Долото для вращательного бурения

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам режущего типа. Долото состоит из корпуса со ступенчатыми лопастями, армированными режущими элементами. Каждый режущий элемент смещен относительно плоскости, проходящей через радиус долота, на величину α_i, которая определяется по определенной расчетной формуле. Изобретение способствует решению задачи, заключающейся в повышении эффективности разрушения горных пород. Задача решается за счет рационального расположения вооружения. 2 ил.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым лопастным долотам.

Известно лопастное долото, содержащее корпус и приваренные к нему ступенчатые лопасти, армированные износостойкими элементами (а.с. 1532680, кл. Е 21 В 10/42, 1987).

Недостатком известного долота является радиальное расположение вооружения, что приводит к нерациональному распределению интенсивности нагрузки вдоль радиуса долота и неравномерному износу вооружения. Это, в свою очередь, повышает динамичность и моментоемкость работы долота, снижает механическую скорость и стойкость долота.

Известно также долото для вращательного бурения, состоящее из корпуса со ступенчатыми лопастями, армированными режущими элементами (а.с. СССР 323535, кл. Е 21 В 10/42, 1972 г.).

Недостатком этого долота является следующее. Режущие элементы известного долота хаотично расположены на лопастях долота, что приводит к нерациональному распределению удельных нагрузок на режущие элементы, центральная часть при этом испытывает весьма интенсивную реакцию со стороны забоя и тем самым снижает величину углубления долота за один оборот, а также повышает динамичность и моментоемкость процесса бурения. Последнее повышает вероятность поломки твердосплавных резцов и снижает стойкость долота.

Задача изобретения - повышение эффективности разрушения горных пород за счет рационального распределения удельных контактных нагрузок на режущие элементы и повышение износостойкости долота.

Поставленная задача решается за счет того, что в долоте для вращательного бурения, состоящем из корпуса со ступенчатыми лопастями, армированными режущими элементами, каждый режущий элемент смещен относительно плоскости, проходящей через радиус долота на величину α_i, определяемую соотношением: где Q_i - величина реакции породы на внедрение режущего элемента, т; Q_i - в нашем случае для всех режущих элементов постоянна; S - контактная площадь вооружения долота, м²; G - осевая нагрузка на долото, т; l - радиус режущего элемента, м; R_i - расстояние от центра долота до центра i-го режущего элемента, м; ϕ_i - угол наклона оси i-го режущего элемента к оси долота, рад.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено долото со стороны рабочего торца; а на фиг.2 - его сечение по А-А.

Долото состоит из корпуса 1, на котором монолитно выполнены лопасти 2, армированные режущими элементами 3. Режущие элементы смещены на каждой лопасти относительно плоскости, проходящей через радиус долота, на угол α_i, который определяется вышеуказанным соотношением.

Работа долота осуществляется следующим образом.

Долото вращают и создают на него осевую нагрузку. Режущие элементы 3 располагаются по всей рабочей поверхности долота согласно вышеуказанному соотношению. Это вызывает более рациональное распределение удельных контактных нагрузок по радиусу долота. Если перед передней гранью радиально расположенной лопасти порода разрушается в виде одновременных сколов, то в предложенном долоте процесс разрушения распределяется на отдельные акты по длине режущей части.

Это обеспечивает более плавный характер вращения лопастного инструмента, что положительно сказывается на стойкости вооружения. Смещение режущих элементов друг относительно друга способствует появлению дополнительных поверхностей обнажения, что повышает эффективность ядра уплотнения и снижает удельные затраты энергии на разрушение горной породы. Особенно облегчаются условия работы удаленных от оси вращения периферийных режущих элементов, которые обычно подвержены значительному опережающему износу.

Преимуществом заявляемого долота по сравнению с известным является снижение моментоемкости и динамичности процесса бурения, что обеспечивает повышение механической скорости бурения.

Формула изобретения

Долото для вращательного бурения, состоящее из корпуса со ступенчатыми лопастями, армированными режущими элементами, отличающееся тем, что каждый режущий элемент смещен относительно плоскости, проходящей через радиус долота, на величину α_i, определяемую соотношением

где Q_i - величина реакции породы на внедрение режущего элемента, т;
Q_i - в нашем случае для всех режущих элементов постоянна;
S - контактная площадь вооружения долота, м²;
G - осевая нагрузка на долото, т;
l - радиус режущего элемента, м;
R_i - расстояние от центра долота до центра i-го режущего элемента, м;
ϕ_i - угол наклона оси i-го режущего элемента к оси долота, рад.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2