или переход под относительно острым углом, которые выставлены перпендикулярный продольной оси основного отрезка длины каждой канавки и расположены на переходе между в общем радиально проходящей передней поверхностью и в общем аксиально проходящей назад зоной головной части. Соответственно, связанное изобретение является предпочтительным для обеспечения беспрепятственного прохождения аксиально назад потока частиц горной породы, входящих в промывочную текучую среду. В частности, и предпочтительно каждая из канавок содержит первую зону, расположенную в общем на передней поверхности, и вторую зону, расположенную в общем между каждым из сегментов кольцеобразного гребня, при этом переход между первой и второй зонами является бесшовным и лишенным какого-либо выступа или кромки, выставленной перпендикулярно пути потока текучей среды каждой из канавок. Переходная зона между аксиально передней зоной головной части и аксиально задней зоной головной части оптимизирована согласно связанному изобретение для создания эффекта канализирования или направления текучей среды аксиально назад и исключения направления потока текучей среды радиально наружу. Соответственно, промывочная текучая среда удерживается в каждой канавке и данное обеспечивает оптимизацию транспортировки аксиально назад выбуренных обломков горной породы, что в свою очередь увеличивает скорость проходки бурового долота и, следовательно, уменьшает время, затрачиваемое для достижения данной глубины.

Предпочтительно, каждая из канавок проходит аксиально вперед за каждое калиброванное отверстие. Такое устройство является предпочтительным для захвата частиц выбуренной горной породы в самой передней зоне бурильной головной части.

Предпочтительно, угол выставления относительно оси отрезка длины пути потока каждой из канавок в первой зоне аксиально впереди и аксиально сзади калиброванного отверстия является, по существу, одинаковым. Относительная ориентация каждой канавки в зоне калиброванного отверстия обеспечивает беспрепятственное прохождение потока текучей среды и эффективную транспортировку частиц горной породы от первых (аксиально передних) до вторых (аксиально задних) концов канавок. Предложенные канавки выполнены с возможностью создания минимального нарушения потока текучей среды и следовательно нежелательного 'сбора' или скопления частиц горной породы в зонах канавок, которые могут препятствовать проходящему аксиально назад потоку. Предпочтительно, каждая из канавок на переходе между первой и второй зонами содержит выпуклую кривую в отрезке длины пути потока относительно оси. Кривая линия в переходной зоне может быть представлена дугой окружности, имеющей один радиус, соответствующий приблизительно радиусу головной части и/или цилиндрического хвостовика.

Если необходимо, отрезок длины пути потока в первой зоне выставляется с отклонением для создания наклона в диапазоне 40-80°, 45-65° или 50-60° относительно оси. Если необходимо, отрезок длины пути потока во второй зоне выставляется с отклонением для создания наклона в диапазоне 5-30°, 10-25° или 10-20° относительно оси. Угол наклона соответствует углу между осью и зоной желоба каждой канавки в продольном сечении бурового долота. В плоскости продольного сечении каждой канавки в зоне желоба каждая канавка имеет в общем выпуклый профиль относительно оси, имея в общем куполообразный профиль. Боковые стенки, которые образуют каждую канавку, могут являться криволинейными в направлении по окружности вокруг оси так, что ширина канавки перпендикулярно ее отрезку длины пути потока может увеличиваться согласно в общем V-образному или U-образному профилю. Такое устройство является предпочтительным для поддержания потока текучей среды в канавке и для оптимизации проходящему аксиально назад потоку частиц в каждой канавке.

Предпочтительно, передняя поверхность имеет в общем куполообразную форму и лишена зон, выставленных, по существу, перпендикулярно оси. Такие зоны, выставленные перпендикулярно оси, могут, если имеются, значительно препятствовать транспортировке аксиально назад частиц горной породы.

Предпочтительно, каждый сегмент кольцеобразного гребня содержит калибрующие твердосплавные штыри, и передняя поверхность содержит передние твердосплавные штыри. Если необходимо, буровое долото содержит три передних твердосплавных штыря и шесть калибрующих твердосплавных штырей. Если необходимо, два калибрующих твердосплавных штыря предусматрены на каждом сегменте кольцеобразного гребня и расположены по окружности между каждой из канавок. Установлено, что одинаковое число канавок и передних твердосплавных штырей обеспечивает оптимизацию скорости разрушения горной породы относительно скорости транспортировки выбуренных частиц аксиально назад. Аналогично, связанное изобретение содержит число калибрующих твердосплавных штырей, равное удвоенному числу канавок, для оптимизации породоразрушения без ущерба для транспортировки аксиально назад отходов выбуренной породы.

Предпочтительно, глубина каждой из канавок увеличивается в общем от передней поверхности к хвостовику. Глубина канавки оптимизирована для создания увеличенного объема к аксиально заднему концу каждой канавки для вмещения увеличивающегося объема частиц шлама, передаваемого в канавку из зоны калибрующих твердосплавных штырей. Также такое устройство является предпочтительным для оптимизации породоразрушения и смывания частиц горной породы.

Предпочтительно, устройство дополнительно содержит заглубленную аксиально выемку в передней поверхности, проходящую по окружности вокруг оси и перпендикулярно канавкам, с каждым калиброванным отверстием, расположенным на проходящем по окружности пути выемки так, что глубина в направлении оси выемки и каждой канавкой в окрестности каждого калиброванного отверстия являющейся, по существу, одинаковой. Выемка является эффективной для обеспечения заглубленной зоны для каждого калиброванного отверстия проходов. В частности, радиально внутренняя часть выемки образована уступом, который действует для отведения кольцевой кромки (которая образует калиброванное отверстие) от плоскости забоя и защиты кромки от шлама.

Если необходимо, буровое долото содержит три промывочных прохода и три канавки. Соответственно, каждая канавка обеспечена своим собственным соответствующим потоком текучей среды. Понятно, что конкретное число и конфигурацию передних твердосплавных штырей, калибрующих твердосплавных штырей и канавок можно варьировать в объеме связанного изобретения по соображениям кпд при породоразрушении без ущерба или вреда для транспортировки аксиально назад выбуренной породы.

Краткое описание чертежей

Ниже конкретный вариант исполнения настоящего изобретения описан только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг.1 показан вид сверху в изометрии бурового долота ударного действия для бурения твердых пород, имеющего головную часть и хвостовик с множеством промывочных канавок, проходящих по головной части, согласно конкретной реализации настоящего изобретения.

На фиг.2 показан вид с торца на головную часть бурового долота фиг.1.

На фиг.3 дополнительно показан вид сверху в изометрии головной части долота фиг.1.

На фиг.4 показано продольное сечение долота для ударного бурения фиг.1.

На фиг.5 показан с увеличением вид в изометрии с сечением головной части долота фиг.4.

На фиг.6 дополнительно показан с увеличением вид в изометрии с сечением головной части долота фиг.4.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Показанное на фиг.1-3 буровое долото ударного действия для твердых пород содержит головную часть 100 и хвостовик 101, который выступает назад от головной части 100. Обе позиции, головная часть 100 и хвостовик 101 центрируются на продольной оси 102 долота. Головная часть 100 содержит множество твердосплавных режущих вставок (называются в данном документе режущими твердосплавными штырями). В частности, твердосплавные штыри можно разделить по категориям на передние твердосплавные штыри 105 и калибрующие твердосплавные штыри 106. Головная часть 100 имеет в общем куполообразную форму с зону 112 вершины, которая представляет аксиально самую переднюю зону передней поверхности 103, которая представляет обращенную вперед поверхность головной части 100. Передняя поверхность 103 является наклонной, имеет наклон в направлении назад от оси 102 и ограничена по своему периметру множеством сегментов 104 кольцеобразного гребня. Сегменты 104 кольцеобразного гребня представляют периферийные островки, распределенные по окружности вокруг оси 102 и выполненные в общем на стыке между головной частью 100 и хвостовиком 101.

Передние твердосплавные штыри 105 установлены на передней поверхности 103 в непосредственной близости к вершине 112 и оси 102. Радиально наружные калибрующие твердосплавные штыри 106 предусмотрены на сегментах 104 кольцеобразного гребня. Согласно конкретному варианту реализации, головная часть 100 содержит три передних твердосплавных штыря 105 и шесть калибрующих твердосплавных штырей 106, с каждым сегментом 104 кольцеобразного гребня, содержащим два калибрующих твердосплавных штыря 106. Передняя поверхность 103 включает в себя обращенную вперед поверхность 116 сегментов 104 кольцеобразного гребня и имеет в общем конусообразную форму с наклоном под постоянным углом аксиально назад от вершины 112 к кромке 115 периметра головной части, которая представляет максимальный наружный диаметр головной части 100.

Множество промывочных канавок, указанных в общем ссылочной позицией 107, расположены на площади головной части 100. Первая зона 109 канавок проходит в общем радиально наружу от оси 102, и вторая зона 110 канавок проходит в общем аксиально назад от передней поверхности 103 и, в частности, вершины 112. Каждая канавка 107 заглублена в головную часть 100 так, что зона 117 желоба каждой канавки 107 заглублена аксиально назад от передней поверхности 103. Каждая канавка 107 дополнительно образована наклонными боковыми поверхностями 200, что обеспечивает в общем плавный переход от поверхностей 116 сегментов кольцеобразного гребня и зоны 117 желоба канавки. Канавки 107 имеют в общем V-образный профиль и конфигурацию, образованную поверхностями 200 стенок и желобом 117. V-образный профиль проходит в общем по всей длине каждой канавки 107 в окрестности вершины 112 и переходной зоны 113 между хвостовиком 101 и головной частью 100.

Буровое долото дополнительно содержит множество калиброванных отверстий 108, расположенных в передней поверхности 103 и, в частности, в зоне 117 желоба каждой канавки 107. Каждое калиброванное отверстие 108 образовано, по существу, кольцевой кромкой 114 с диаметром меньше диаметра режущих твердосплавных штырей 105, 106. Согласно конкретной реализации, буровое долото содержит три калиброванных отверстия 108, каждое расположенное в соответствующий канавке 107 радиально между передними твердосплавными штырями 105 и калибрующими твердосплавными штырями 106. Вместе с тем, калиброванные отверстия 108 расположены смещенными или ближе к одной стороне воображаемой радиальной спицы, проходящей через каждый из передних твердосплавных штырей 105 и калибрующих твердосплавных штырей 106. То есть, зона головной части 100, расположенная радиально внутрь и радиально наружу от калиброванного отверстия 108 лишена режущего твердосплавного штыря 105, 106 соответственно.

Головная часть 100 дополнительно содержит множество каналов 111, которые проходят аксиально в наружном периметре сегментов 104 кольцеобразного гребня, имеющих аксиальную длину, соответствующую приблизительно аксиальному расстоянию между кромкой 115 периметра головной части и переходной зоной 113. Согласно конкретной реализации, головная часть 100 содержит три канала 111, расположенных соответственно на каждом из трех сегментов 104 кольцеобразного гребня. Согласно конкретной реализации, глубина (в радиальном направлении) каналов 111 заметно меньше соответствующей глубины канавок 107. Дополнительно, каналы 111 не проходят радиально внутрь за поверхность 116 сегмента кольцеобразного гребня и калибрующие твердосплавные штыри 106.

Как показано на фиг.3, каждая канавка 107 имеет основной отрезок длины, представленную в общем ссылочной позицией 300, ориентированный для прохождения в обоих, радиальном и аксиальном направлении от зоны 112 вершины до переходной зоны 113. Основной отрезок 300 длины канавки представляет отрезок длины пути потока текучей среды по которому промывочная текучая среда должна проходить из каждого калиброванного отверстия 108 радиально наружу и аксиально назад от передней поверхности 103 в направлении к переходной зоне 113 (и затем аксиально назад вдоль хвостовика 101). В частности, отрезок 300 длины пути потока содержит первую зону 300a, которая проходит в общем радиально наружу от вершины 112 в зону между сегментами 104 кольцеобразного гребня. Отрезок длины пути затем искривляется назад к центральной оси 102 на промежуточной криволинейной зоне 300c. Канавка 107 затем продолжается в общем аксиально в направлении назад во второй зоне 300b отрезка длины пути, проходящей между искривленной зоной 300c и переходной зоной 113. Соответственно, отрезок 300 длины пути потока текучей среды является непрерывно отклоняющимся к оси 102 по обеим, первой и второй зонам 300a, 300b и криволинейной промежуточной зоне 300c. Дополнительно, отрезок 300 длины в зонах 300a, 300b, 300c лишен каких-либо выступов, кромок, резких переходов, уступов или других препятствий, выставленных перпендикулярно или поперечно отрезку 300 длины пути потока текучей среды, которые могли бы создавать препятствия потоку текучей среды, проходящему от калиброванного отверстия 108 до переходной зоны 113. Такое устройство является предпочтительным для оптимизации промывки с подачей назад частиц горной породы и мелких фракций, оторванных от плоскости забоя. Представленное устройство также обеспечивает удержание текучей среды и частиц горной породы в канавках 107 и отсутствие их 'утечки' на зону 103 передней поверхности.

Как показано на фиг.4 и 6, режущее долото содержит продольно проходящий внутренний центральный канал 400. Канал 400 проходит от одного конца 401 хвостовика 101 и завершается на головной части 100 множеством проходов 402 потока текучей среды. Каждый проход 402 содержит первый конец 403, соединенный для сообщения текучей средой с каналом 400 и второй конец 404, который завершается на передней поверхности 103 калиброванным отверстием 108 (образованным кромкой 114). Вследствие относительного позиционирования калиброванных отверстий 108 на передней поверхности 103, каждый проход 402 отходит радиально наружу от оси 102. Для защиты кромки 114 калиброванного отверстия от повреждений, обусловленных контактом с плоскостью забоя, каждая кромка 114 заглублена аксиально назад от передней поверхности 103, благодаря позиционированию в зоне 117 желоба каждой канавки 107. Каждое калиброванное отверстие 108 установлено аксиально ближе к вершине 112 относительно переходной зоны 113. В частности, каждая канавка 107 содержит первый конец 405, расположенный в окрестности вершины 112, и второй конец 406, расположенный в окрестности переходной зоны 113. Каждое калиброванное отверстие 108 расположено на более коротком расстоянии от первого конца 405 канавки, чем от второго конца 406 канавки.

Как показано на фиг.5, каждая канавка 107 содержит первый участок, представленный ссылочными позициями 501a и 501b, и второй участок, представленный ссылочной позицией 500. Промежуточная искривленная зона 502 установлена аксиально между первой и второй зонами 501a, 501b, 500. Первая зона 501a, 501b канавок отклоняется непрерывно от первого конца 405 канавки для образования наклона аксиально назад и для заглубления относительно передней поверхности 103. Первую зону 501a, 501b можно дополнительно разделить на самую ближнюю к оси зону 501a и самую дальнюю от оси зону 501b. Зона 501a проходит радиально между калиброванным отверстием 108 и концом 405 канавки, а зона 501b проходит радиально между калиброванным отверстием 108 и искривленной зоной 502. Обе, внутренняя и наружная зоны 501a, 501b выставлены под одинаковым углом отклонения, по одной линии так, что желоб 117 в каждой зоне 501a, 501b является копланарным с каждой радиальной стороны калиброванного отверстия 108. Желоб 117 канавки затем проходит по искривленной зоне 502, которая представляет плавный переход от первой зоны 501a, 501b к радиально наружной (и в общем продолжающейся аксиально) второй зоне 500. Искривленная зона 502 также выставлена для образования непрерывного сужения аксиально назад к оси 102 и лишена любых зон плоской части кривой или уступа, которые могут выставляться перпендикулярно оси 102. Как показано, глубина каждой канавки 107 увеличивается в общем от первого конца 405 к окрестности аксиально проходящей второй зоны 500. Глубина канавки 107 в общем уменьшается в аксиальном направлении назад вдоль второй зоны 500 канавки для завершения на втором конце 406.

Как показано на фиг.6, угол, под которым первая зона 501a, 501b канавки наклонена аксиально назад относительно оси 102, представлен в общем углом α. Аналогично, угол, под которым вторая зона 500 канавки наклонена назад относительно оси 102, представлен углом β. Согласно конкретной реализации, угол α составляет, по существу, 55° и угол β составляет, по существу, 15°. Соответственно, радиально внутренняя первая зона 501a, 501b наклонена относительно оси назад в меньшей степени, чем вторая зона 500 канавки, имеющая отрезок длины пути потока, который выставлен ближе к аксиальному направлению, чем радиальному направлению в отличие от первой зоны 501a, 501b. Как указано, промежуточная искривленная зона 502 образована, как плавный переход, так что зона 501b (проходящая радиально между калиброванным отверстием 108 и искривленной зоной 502) имеет непрерывный наклон в направлении аксиально назад. Конкретная форма профиля и конфигурация зон 501b, 502 и 500 обеспечивает эффективную транспортировку частиц горной породы и мелких фракций, захваченных в промывочную текучую среду, от калиброванного отверстия 108 до хвостовика 101 долота. Данное заметно увеличивает скорость проходки бурового долота, поскольку породоразрушение при вращении и аксиальном перемещении вперед оптимизируется, благодаря эффективной аксиальной транспортировке назад разрушенной горной породы. Специально выполненное, заглубление кромки калиброванного отверстия 114 на желобе 117 канавки предотвращает повреждения кромки 114, поддерживая требуемую подачу и прохождение потока промывочной текучей среды в каждой канавке 107. Понятно, что если кромка 114 повреждена или изношена с потерей формы, указанное влияет на путь подачи текучей среды, и показатели работы промывки снижаются. Конкретное радиальное позиционирование каждого калиброванного отверстия 108 между радиальными местоположениями передних твердосплавных штырей 105 и калибрующих твердосплавных штырей 106 дополнительно оптимизирует защиту кромки 114 от повреждений во время породоразрушения. Защиту кромки 114 дополнительно улучшает в общем проходящая по окружности выемка 118, расположенная радиально между передними твердосплавными штырями 105 и калибрующими твердосплавными штырями 106. В частности, каждое калиброванное отверстие 108 расположено в зоне желоба каждой выемки 118. Кроме того, в общем проходящий по окружности уступ 119 образует радиально внутреннюю зону выемки 118, что создает защитный экран для кромки 114, отклоняющий или направляющий буровой шлам надлежащим образом в канавки 107.

Claims

1. Буровое долото ударного действия для твердых пород, содержащее:

головную часть (100), выполненную на одном конце удлиненного хвостовика (101), имеющего внутренний канал (400), проходящий аксиально от одного конца (401) хвостовика (101) к головной части (100);

причем головная часть (100) имеет переднюю поверхность (103) и множество сегментов (104) кольцеобразного гребня, разнесенных по окружности вокруг продольной оси (102) долота и установленных по периметру (115) передней поверхности (103), при этом передняя поверхность (103) имеет в общем куполообразную форму;

множество передних режущих твердосплавных штырей (105), расположенных на передней поверхности (103), и множество калибрующих твердосплавных штырей (106), выполненных на сегментах (104) кольцеобразного гребня;

множество промывочных канавок (107), проходящих в направлении радиально наружу от оси (102) на передней поверхности (103) и продолжающихся в направлении аксиально назад для образования и разделения по окружности сегментов (104) кольцеобразного гребня, каждая из канавок (107) заканчивается в окрестности хвостовика (101);

по меньшей мере один проход (402) текучей среды, соединенный с каналом (400) и выходящий, как калиброванное отверстие (108) в окрестности передней поверхности (103) по меньшей мере одной из промывочных канавок (107), причем калиброванное отверстие (108) заглублено аксиально от передней поверхности (103) по меньшей мере одной из канавок (107);

отличающееся тем, что:

отрезок (300) длины пути потока каждой из промывочных канавок (107) является по существу выпуклым в направлении от передней поверхности (103) к хвостовику (101) относительно оси (102) долота; и

отрезок (300) длины пути потока выставлен проходящим непрерывно аксиально назад от зоны калиброванного отверстия (108) в направлении к хвостовику (101) так, что никакая часть отрезка (300) длины пути потока не выставлена перпендикулярно оси (102) долота, что обеспечивает беспрепятственный путь потока для прохождения текучей среды аксиально назад от калиброванного отверстия (108) к хвостовику (101) и между сегментами (104) кольцеобразного гребня.

2. Долото по п.1, в котором каждая из канавок (107) содержит первую зону (501a, 501b), расположенную по существу на передней поверхности (103), и вторую зону (500), расположенную по существу между каждым из сегментов (104) кольцеобразного гребня, при этом переход (502) между первой зоной (501a, 501b) и второй (500) зоной является бесшовным и лишенным каких-либо выступов или кромок, выставленных перпендикулярно пути потока текучей среды каждой из канавок (107).

3. Долото по п.2, в котором каждая из канавок (107) проходит аксиально вперед за каждое калиброванное отверстие (108).

4. Долото по п.3, в котором угол выставления относительно оси отрезка (300) длины пути потока каждой из канавок (107) в первой зоне (501a, 501b) аксиально впереди и аксиально сзади калиброванного отверстия (108) является, по существу, одинаковым.

5. Долото по любому из пп.2-4, в котором каждая из канавок (107) на переходе (502) между первой зоной (501a, 501b) и второй зоной (500) содержит выпуклую кривую на отрезке (300) длины пути потока относительно оси (102).

6. Долото по любому из пп.2-4, в котором отрезок (300) длины пути потока в первой зоне (501a, 501b) выставлен отклоняющимся для наклона к оси (102) под углом (

) с величиной в диапазоне 40-80° относительно оси (102).

7. Долото по любому из пп.2-4, в котором отрезок (300) длины пути потока во второй зоне (500) выставлен отклоняющимся для наклона к оси (102) под углом (

) с величиной в диапазоне 5-30° относительно оси (102).

8. Долото по п.1, в котором каждая из канавок (107) содержит аксиально самую переднюю зону (501a), которая проходит в направлении радиально и аксиально между передними твердосплавными штырями (105).

9. Долото по п.1, в котором каждая канавка (107) содержит первый конец (405), расположенный в окрестности аксиально самой передней зоны (112) передней поверхности (103), и второй конец (406), установленный в окрестности хвостовика (101), при этом калиброванное отверстие (108) установлено ближе к первому концу (405), чем второму концу (406).

10. Долото по п.1, в котором каждая из канавок (107) имеет по существу V-образный профиль в плоскости, перпендикулярной отрезку (300) длины пути потока каждой из канавок (107).

11. Долото по п.10, в котором глубина каждой из канавок (107) увеличивается по существу от передней поверхности (103) к хвостовику (101).

12. Долото по п.1, дополнительно содержащее выемку (118), аксиально заглубленную в передней поверхности (103), проходящую по окружности вокруг оси (102) и перпендикулярную канавкам (107), причем каждое калиброванное отверстие (108) расположено на проходящем по окружности пути выемки (118) так, что глубина в направлении оси выемки (118) и каждой канавки (107) в окрестности каждого калиброванного отверстия (108) является по существу одинаковой.

13. Долото по п.1, содержащее три промывочных прохода (402) и три канавки (107).