Буровое долото режуще-вращательного типа
Владельцы патента RU 2631948:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечно-дисковых долот, предназначенных для бурения взрывных скважин в горнорудной, нефтяной и газовой промышленности и в строительстве дорог, каналов, трубопроводов. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Буровое долото режуще-вращательного типа содержит корпус с ниппелем и продувочными каналами, режущие элементы с двумя рядами твердосплавного вооружения. Режущие элементы выполнены с углом поворота в сторону вращения на 10°, с двумя различными диаметрами вооружения, определяемыми конкретным соотношением в зависимости от ширины дискового элемента и угла наклона твердосплавных зубков в пределах 30-50°. 1 табл.,3 ил.
Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечно-дисковых долот предназначенных для бурения взрывных скважин в горнорудной, нефтяной и газовой промышленности, и в строительстве дорог, каналов, трубопроводов и др.
Известны буровые долота со штыревыми вращающимися резцами различной формы (Буткин В.Д. Буровые долота с вращающимися резцами для разрезов [Текст] / В.Д. Буткин, А.С. Телешов, Е.Ф. Бряхов. - М.: ЦНИИЭИуголь, 1976. - 44 с.), установленными на долото в один ряд. Поэтому их недостатком следует считать ограничение эксплуатационных возможностей, а именно применение долот по крепости более f=8 по шкале М.М. Протодьяконова.
Наиболее близким к предложенному техническому решению, является разборное долото с зубчато-дисковыми шарошками (Бовин К.А, Гилев А.В., Прокопчук В.А. Перспективы развития бурового оборудования карьеров [Текст]: Электронный сборник материалов международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проспект свободный - 2015», посвященной 70-летию Великой победы. - Красноярск, 2015. - 19-22 стр.).
Основным недостатком данного долота является то, что оно имеет ограниченный ресурс стойкости твердосплавного вооружения в породах крепостью f=8 и пропластками крепких пород с f=10-12 и характеризуется более низкими показателями скорости.
Основной задачей изобретения является повышение эффективности работы долота и расширение области рационального применения в крепких сложноструктурных породах с различными физико-механическими свойствами и закарстованных массивах за счет увеличения стойкости твердосплавного вооружения.
Достигается это тем, что в буровом долоте режуще-вращательного типа, содержащем корпус с ниппелем и продувочными каналами, режущие элементы с двумя рядами твердосплавного вооружения выполнены с углом поворота β в сторону вращения на 10°, с двумя различными диаметрами вооружения, определяемыми по формуле:
,
где:
d2 - меньший диаметр, м
d - больший диаметр, м;
H - ширина дискового элемента, м.
при угле наклона α твердосплавных зубков 30°-50°.
Между отличительными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь:
Выполнение дисковых элементов с двумя рядами вооружения различного диаметра и углом наклона твердосплавных зубков 30°-50°, позволяет увеличить ресурс стойкости вооружения долота в породах с f=8 и пропластками крепких пород с f=10-12,
Поворот режущих элементов в сторону резания на угол Р в 10° в сторону вращения, увеличивает мощность резания и тем самым повышает его эффективность.
Устойчивый режим работы зубчато-дисковых шарошек, т.е. работа без заклинивания, обеспечивается при соблюдении условия МШ>МТ, где Мш - момент, вращающий зубчато-дисковую шарошку вокруг своей оси, МТ - суммарный момент трения противодействующий моменту Мш. Выполнение дисковых элементов в виде конуса с двумя различными диаметрами твердосплавного вооружения оптимизирует конструктивные параметры долота и снижает усилие резания вторым рядом вооружения, а следовательно и момент МТ. При этом оптимизируется процесс бурения: сохраняется устойчивый режим зубчато-дисковых шарошек и увеличивается скорость бурения скважины.
Предложенное оснащение дисковых элементов двумя рядами вооружения с различными диаметрами исключает основную причину преждевременного выхода из строя бурового долота, а именно быстрый износ твердосплавного вооружения, за счет увеличения пятна контакта зубков с горной породой.
Угол наклона α твердосплавных зубков в 30°-50° обеспечивает более глубокое их внедрение в горную породу, а также позволяет увеличить усилие резания и тем самым увеличить скорость бурения. Вышесказанное поясняется формулой:
,
где Рос - осевое усилие прикладываемое к долоту, кН; а - угол наклона твердосплавных зубков, град.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: Фиг. 1 - Схема общего вида шарошечно-дискового долота, Фиг. 2 - Расположение дисковых элементов в корпусе (разрез А-А фиг. 1), Фиг. 3 - Расположение твердосплавных зубков на режущем элементе.
Заявленное буровое долото (фиг. 1, фиг. 2) содержит однодетальный (на основе литья или штамповки) корпус 1 с ниппелем 2 и продувочными каналами 3. На корпусе размещены лапы 4. В лапах установлены режущие элементы 5 с пальцами 6.
Эксплуатацию долота режуще-вращательного типа начинают с операции оснащения его режущими элементами 5, тип вооружения которых соответствует физико-механическим свойствам горных пород карьера или шахты. Операция включает соединение режущих элементов 5 с лапами долота 4 с помощью пальцев 6.
Работа двухрядного вооружения 7 с двумя различными диаметрами заключается в следующем. При бурении ряд вооружения с меньшим диаметром разрушает горную породу, создавая тем самым более благоприятные условия разрушения для второго ряда вооружения с большим диаметром, а именно ослабление горных пород и более глубокое внедрение вооружения в горную породу.
Угол наклона твердосплавных зубков выбирают в зависимости от коэффициента крепости буримых горных пород f, который определяет глубину внедрения долота в породу за один оборот, а следовательно, и скорость проходки. С учетом принятых режимов бурения рациональный угол наклона твердосплавных зубков к забою скважины выбирают по таблице 1.
Перечисленные особенности построения и работы предлагаемого долота решают проблему увеличения области рационального их применения на породах с f=8 и пропластками крепких пород с f=10-12.
В целом промышленное применение предложенного долота с новым устройством режущих элементов обеспечивает значительный экономический и технологический эффект за счет применения новой конструкции дисковых элементов.
Буровое долото режуще-вращательного типа, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, режущие элементы с двумя рядами твердосплавного вооружения, отличающееся тем, что режущие элементы выполнены с углом поворота β в сторону вращения на 10°, с двумя различными диаметрами вооружения, определяемыми по формуле
,
где:
d2 – меньший диаметр, м
d – больший диаметр, м;
H – ширина дискового элемента, м,
при угле наклона α твердосплавных зубков 30-50°.
