Буровое долото с заглубленными зубьями и буровой инструмент по скальным породам для использования с таким буровым долотом
Группа изобретений относится к буровым долотам для ударных буровых инструментов и к таким инструментам. Технический результат заключается в увеличении срока службы долота и механической скорости бурения. Буровое долото для ударных буровых инструментов содержит головку бурового долота с передней поверхностью, содержащей торцевую поверхность, образующую наиболее выступающую вперед торцевую поверхность головки бурового долота, по меньшей мере, одно отверстие в головке бурового долота для размещения зуба. Буровое долото также содержит, по меньшей мере, одно углубление на торцевой поверхности, причем углубление выполнено большим, чем отверстие, и отверстие расположено в углублении так, что открытый конец отверстия расположен ниже торцевой поверхности. При этом головка бурового долота содержит калибрующую часть, окружающую торцевую поверхность, и углубление, которое частично расположено в калибрующей части. Буровое долото также содержит, по меньшей мере, одно отверстие на торцевой поверхности и плоский зуб в отверстии на торцевой поверхности, по меньшей мере, одно отверстие и зуб на калибрующей поверхности в отверстии на калибрующей поверхности, и зуб, по меньшей мере, в одном отверстии, причем наиболее выступающая часть зуба расположена ниже наиболее выступающей части одного, по меньшей мере, плоского зуба в направлении продольной оси бурового долота и даже с выступающей или наиболее выступающей части зуба на калибрующей части. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к буровым долотам для ударных буровых инструментов по твердым породам и, более конкретно, к таким буровым долотам, в которых используются твердосплавные зубья.
Известное ударное буровое долото с множеством твердосплавных пластинок раскрыто в патенте США 2008/087473. Кроме того, в патенте WO 02/40820 раскрыт другой инструмент с погружным пневмоударником.
В вариантах устройств, применяемых для бурения по твердым породам, часто используют такие устройства с погружным пневмоударником или долота для бурения по твердым породам, которые содержат буровые долота с множеством установленных на них зубьев. Зубья могут быть изготовлены из материала, такого как цементируемый карбид, который является более твердым, чем материал, из которого изготовлен корпус бурового долота. На переднем торце бурового долота передняя поверхность головки бурового долота, на которой установлены зубья, обычно выполнена с центральным участком, на который ссылаются в настоящем описании как на торцевую поверхность головки бурового долота и охватывающий конический участок, который обычно упоминается как калибрующая часть или калибрующая поверхность (долота). Одно, или более, из отверстий для потока обычно проходит по длине бурового долота и в направлении проточного канала, выполненного на передней поверхности головки бурового долота. Буровой раствор подается к месту бурения скважины по буровой штанге, прикрепленной к буровому долоту, а осыпь вымывается из места бурения скважины через проходящие в осевом направлении канавки, выполненные по боковым сторонам головки бурового долота. Калибрующие зубья, прикрепленные к калибрующей части бура, сильно изнашиваются, так как они подвергаются нагрузке больше, чем другие зубья. Срок службы сильно изнашиваемых калибрующих зубьев определяет срок эксплуатации долота.
Изобретатель, кроме того, признает, что введение в действие значительного количества зубьев на калибрующей части (долота) может способствовать процессу бурения, как, например, посредством обеспечения достаточной защиты для периферийных кромок и канавок в головке бурового долота и при этом обеспечивая удовлетворительное вымывание осыпи. Изобретатель, кроме того, полагает, что на участке с проходящими в осевом направлении канавками зачастую нет достаточного пространства на калибрующей части (долота) для обеспечения отверстия для зуба, и, следовательно, зубья на калибрующей части (долота) могут подвергаться более сильному воздействию. Изобретатель, таким образом, намерен предложить буровое долото, у которого сравнительно большая величина износа по его периферии. Изобретатель, кроме того, считает желательным предложить буровое долото, которое делает возможным размещение большего количества зубьев ближе к периферии бурового долота.
В соответствии с особенностью настоящего изобретения предложено буровое долото для буровых инструментов по твердым породам, и причем содержащее головку бурового долота с передней поверхностью, определяющей наиболее выдвинутую вперед торцевую часть головки бурового долота, по меньшей мере, одно отверстие в головке бурового долота для приема зуба, и, по меньшей мере, одно углубление на передней поверхности, углубление, выполненное больше, чем отверстие, и при этом отверстие, находящееся в углублении так, что открытый конец отверстия расположен ниже передней поверхности.
Также предложен буровой инструмент, содержащий такое буровое долото.
Особенности и преимущества настоящего изобретения становятся достаточно понятными при прочтении нижеследующего подробного описания в связи с чертежами, в которых аналогичные элементы обозначены одинаковыми позициями, и на которых:
Фиг. 1 является изображением бурового долота в перспективе согласно особенности настоящего изобретения;
Фиг. 2A является схематическим изображением в поперечном сечении части бурильного молотка типа погружного пневмоударника согласно особенности настоящего изобретения;
Фиг. 2B является схематическим изображением в поперечном сечении части долота ударного бурения по твердым породам типа верхнего ударника согласно особенности настоящего изобретения;
Фиг. 3 является перспективным изображением головки, без зубьев, для бурового долота согласно фиг. 1;
Фиг. 4 является видом в поперечном сечении части бурового долота согласно особенности настоящего изобретения; и
Фиг. 5A и 5B являются видами с торца бурового долота согласно особенности настоящего изобретения, отображающими буровое долото без зубьев и с зубьями, соответственно.
На фиг. 1 показано буровое долото 21 для ударных буровых инструментов для твердых пород. В соответствии с особенностью изобретения, отображенное буровое долото 21 может быть использовано во множестве буровых инструментов, таких как погружные пневмоударники 100 (показано схематично на фиг. 2A), в котором поршень 101 в корпусе 102 предназначен для нанесения удара по наковальне бурового долота 21. Буровые долота 21′ с характеристиками, подобными характеристикам бурового долота 21, но для использования с буровыми долотами для твердых пород с верхним пневмоударником 200 (показан схематично на фиг.2B), в котором сжатые импульсы передаются буровому долоту 21′ посредством трубы или штанги 202, также могут быть предложены согласно другой особенности изобретения. Ниже следует описание бурового долота 21, предназначенного для использования с погружным пневмоударником, однако, признается, что описание в одинаковой степени относится к буровому долоту, например, такому, который используется для ударных буровых устройств для твердых пород, за исключением обозначенных иным образом.
Буровое долото 21 содержит головку 23 бурового долота и хвостовик 24 бурового долота, содержащее так называемую переднюю поверхность 25 в целях настоящего изобретения. На фиг.3 показана головка 23 бурового долота, не соединенная с хвостовиком бурового долота. Передняя поверхность 25 содержит торцевую поверхность 27 головки, определяющую наиболее выступающую вперед торцевую часть головки 23 бурового долота. Торцевая поверхность 27 головки отображена в виде плоской поверхности, однако, она может иметь другие формы, такие как выпуклые или вогнутые, и может содержать несколько различных поверхностей. Как показано на фиг. 3, по меньшей мере, одно отверстие 29 выполнено в головке 23 бурового долота для вмещения зуба 31 (зубья, показанные на фиг. 1, удалены на фиг. 3). Зуб 31 обычно изготавливают из исключительно твердого материала, такого как цементируемый карбид, в то время как остальную часть бурового долота 21 обычно изготавливают из другого материала, такого как сталь.
По меньшей мере, одно углубление 33 выполнено на торцевой поверхности 27 головки. Углубление 33 выполнено больше, чем отверстие 29, и отверстие расположено в углублении так, чтобы открытый конец 35 отверстия был расположен ниже торцевой поверхности 27 головки. Другими словами, отверстие 29 и зуб 31 в нем может рассматриваться как "заглубленные" относительно торцевой поверхности головки. Радиус углубления 33 при виде сверху, как на фиг. 5B, может быть приблизительно на 30-100% больше, чем радиус зуба. В дополнение к одному, по меньшей мере, отверстию 29, другие отверстия обычно выполнены для других зубьев, но эти другие отверстия не обязательно расположены в углублениях.
Буровое долото 21 обычно также содержит, по меньшей мере, один, а, как правило, множество проточных каналов 37, проходящих от торцевой поверхности 27 передней поверхности 25 к внешней периферии 39 передней поверхности головки бурового долота и, для каждого проточного канала, по меньшей мере, одно соответствующее отверстие 41 для потока, с выходом в проточный канал. Каждое отверстие 41 для потока проходит, по меньшей мере, частично сквозь головку 23 бурового долота так, что передняя поверхность 25 бурового долота 21 находится в сообщении по потоку с пространством внутри трубы 102. Текучая среда циркулирует по проточным каналам 37 и отверстиям 41 для потока.
Множество проточных каналов 37 и отверстий 41 для потока обычно равномерно расположено по окружности передней поверхности в том плане, что если есть два отверстия для потока, они расположены, по существу, через 180° друг относительно друга, если есть три отверстия для потока, то они расположены, по существу, через 120° друг относительно друга, если есть четыре отверстия для потока, то они расположены, по существу, через 90° друг относительно друга, и т.д. Множество углублений 33 и соответствующих отверстий 29 обычно выполнены, по меньшей мере, с одним углублением, располагаемым между двумя любыми последовательными (в направлении по окружности) проточными каналами.
Передняя поверхность 25 головки 23 бурового долота может содержать калибрующую часть 43, окружающую торцевую поверхность 27 головки. Калибрующая часть 43 имеет, в общем, коническую форму, так что внутренняя кромка 45 калибрующей части расположена относительно боковой поверхности 27 головки на наиболее выдвинутом вперед конце головки 23 бурового долота ближе, чем внешняя кромка 47 калибрующей части, внешняя кромка обычно определяет внешнюю окружность 39 передней поверхности 25. Обычно, углубление 33 частично расположено в калибрующей части 43, а также частично расположено на боковой поверхности 27 головки. Как правило, по меньшей мере, одно отверстие 29 также, по меньшей мере, частично расположено в калибрующей части. Воображаемая окружность C, совпадающая, по меньшей мере, с основными частями внутренней кромки 45, пересекается, в виде сверху на фиг. 5A и 5B, с отверстием 29 и зубом 31 калибрующей части. Калибрующая часть 43 отображена в виде одной конической поверхности, однако, она может иметь другие формы, такие как множественные концентрические конические поверхности, или отдельные скошенные поверхности.
Буровое долото 21 также может содержать, по меньшей мере, одно отверстие 49 калибрующей части для вмещения калибрующего зуба 51. Отверстие 49 калибрующей части расположено полностью в калибрующей части 43. Когда есть множество равномерно расположенных проточных каналов 37, проходящих от торцевой поверхности 27 передней поверхности к внешней периферии 39 передней поверхности головки 23 бурового долота, как правило, также есть множество отверстий 49 калибрующей части и множество углублений 29, по меньшей мере, с одним отверстием калибрующей части и одним, по меньшей мере, углублением, расположенным между любыми двумя последовательно расположенными проточными каналами. Множество калибровочных отверстий обычно выполнены между каждой парой последовательно расположенных проточных каналов 37.
Буровое долото 21 обычно содержит, по меньшей мере, одно, как правило, множество отверстий 53 на торцевой поверхности головки для вмещения зуба 55 полностью в отверстии на торцевой поверхности 27 головки. В варианте, показанном на фиг. 4, буровое долото 21 содержит, по меньшей мере, одно отверстие 53 на торцевой поверхности головки и плоский зуб 55 в отверстии на торцевой поверхности головки, одно, по меньшей мере, отверстие 49 калибрующей части и калибрующий зуб 51 в отверстии калибрующей части, и зуб 31 в отверстии 29 в углублении 33. Наиболее выдвинутая вперед точка X1 зуба 31 расположена ниже наиболее выдвинутой вперед точки X2 плоского зуба 55 в направлении продольной оси X бурового долота 21, и даже с наиболее выдвинутой точкой X3 или впереди одного, по меньшей мере, калибрующего зуба 51. Следует отметить, что глубина отверстий и высота зубьев являются уменьшенными на фиг. 4 только в целях иллюстрации. Упомянутые размеры глубины и высоты фактически являются более длинными.
Буровое долото 21 обычно содержит, по меньшей мере, одну и, как правило, множество канавок 57, проходящих в осевом направлении на внешней поверхности 59 бурового долота, обычно способствующих смыванию осыпи из пробуриваемого отверстия. Канавки 57 проходят к передней поверхности 25, обычно заканчивающиеся на калибрующей части 43. Как можно видеть, например, на фиг. 5A и 5В, обычно нет достаточного места на калибрующей части 43 около каждой из этих канавок 57 для обеспечения отверстия 49 калибрующей части и калибрующего зуба 51. Однако посредством углубления 33 с расположением на радиальной линии L, которая проходит между одной из соответствующим канавок 57 и продольной осью X бурового долота 21, отверстие 29 может быть расположено близко к внешней периферии 39 передней поверхности 25, а наиболее выдвинутая вперед точка X1 зуба 31 может быть расположена на уровне или близко к уровню наиболее выдвинутой вперед точки X3 калибрующих зубьев 51 в продольном осевом направлении бурового долота.
Если бы равномерно расположенные отверстия боковой поверхности головки были выполнены вдоль пересечения калибрующей части и торцевой поверхности головки, то было бы недостаточно места для опоры зуба в отверстии. Благодаря наличию углубления 33, отверстие 29 с центральной осью в направлении отверстий 53 для плоских зубьев может быть расположено в углублении и выполнено так, чтобы обеспечивалась надежная опора зуба 31 по периферии всего зуба. Как видно на фиг. 4, отверстие 29 может быть с местоположением в углублении 33 так, чтобы верхний край 35 отверстия был полностью расположен радиально внутрь на расстоянии D от калибрующей части 43, чтобы зуб 31 был опертым равномерно по всей периферии. К тому же, высоту зуба 31 относительно высоты калибрующих зубьев 51 можно регулировать, по необходимости, регулированием глубины и местоположения углубления.
Посредством размещения углубления 33, отверстия 29 и зуба 31 относительно внешней периферии головки бурового долота 23 ближе, чем это возможно без углубления, объем для изнашивания, содержащий, например, цементированный карбид по периферии, может быть обеспечен больше, потому что зубья, в противном случае, были бы расположены на торцевой поверхности 27 ближе к кромке. Конфигурация углубления 33 также облегчает выполнение смывания на передней поверхности 25 головки 23 бурового долота.
Буровое долото, согласно существующему изобретению, содержит больше зубьев, расположенных близко к ряду калибрующих зубьев, обладает многими преимуществами. Полезная работа по раздроблению выполняется совместно калибрующими зубьями и заглубленными зубьями так, что продолжительность эксплуатации бурового долота увеличивается. Кроме того, предложение углублений с отверстиями для размещения в них зубьев 31 улучшает смывание торца для обеспечения изменения механической скорости бурения на высоком уровне во время буровых работ.
В настоящей заявке использование таких терминов как "включающий в себя", является неограниченным и предназначено иметь одинаковое значение, такое как «содержащий», и не исключает наличие другой конструкции, материала или действий. Аналогично, хотя использование таких терминов как "быть в состоянии" или "иметь возможность" предназначено для использования без ограничения для отображения такой конструкции, материала, или действий, не является необходимым, отказ от использования таких терминов не предназначен для того, чтобы показывать, что конструкция, материал, или действия являются существенными.
В той степени, в которой конструкция, материал, или действия признаются имеющими существенное значение, их идентифицируют как таковые.
В то время как настоящее изобретение проиллюстрировано и описано в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, утверждается, что изменения и замены могут быть выполнены без отхода от идеи изобретения, как описано в Формуле изобретения.
Заявка на патент EP № 11186861.8, на основании которой установлен приоритет, включены в данный документ в качестве ссылки.
1. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов, содержащее:
головку (23) бурового долота с передней поверхностью (25), содержащей торцевую поверхность (27), образующую наиболее выступающую вперед торцевую поверхность головки (23) бурового долота;
по меньшей мере, одно отверстие (29) в головке бурового долота (23) для размещения зуба (31);
отличающееся тем, что буровое долото (21) содержит, по меньшей мере, одно углубление (33) на торцевой поверхности (27), причем углубление (33) выполнено большим, чем отверстие (29), и отверстие (29) расположено в углублении (33) так, что открытый конец (35) отверстия (29) расположен ниже торцевой поверхности (27), при этом головка (23) бурового долота содержит калибрующую часть (43), окружающую торцевую поверхность (27), и углубление (33), которое частично расположено в калибрующей части (43), при этом буровое долото (21) также содержит, по меньшей мере, одно отверстие (53) на торцевой поверхности и плоский зуб (55) в отверстии (53) на торцевой поверхности, по меньшей мере, одно отверстие (49) и зуб (51) на калибрующей поверхности в отверстии (49) на калибрующей поверхности, и зуб (31), по меньшей мере, в одном отверстии (29), причем наиболее выступающая часть зуба (31) расположена ниже наиболее выступающей части одного, по меньшей мере, плоского зуба (55) в направлении продольной оси бурового долота (21) и даже с выступающей или наиболее выступающей части зуба (51) на калибрующей части.
2. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 1, отличающееся тем, что буровое долото (21) содержит, по меньшей мере, одно отверстие (41) для потока, проходящее, по меньшей мере, частично сквозь головку бурового долота (23).
3. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 2, отличающееся тем, что буровое долото (21) содержит, по меньшей мере, один проточный канал (37), проходящий от торцевой поверхности (27) передней поверхности (25) к внешней периферии передней поверхности (25) головки (23) бурового долота и, для каждого проточного канала (37), по меньшей мере, одно соответствующее отверстие (41) для потока, выходящее в проточный канал (37).
4. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 3, отличающееся тем, что буровое долото (21) содержит множество проточных каналов (37) и соответствующие отверстия (41) для потока.
5. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 4, отличающееся тем, что множество проточных каналов (37) равномерно расположены по периферии передней поверхности (25).
6. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по любому из пп. 4, 5, отличающееся тем, что выполнено множество углублений (33), при этом, по меньшей мере, одно углубление (33) находится между любыми двумя последовательно расположенными проточными каналами (37).
7. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно отверстие (29) частично расположено в калибрующей части (43).
8. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 1, отличающееся тем, что буровое долото (21) содержит, по меньшей мере, одно отверстие (49) калибровочной части для размещения калибрующего зуба (51) полностью в калибровочной части (43).
9. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 1, отличающееся тем, что буровое долото (21) содержит множество проточных каналов (37), проходящих от торцевой поверхности (27) передней поверхности (25) к внешней периферии передней поверхности (25) головки (23) бурового долота и равномерно расположенных по окружности передней поверхности (25), и при этом для каждого проточного канала (37), по меньшей мере, одно соответствующее отверстие (41) для потока выходит в проточный канал (37), при этом выполнено множество отверстий (49) калибрующей части и множество углублений (33), при этом, по меньшей мере, одно отверстие (49) калибрующей части и, по меньшей мере, одно углубление (33) расположено между любыми двумя последовательными расположенными проточными каналами (37).
10. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 1, отличающееся тем, что буровое долото (21) содержит, по меньшей мере, одно отверстие (53) на торцевой поверхности для размещения плоского зуба (55) полностью на торцевой поверхности (27).
11. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 1, содержащее, по меньшей мере, одну проходящую в осевом направлении канавку (57) на внешней поверхности (59) бурового долота (21), причем, по меньшей мере, одна канавка (57) проходит к передней поверхности (25), а углубление (33) расположено на радиальной линии (L), которая проходит между канавкой (57) и продольной осью (X) бурового долота (21).
12. Буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по п. 1, в котором воображаемая окружность (С), совпадающая, по меньшей мере, с основными частями внутренней кромки (45) калибрующей части, пересекает отверстие (29) и зуб (31) при виде сверху.
13. Буровой инструмент (100, 200), включающий в себя буровое долото (21) для ударных буровых инструментов по любому из пп. 1-12.
