Буровое шарошечное долото

 

Использование: в горной промышленносги для буровых шарошечных долот, пре назначенных, преимущественно, для ударно-шарошечного бурения. Сущность: шарошки 3. 4, 5 по средним венцам 11, 12 выполнены с углом конусности при вершине , равным удвоенной разности между прямым углом и углом наклона осей цапф 2 к оси долота. Твердосплавные зубки на венцах 11, 12 расположены параллельно рей долота. При работе зубками средних венцов 11 и 12 создаются дополнительные плоскости обнажения Это способствует более эффективному разрушению породы. Реакция от забоя направлена вдоль зубков, что уменьшает изгибающие напрях ения в зубках и повышает КПД удара. 2 ил.

@с

ГОР >3 ГОПЕ!ГГИХ

ГО((ИАЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК

rs(>s Е 21 В 10/16

ГО

BE (ГО

,аиду а "" ° (54) (57) нос пре

° \

Ф l д (21) (22) (46) (71) инс (72) цов (56) №1

УДАРСТВЕН1ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ОМСТВО СССР

ПАТЕНТ СССР) ВТ0РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4857451/03

06.08,90

07..02.93. Бюл. ¹ 5

Всесоюзный научно-исследовательский итут буровой техники

В.А.Бирман, A.А,Перегудов, А.Ф.Кузнеи В.П,Якимов

Авторское свидетельство СССР

383877, кл. Е 21 B 10/16, 1986.

БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО

Использование: в горной промыщлени для буровых шарошечных долот, назначенных, преимущественно, для

2 ударно-шарошечного бурения. Сущность: шарошки 3. 4, 5 по средним венцам 11, 12 выполнены с углом конусности при вершине, равным удвоенной разности между прямым углом и углом наклона осей цапф 2 к оси долота, Твердосплавные зубки на венцах 11, 12 расположены параллельно оси долота;

При работе зубками средних венцов 11 и 12 создаются дополнительные плоскости обнажения. Это способствует более эффективному разрушению породы. Реакция от забоя направлена вдоль зубков, что умейьшает изгибающие напряжения в зубках и повышает

КПД удара. 2 ил.

1793079

Настоящее изобретение относится к ких породах, заменялась иэ-за скола зубков горной промышленности и может быть ис- именно этих венцов. пользовано в буровых шарашечных доло-. Наиболее близким техническим решетах, преимугцественно предназначенных нием является буровое шарошечное долото, для ударно-шарошечного бурения . 5 содержащее лапы с наклонными цапфами и

Известно буровое шарошечное долото; установленные на цапфах лап с возможносодержащее лапы и смонтированные на. GTblo вращения шарошки с внутренними, цапфах лап с возможйостью вращения мно- средними и периферийными венцами и гоконусные шарошки, имеющие твердосп- твердосплавные зубки, размещенные на лавное вооружение на вершинах, основных "0 венцах шарошек, В нем диаметр и количести периферийных частях шарошек. во зубков на внутренних, средних и перифеНедостатком этого долота является не- рийных венцах оптимизированы по высокая эффективность его работы, по- расстоянию от оси долота и частоты ударной скольку конструктивные параметры Bio нагрузки на долото с целью исключить завивооружения." диаметр и количество зубков "5 сание какой-нибудь шарошки на кольцевом на вершинах, Основных и периферийных ча- участке забоя, разрушаемом одйим из этих стях шарашек, а также ориентация зубков венцов с отставанием от разрушения осотносительно оси шарошки — заданы беэ тальной площади забоя. Однако вышеукаучета возможности бурения с наложенйем занные недостатки, связанные .с на долото ударных импульсов. Поэтому зна- 20 нвсовйадением направления действия осе- чительная часть энергии удара бесПолезно вой нагрузки (соответственно, приложения поглощается, самим долотом, не реализуясь ударйых импульсов), сохраняются и в этом в разрушении обуриваемой породы. долоте. . При превышении рационального значе- Цель изобретения — повышение произнйя шага зубковграницы лунокразрушения 2о водительности долота эа счет увеличения и трещины в породе от воздействия любого КПД удара и долговечности долота за счет венца на породу удалены друг от друга и уменьшения изгибающих напряжений на углубление скважины замедляется, пока ко- . зубки. аичество лунок и их размеры йе достигнут Указанная цлеь достигается тем, что в определенных значений. 0 буровом шарошечном долоте, содержащем

В случаях, когда шаг зубка меньше ра- лапы с наклонными цапфами и установленционального значения, то снижается удар-,ные на цапфах с возможностью вращения ная составляющая нагрузка, передаваемая шарошки с внутренними, средними и перизубками на породу, что также уменьшает ферийными венцамиитвердосплавныезуб-. скорость бурения, З-" ки, размещенные на венцах шарошек, Существенным недостатком долота яв- шарошки по средним венцам выполнены с ляется то, что зубки ориентированы перпен- углом конусности при вершине, равным уддикулярно венцовым поверхностям военной разности между прямым углом и шарошек, а конусность последних в различ- углом наклона осей цапфы к оси долота; а ных частях шарошек различна. Поэтому на- 40 твердосплавные зубки на средних венцах правления осей зубков в момент расположены параллельно оси долота, взаимодействия с породой и осевой нагруз- На фиг.1 изображено буровое шарошечки не совпадают. Это приводит, к одной ное долото; на фиг.2 — совмещенные проекстороны, к уменьшению КПД передачи ции шарошек. энергии удара через зубки и, соответствен- 45 Буровое шарошечное долото содержит но, снижению разрушающего воздействия лапу 1 с цапфой 2, шарошки 3, 4, 5, смонтипороды, С другой стороны, несовпадейие рованные на цапфах с помощью подшипнинаправлений действия осевой нагрузки с ков качения б,7 и подшипника скольжения осью зубка, ее передающего, влечет за со.- . 8. Шарошки имеют многоконусную форму, бой появление дополнительных изгибаю- 5Q на наружных поверхностях конусов — венцощих напряжений на породоразрушающей вых поверхностях, выполнены породоразповерхности зубка, особенно опасных при рушающие венцы в виде запрессованных s наложенйи ударных нагрузок, что йриводит отверстия шарашек твердосплавных зубков к сйижению стойкости зубка и, соответст- с выступающими над венцовыми поверхновенно, сооружения долота в целом.. 55 стями породоразрушающими частями. Так, Сказанное относится в первую очередь у1-й шарошки внутренние венцы9, 1Q, средквенцам,размещеннымнаосновныхчастях ние венцы 11. 12 и периферийные венцы— шарашек, поскольку значительная часть до- 13; 14, лот, отработанных в очень крепких и креп- Осьцапфы наклона по отношению коси долота под углом Q

1793079

Конусные поверхности 1-й шарошки, редказначенные под венцы 11, 12 выполены с одинаковым углом р при их вершие со смещением относительно друг друга. онусные поверхности средних венцов осальных шарашек также выполнены со смеением относительно друг друга с таким же глом р при их вершинах.

При совмещении проекций шарошек по оси наклона цапфы и центру замкового одшипника опоры шарашек), как это покаано ка фиг.2, образуется схема совмещеного забоя скважины, Как видно из фиг.2, онусные поверхности средних венцов шаошек образуют контур ступенчатой формы, причем вследствие равенства углов конуса ри вершине всех указанных поверхностей; х образующие параллельны друг другу, редние венцы на фиг.2 обозначены цифраи 15, 16, 17, 18, 19, Угол р при вершине конуса средних екцов шарошек задается так, что ось зубка момент взаимодействия с породой совпаает с направлением действия осевой нагрузки, т.е, на совмещенном забое ось зубка параллельна оси долота, а образующая, совадающая с плоскостью; включающей оси олота и зубка, перпендикулярна оси долоа.

Угол р /2 между этой образующей и сью долота равен 90 — p соответственно, угол у равен 2(90 -а ).

Долото работает следующим образом.

В процессе бурения на долото передаются севая нагрузка и крутящий момент, а также дарная нагрузка. последняя с помощью пневмо- или гидроударников, Под действим указанных нагрузок зубки шарошек пеФормула изобретения

Буровое шарошечное долото, содержащее ламы с наклонными цапфами и установг енные ка цапфах с возможностью вращения шарошки с внутренними, средними и периферийными венцами и твердосплавные зубки, размещенные на венцах шарошек, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности дорекатываются по забою, вызывая разрушение породы. Разрушенная порода удаляется с поверхности забоя и из скважины подводимым через долото газообразным или жид5 ким очистным агентом.

Благодаря ступенчатому контуру средних вейцов долота на забое в основной его части образуются дополнительные плоскости обнажения, что способствует более эф10 фективному разрушению породы и, соответственно, росту механической скорости бурения.

Образование конусными поверхностями средних венцов шарошек ступенчатой

15 формы при совмещении их проекций и взаимосвязь их угла конусности с углом наклона оси цапф к оси долота обеспечивает совпадение направлений осевой нагрузки на долото и осей зубков средних венцов, 20 Это увеличивает КПД передачи уДарной нагрузки (энергии) на разрушение йороды и уменьшает изгибающие напряжения в самих зубках.

Осевая нагрузка и ударные импульсы

25 передаются зубками предлагаемого долота на забой, практически без потери энергии.

Превышение или уменьшение значения указанного угла влечет за собой появление на забое, в месте контакта зубка с породой

30 боковой составляющей нагрузки, направленной под прямйм углом к оси зубка, вызывающей изгибающие напряжения на его породоразрушающей поверхности, но не участвующей в разрушении породы, 35 Использование предложекного долота позволит увеличить механическую скорость бурения и проходку на долото при ударношарошечном способе бурения скважин, лота за счет увеличения КПД удара и долговечности долота эа счет уменьшения изгибающих напряжений на зубках, шарошки по средним венцам выполнены с углом конусности при вершине, равным удвоенной разности между прямым углом и углом наклона осей цапф к оси долота, а твердосплавкые зубки на средних венцах расположены параллельно оси долота.

1793079

Составитель В, Бирман

Редактор С. Кулакова . Техред М.Моргентал Корректор М Петрова

Заказ 487 - . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101