UA131421U - Турбодолото ріжучого типу - Google Patents

Abstract

Турбодолото ріжучого типу включає турбіну турбобура, осьові і радільні опори, секції роторів і статорів, герметизуючі елементи, породоруйнівні елементи ріжучого типу причому для інтенсифікації руйнування поверхні вибою свердловини та збільшення швидкості заглиблення вибою свердловини опори примусового обертання породоруйнівних інструментів (доліт) виконані в тілі вала вибійного двигуна, розміщені вздовж його осі обертання, встановлені привідні вибійні двигуни, на обертових валах яких розміщені породоруйнівні елементи ріжучого типу - бурові долота або коронки, що здійснюють складний рух: переносний обертовий рух осей вала та долота і відносні обертові рухи відносно осей двигунів, які приводять в обертання бурові долота (коронки).

Description

Корисна модель належить до нафтогазової, геологічної, теплоенергетичної і інших галузей народного господарства, пов'язана зі створенням породоруйнівних інструментів для інтенсифікації буріння свердловин долотами ріжучого типу.

Відомі долита ріжучого типу (Справочник инженера по бурению. Под редакцией В.Н.

Мещевича, И.А. Сидоренко. - М.: Изд-во "Недра", 1973. - Т. 1.), які складаються з циліндричного корпуса, що має різьбове з'єднання для включення в бурильну колону. Торцева і бокова робочі частини долота оснащені твердосплавними різцями спеціальної форми, або алмазними ріжучими елементами для руйнування гірських порід. Розміщення ріжучих елементів вибирається за умови повного перекриття поверхні вибою. В корпусі долота утворені канали для підводу промивної рідини до вибою свердловини, на виході яких закріплені гідромоніторні насадки. Долота забезпечують ефективне руйнування вибою свердловини при бурінні м'яких і середньої твердості порід.

Недоліком доліт ріжучого типу є те, що при руйнуванні порід ріжучими елементами доліт відносно мала швидкість заглиблення вибою свердловини в порівнянні з використанням шарошкових доліт. Енергоємність руйнування порід на вибої в центральній і периферійних частинах вибою різні. Енергія, що підводиться до вибою розприділяється породоруйнівними елементами по кільцевим траєкторіям, при цьому, ріжучі елементи на периферії зношуються значно швидше, ніж в центральній частині.

Відомі шарошкові долота (Справочник инженера по бурению. Под редакцией В.Н.

Мещевича, И.А. Сидоренко. - М.: Изд-во "Недра", 1973. - Т. 1.), які включають корпус, складений з лап, на яких змонтовані шарошки, що оснащені породоруйнівними елементами (фрезерованими зубцями, твердосплавними вставками) різної форми. Шарошки на підшипниках вільно обертаються на цапфах лап долота. При роботі, створенні осьового навантаження і обертанні долота навкруг осі свердловини, шарошки обертаються шляхом перекочування з зубця на зубець, проходить розподіл енергії долота і низу колони бурильних труб по кільцевим поверхням вибою. Обертання шарошок не є незалежним і пов'язане з кінематикою долота та залежить від геометричної форми рейки, що утворюється на вибої. При руйнуванні вибою частота обертання шарошок залежить від геометричних розмірів шарошок, діаметра долота, а також кількості зубців на периферійних вінцях шарошок.

Зо Недоліком таких доліт є те, що їхній ресурс є обмеженим через інтенсивний знос озброєння і опор шарошок, особливо при значних осьових навантаженнях і великих швидкостях обертання.

Конструкція доліт не забезпечує рівномірного розподілу енергії низу компоновки і долота в центральній і периферійній поверхнях вибою. Відсутність примусового, незалежного окремого приводу обертання кожної з шарошок долота стримує можливість подальшого збільшення швидкостей руйнування вибою, покращення показників буріння.

Відомо бурове шарошкове долото-аналог (патент РФ Мо 2451151) та бурове щарошечне долото (патент РФ Мо 2433243) корпусного типу, яке складається з корпуса, різьбового з'єднання для приєднання до бурильної колони. В корпусі вмонтовані опора з замковими з'єднаннями, радіальними підшипниками кочення і ковзання. Осі шарошок паралельні осі обертання долота. Робоча поверхня шарошок армована твердосплавними елементами. При прикладанні осьового навантаження і момента до корпуса долота, в результаті взаємодії породоруйнівних інструментів з породою, проходить обертання бурового долота, руйнування породи, заглиблення долота.

Недоліком конструкції долота є те, що обертання шарошок долота проходить в результаті перекочування шарошок по деформованій поверхні вибою, яка руйнується. При взаємодії породоруйнівних елементів з породою проходить їх ковзання і вдавлювання в породу та руйнування вибою. Обертання шарошок залежне від форми поверхні вибою, що утворюється при перекочуванні шарошок. Обертання шарошок не є примусовим, так як між обертанням корпуса долота і шарошок відсутній жорсткий силовий зв'язок. Примусове обертання шарошок може змінити силову взаємодію озброєння долота з породою та покращити ефективність і інтенсивність процесів руйнування порід.

Найбільш близьким до запропонованого по технічній суті і досягаємому результату є

ГЇУстройство для бурения скважин (вариантьї) патент РФ "2352748, МПК Е21В 4/00, МПК Е21В 10/081, яке включає шарошкове долото з опорою на наддолотну трубу, вузол розгрузки опори в виді плити з кільцевим виступом, що утворює разом з оберненими конусами шарошок фрикційні пари і вузол примусового обертання шарошок, що встановлений в середині наддолотної труби і виконаний в виді осьової турбіни з промивочною плитою.

Даний пристрій завдяки Ффрикційній передачі осьового навантаження через корпуси шарошок і використання вузла для передачі обертання може забезпечити деяке збільшення 60 показників роботи бурового долота. Але передача обертання шарошок приводить до швидкого зносу калібруючих елементів на обернених корпусах шарошок, що приводить до заклинювання шарошок, зменшення механічної швидкості і проходки на долото.

В зв'язку з викладеним, технічною задачею корисної моделі є підвищення ефективності роботи озброєння запропонованого турбодолота ріжучого типу за рахунок інтенсифікації процесів примусового руйнування поверхні вибою озброєнням бурових доліт ріжучого типу.

На фіг. 1 приведена схема конструкції шарошкового турбодолота ріжучого типу (січення А-

А).

На фіг. 2 показано перетин вала турбодолота.

На фіг. З показано вид Б з сторони вибою.

Запропоноване турбодолото ріжучого типу складається з вибійних двигунів (турбобурів, гвинтовий двигун, електробур і інших), які працюють із-за перетворенню енергії гідравлічного потоку промивної рідини в складні обертові рухи породоруйнівних інструментів завдяки незалежному обертанні вала турбодолота і валів, на яких розміщені бурові долота ріжучого типу, породоруйнівні інструменти, що здійснюють складні силові рухи по поверхні вибою: вдавлювання, зсуві та ковзання, просторові кутові і лінійні переміщення.

Забезпечення здвигових складових руху породоруйнівних елементів при вдавлюванні в поверхні породи на вибої покращує ефективність її руйнування, так як критичні напруження породи при зсуві кратно менші, ніж при вдавлюванні.

Така конструкція турбодолота здійснює розподіл енергії низу компоновки озброєнням по поверхні вибою по епіциклічним траєкторіям.

Турбодолото ріжучого типу, що показано на фіг. 1, включає вибійний двигун - турбобур, корпус 1 якого з'єднаний з валом 2 через радіально-упорні підшипники З і 6. На валу 2 і корпусі 1 встановлені секції статорів 4 і секції роторів 5, які відповідно зафіксовані від провертання шпонками. Між валом 2 і корпусом 1 встановлено ущільнення 7. В тілі вала 2 вмонтовано два, три, чотири, шість вибійних двигунів (турбобури, гвинтові двигуни, електробури і інші).

В циліндричних отворах 10 вала 2 розміщені радіальні і осьові опори 8 і 11, вали 9, до яких через перехідники 13 приєднані бурові долота 15 з ріжучими елементами 14. Між валами 2 і 9 встановлені ущільнення 12.

На фіг. 2 показано розміщення вибійних двигунів в тілі вала 2, а на фіг. З - вид бурових доліт

Зо 15 зі сторони вибою.

Турбодолото ріжучого типу працює наступним чином. Промивна рідина подається по бурильним трубам до вибою свердловини. Вона проходить через корпус 1 турбодолота, через пустотілий вал 2 вибійного двигуна, попадає на робочі елементи двигуна - ротори 5 і статори 4, приводить в обертання вал 2. На виході промивна рідина попадає в середину вала 2 на робочі елементи двигунів, що приводять в обертання долота 15.

Породоруйнівні елементи такого долота ріжучого типу здійснюють складний рух: переносний обертовий рух осей валів 9 вибійних двигунів навколо осі вала 2 вибійного двигуна; відносний рух доліт 15 відносно осей 9 обертання валів вибійних двигунів.

Примусове обертання доліт приводить до зміни силової взаємодії породоруйнівних елементів долота з породою на вибої свердловини, змінює ефективність руйнування породи.

Сукупність різних варіантів силової взаємодії долота з вибоєм і ефективності руйнування порід дозволить встановити оптимальні конструктивні і технологічні параметри долота.

При таких схемах розміщення і руху ріжучих елементів змінюється взаємодія озброєння долота з вибоєм, в компоновці колони примусово розприділяється енергія по поверхні вибою по кінематичним і динамічним закономірностям по епіциклоїдам, що приводить до зміни енергоємності руйнування вибою, інтенсифікації процесів руйнування порід і, в цілому, до покращення показників буріння, росту швидкості буріння.

Таким чином, використання запропонованого турбодолота ріжучого типу завдяки більш ефективній схемі руйнування породи дозволить збільшити проходку на долото і швидкість буріння, знизити собівартість бурових робіт.

Claims (7)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Турбодолото ріжучого типу, яке включає турбіну турбобура, осьові і радільні опори, секції роторів і статорів, герметизуючі елементи, породоруйнівні елементи ріжучого типу, яке відрізняється тим, що для інтенсифікації руйнування поверхні вибою свердловини та збільшення швидкості заглиблення вибою свердловини опори примусового обертання породоруйнівних інструментів (доліт) виконані в тілі вала вибійного двигуна, розміщені вздовж його осі обертання, встановлені привідні вибійні двигуни, на обертових валах яких розміщені породоруйнівні елементи ріжучого типу - бурові долота або коронки, що здійснюють складний рух: переносний обертовий рух осей вала та долота і відносні обертові рухи відносно осей двигунів, які приводять в обертання бурові долота (коронки).

2. Турбодолото ріжучого типу за п. 1, яке відрізняється тим, що в тілі вала вибійного двигуна турбодолота встановлено вздовж його осі обертання паралельно два, три, чотири, шість гідравлічних двигунів для приводу в обертання бурових доліт ріжучого типу.

3. Турбодолото ріжучого типу за п. 1, яке відрізняється тим, що бурові долота ріжучого типу приводяться в обертання турбобуром або гвинтовим і іншими двигунами.

4. Турбодолото ріжучого типу за п. 2, яке відрізняється тим, що потік промивної рідини в валі вибійного двигуна каналами підводиться до кожного з двигунів приводу доліт (коронок), обминаючи опорні вузли кожного двигуна промивна рідина через насадки подається в зони руйнування порід, очищує їх і виносить продукти руйнування на поверхню.

5. Турбодолото ріжучого типу за п. 1, яке відрізняється тим, що вектори кутових швидкостей обертання вала вибійного двигуна і бурових доліт направлені в різні протилежні сторони, причому, ріжучі елементи на вибої свердловини рухаються по епіциклоїдам.

6. Турбодолото ріжучого типу за п. 2, яке відрізняється тим, що для руйнування центральної частини вибою при використанні більше двох двигунів приводу та обертання більше двох бурових доліт вал турбодолота по торцевій поверхні армований твердосплавними породоруйнівними ріжучими елементами.

7. Турбодолото ріжучого типу за п. 1, яке відрізняється тим, що на валах вибійних двигунів Зо закріплені бурові долота, бурові коронки ріжучого типу і інші породоруйнівні інструменти.