Шарошечное долото

 

Использование: при бурении скважин. Сущность изобретения: в группах двухрядного венца одной из шарошек размещено нечетное количество зубков в шахматном порядке в шагом между группами по зубкам внешнего ряда на 25...30% меньше, а по зубкам внутреннего ряда на 70...75% больше , чем шаги в группах, в шаг между группами в однорядных венцах всех шарошек на 25...30% больше, чем шаг в группах, при этом каждый венец с групповым размещением зубков содержит хотя бы одну группу, в которой на один-два зубка больше или меньше, чем в остальных группах. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ АЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 10/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832641/03 (22) 16,04.90 (46) 23,04;93, Бюл. М 15 (71) Уфимский нефтяной институт (72) А.Н.Попов, Б.Н.Трушкин, С.П.Баталов, А,В.Торгашов и А,А,Логинов (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1627643, кл. Е 21 В 10/16, 1988, (54) ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО (57) Использование: при бурении скважин.

Сущность изобретения: в группах двухрядИзобретение относится к породоразрушающим буровым инструментам, а именно к трехшарошечным долотам для бурения скважин, Целью изобретения является повышение скорости бурения и долговечности вооружения шарошек путем обеспечения безреечного разрушения забоя.

На фиг,1 показано трехшарошечное долото и размещение венцов вставных зубков на шарошках, а также схема перекрытия ими забоя при бурении; на фиг.2 — развертки однорядного венца на примере периферийного венца первой шарошки и двухрядных периферийных венцов двух других шарошек; на фиг.3 — схемы поражения забоя венцами (рядами) зубков при первом и втором . проходах по одному и тому же участку забоя; на фиг.4 — экспериментальная зависимость коэффициента вариации нагрузки на зубки от величины относительного шага повторного поражения забоя, „„.БЦ„„181Оа62 А1 ного венца одной из шарошек размещено нечетное количество зубков в шахматном порядке в шагом между группами по зубкам внешнего ряда на 25...30% меньше, а по зубкам внутреннего ряда на 70...75% больше, чем шаги в группах, в шаг между группами в однорядных венцах всех шарошек на

25...30% больше, чем шаг в группах, при этом каждый венец с групповым размещением зубков содержит хотя бы одну группу, в которой на один-два зубка больше или меньше; чем в остальных группах, 4 ил.

На всех схемах и в описании даны угловые шаги.

Шарошечное долото (см.фиг.1) состоит иэ лап 1 с цапфами 2, на которых установлены первая 3, вторая 4 и третья 5 шарошки.

Вооружение всех венцов первой шарошки, в том числе периферийного венца 6, однорядное. На шарошках 4 и 5 периферийные венцы двухрядные, состоящие из внешних рядов 7 и 9 и внутренних рядов 8 и 10.

Величины шагов Т1, Тз и ТБ (см. фиг,2) соответствуют конкретному типоразмеру долота, Шаг между группами 12 зубков в однорядном венце (см. фиг.2, вид А) на

20„,25% больше, чем шаг Т> внутри групп.

На одной иэ шарошек, например на шарошке 4, вооружение двухрядного венца (см, рис.2, вид Б) может быть негруппированным, На шарашке 5 (cM. фиг.2, вид В) зубки периферийного венца размещены группами. Первая группа включает зубки а1, 61, в, г1 и 41, вторая — а2, 62, в2, I2 и д2, третья — аз, бз и гз и т.д. Одна группа, третья, содержит

1810462 на два зубка меньше, чем первая и вторая.

Внутри групп зубки размещены в шахматном порядке с шагом Т, близким к шагу Тз в рядах. Шаг Т между группами по зубкам внешнего ряда 9 близок к шагу Т1 и на

20„.25$ меньше, чем шаг Т . Шаг Т6 между группами по зубкам внутреннего ряда 10 на

70...75 ф больше, чем шаг Ts. Шаги Т1 и Ts, как правило, назначаются минимально возможными из условия надежного крепления зубков в теле ша рошки, Долото работает следующим образом.

В процессе бурения шарашки перекатываются по забою скважины, Элементы вооружения периферийного венца 6 поражают забой с шагом Т1 и могут сформировать рейку. Но выступы этой рейки расположатся группами, подобно группам зубков в венце, с шагом между группами Tz (см. фиг,З, схемы а и b). При повторном про- 20 ходе (пунктирные стрелки) иэ-за того, что в окружность скважины укладывается не целое число оборотов шарошки, а в группах разное число зубков, имеет место смещение групп рейки по wary на величину Л Т и час- 25 тичное разрушение рейки. Отдельные зубки ряда 7 второй шарошки попадают в след первой шарошки, а остальные, стремясь сформировать собственную рейку, способствуют разрушению рейки, образуемой вен- 30 цом 6 (на схеме не показано). Внешний ряд

9, имеющий шаги. близкие к Т1 и к Тз, собственную рейку не формирует, а подчиняется схеме поражения то венца 6, то ряда 7, что также способствует разрушению рейки 35 на периферии забоя. Таким образом, все три шарошки имеют существенно разные схемы воздействия на периферию забоя и не могут сформировать устойчивую рейку, Разрушение предпериферийной части 40 забоя осуществляется последовательно зубками рядов 8 и 10 второй и третьей шарошек, Ряд 8 может формировать рейку с шагом Тз = Ts (см, фиг.3, схемы с и d) с четным числом выступов и с шагом Тз /2 при 45 нечетном числе выступов, Первая ситуация наиболее неблагоприятна и рассмотрена ниже. Зубки ряда IO в пределах группы могут воздействовать на забой вслед зубкам ряда 8, но на границе групп происходит 50 смещение зон поражения на величину

ЛТ, т.к. Та »T . При следующем проходе ряда 10 имеет место дальнейшее смещение зон поражения и таким образом обеспечивается последовательное разру- 55 шение рейки, формируемой рядом 8 (см, фиг,З, схемы е и f).

Поскольку поломки вставных зубков являются одной из основных причин отказа вооружения, то выбор соотношений между шагами в группах и между группами проведен из условия обеспечения минимальной вариации нагрузки на зубки. С этой целью были проанализированы опубликованные данные дробно-факторного эксперимента.

В качестве показателя нагружения зубков принята величина коэффициента вариации

К нагрузки

К =. $/Р, где S — среднее квадратическое отклонение нагрузки, действующей на зуб;

Р— средняя величина нагрузки в опыте.

В качестве аргумента принят относительный шаг повторного поражения забоя, равный для однорядных венцов

То = л T/T1 . а для двухрядных венцов

То = Л Т!Т5 .

То = (Tz - Т1 )/T1, где То = 0,20.

Отсюда

Т2 = Т1 (1 + То) = Т1 (1 + 0,20).

Принимаем. что

Т2 Т1

Tz Т1 где Tz и T1 — шаги зубков между группами и в группе венца, С учетом (1) Т2 = Т 1(1 + 0,20) (2) При поражении по схеме Ь

Т = T1 -(Tz .- T1 ), а

Т0 =(T1 - Tz - T1 ))/T1 . где То = 0,70, Отсюда

Т2 = Т1 (2 - То) = Т1 (2 - 0,70) = Т1 (1 + 0,30), На фиг.4 приведена полученная зависимость К от То. Величины То при минимальных значениях К, которые имели место при

То. около 0,2 и 0,7 соответствуют наименьшей перегрузке зубков, Далее рассмотрение проведено по венцам и рядам в соответствии со схемами íà фиг.3:

1) для групп однорядных венцов при поражении по схеме а

ЛТ= Т2 -Т1, тогда

1810462

С учетом (1) Т2 = Т1(1 + 0,30). (3) Из совместного анализа формул (2) и (3) и графика на фиг,4 следует, что условие (3) обеспечивает работу вооружения в областях обоих минимумов К независимо от схемы поражения забоя при втором проходе, а условие (2) — только в случае обеспечения работы в области первого минимума. Но если для схемы b принять ТО = 0,25, то это ограничение будет устранено. Тогда шаг между группами в однорядных венцах

Тг = Т 1(1 + (0.25...0,30)); (4) 2) группы внешнего ряда 9 могут поражать забой по схемам с и d, При поражении по схеме с, Л Т = Т4 ° ТО = Т4 /Т5, где ТО = 0,70.

Отсюда

Ъ

Т4 = ТО "Т5 = 0,70 Т5 = Т5 (1 - 0,30).

Приняв, что

Т4 T5

Т4 (5) где Т4 и T5 — шаги между группами зубков и в группах ряда 9, получим

Т4 Т5(1 0,30).

{6) При поражении забоя по схеме d

A Т = Т5 - Т4 ТО = (Т5 " T4 )/T5 где Tp = 0,20. Тогда с учетом (5) и необходимых преобразований

Т4 T5(1 - 0,20). (7) Т4 = T5j1 - (0,25...0,30)J, (8) 3) группы внутреннего ряда 10 могут поражать забой по схемам е и f. При поражении по схеме е

ЛТ Тв - Т5, ТО = (Тв - Т5 )/Ò5, где ТО = 0,70.

Отсюда

Te - Т5 (1 + TP) = T5 (1 + 0,70), Приняв, что

ТВ Т5 (9)

Тв Т5

Из условия обеспечения работы зубков ряда в областях обоих минимумов К независимо от схемы поражения забоя меньшее значение ТО следует увеличить до 0,25. Тогда шаг между группами внешнего ряда где Тв и Т5 — шаги между группами и в группах ряда 10, С учетом (9) получим

Тв = Т5(1 + 0,70). (10)

5 При поражении забоя по схеме f

ЛТ = 2Т5 - Тв, ТО = (2Т5 - Тв )/T5, где ТО = 0,20.

Отсюда с учетом (9) и необходимых преобразованийй получим

Тв = Т5(1 + 0,80).

Из условия обеспечения работы вооружения ряда в областях обоих миниму15 мов К независимо от схемы поражения забоя большее значение ТО уменьшим до

0,75. Тогда шаг между группами внутреннего ряда

20 Тв = Т5{1 + (0,70...0,75)), (11)

Таким образом, формулы (4), (8) и (11) позволяют рассчитать рациональные шаги между группами как однорядных, так и двух25 рядных венцов для предлагаемого технического решения. Предложенное размещение зубков на шарошках обеспечивает практически безреечное разрушение всего забоя, что особенно важно для его периферийной

30 части, Кроме того, групповое размещение зубков в двухрядном венце одной из шарошек не только улучшает схему поражения периферийной части забоя, но и существенно увеличивает запас периферийного воору35 жения. Все.это, в конечном счете, повышает скорость бурения и долговечность вооружения долота;

Формула изобретения

Шарашечное долото, состоящее из лап

40 с цапфами и установленных на них двух шарошек с двухрядными периферийными венцами и однорядными центральными венцами и одной шарошки только с однорядными венцами вставных зубков, раз45 мещенных группами хотя бы в одном двухрядном и во всех однорядных венцах, с шагом в группах, определяемым типоразмеромдолота,отлича ю ще вся тем,что, c целью повышения скорости бурения и дол50 говечности вооружения шарошек путем обеспечения безреечного разрушения за- боя, в группах двухрядного венца одной иэ шарошек размещено нечетное количество зубков в шахматном порядке с шагами меж55 ду группами по зубкам внешнего ряда на

25 30 меньше, а по зубкам внутреннего ряда на 70 — 75 больше, чем шаги в группах, а шаг между группами в однорядных венцах . всех шарошек на 25 30 больше, чем шаг в группах, при этом каждый венец с группо1810462 вым размещением зубков содержит хотя бы одну группу, в которой на один — два зубка больше или меньше, чем в остальных группах.

1810462 ь) а) е) < Ой

О Q2 04 Ф ОВ <0 й—

Составитель А. Логинов

Техред M.Moðãåíòàë

Редактор E. Полионова

Корректор Л. Пилипенко

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

Заказ 1425 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5