Шарошка для бурения скважин большого диаметра

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

« >3 004600 (6!) Дополнительное к авт. сеид-ву(И) М. Кп.

Е 21 В 10/16 (22) Заявлено 28.07. 80 (2!) 2970983/22-03 с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР по дедам изобретений и открытий

Опубликовано 15Ь383. Бюллетень Мо 10 (33) УДК 622.24. .051.55(088.8) Дата опубликования описания 15 .03.83 (72) Авторы изобретения

С. И. Одинец, Р. А, Буланов и В. П. Пышкин (7!) Заявитель (54) ШАРОШКА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Изобретение относится к породоразрушаюему инструменту для бурения выработок большого диаметра.

Известна шарошка для бурения скважин большого диаметра, включающая ось и смонтированный на ней посредством подшипников корпус с клиновидными венцами, армированны- . ми твердым сплавом 1)

Недостатком данной шарошки является ограниченная область применения, так как она эффективно работает только при разбуривании мягких пород.

Наиболее близким к.предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является шарсшка для бурения скважин большого диаметра, содержащая корпус с венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, режущая кромка которых ориентирована вдоль венца, и ось, на которой посредством подшнпникрв смонтирован корпус 2 .

Недостатком данной шарошки является высокая энергоемкость бурения вследствие больших значений сил сопротивления породы, что снижает эф фективность ее работы.

Цель: изобретения - повышение эффективности работы шарошки эа счет

)снижения энергоемкости бурения. поставленная цель достигается тем, что шарошка снабжена твердосплавны- ми зубьями с конической рабочей голоркой, закрепленными,,на венцах че- . рез один с зубками с клиновидной ра-!

О бочей головкой, при этом углы приострения клиновидных и конических рабо,чих головок выбраны в соответствии с соотношением . Ы Зл — = 07-о8 !

5 « фа где .) и f - углы приострения соотЯ. ветственно клиновидной и конической рабочих головок, На фиг. 1 изображена предлагаемая шарошка, разрез, ка фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант для сравнения с использованием зубков только с конической рабочей голов-.

25 кой; на фиг. 4 - основная схема разрушения забоя с перекатыванием со смещением на один шаг, на фиг; 5.» сечение Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 7ЗО схема разрушения забоя с перекатыва-,—

1004б00

65 нием со смещением на полшага, на фиг. 8 — сечение Г-Г на фиг. 7.

Шарошка для бурения скважин большого диаметра состоит из корпуса 1, закрепленного на оси 2 посредством подшипников 3. В камерах 4 между корпусом 1 и подшипниками 3 установлены уплотнения (не показаны). На корпусе 1 по венцам 5, чередуясь через один, размещены зубки б с клиновидной режущей кромкой вдоль венца

5 и зубки 7 с конической рабочей головкой. При этом зубки б и 7 выполнены одинаковой высоты.

При бурении шарошкой венцы 5 ггерекатываются по одним и тем же концентрическим окружностям на забое скважины, последовательно углубляясь на некоторую величину, которая зависит от значения нагрузки на шарошку и сопротивления зубков в зависимости от глубины их внедрения, шага и величины перекрытия забоя.

Сравнивая предлагаемое расположение чередующихся зубков (фиг. 2) с вариантом расположения зубков с конической рабочей головкой по сплошной схеме (фиг. 3), легко заметить, что при одинаковом диаметре штырей

d и шага L в предлагаемой схеме достигается большее перекрытие забоя вдоль венца, т.е, g1 (L. В предлагаемой шарошке значение шага „следует выбирать таким образом, чтобы

k1 d

Поворотно прокатываясь по забою, венец 5 может попадать вершинами зубков в чочки, совпадающие или смещенные относительно соответствующих точек предыдущего прохода. Посколь ку при этом клиновидные зубки б при прокатывании в свой след несколько соскальзывают вдоль него, а конические зубки 7, попадая в свои лунки разрушения, имеющие больший угол раствора, также имеют свободу некоторого скольжения, то наиболее вероятным является попадание клиновидного з;-бка б в лунку от конического

7 и наоборот. В ряде случаев такое смещение на величину шага можно достичь повторением в одном месте венца, например, конических зубков

7 подобно фиг. 3, а затем продолжить чередование согласно фиг. 2.

При повторном прокатывании венца по укаэанной схеме (фиг. 4) клиновидные зубки б углубляют и удлиняют лунки, образованные коническими зубками 7, которые. в свою очередь углубляют и расширяют лунки, образованные клиновидными зубками б. Лобовое сопротивление в обоих случаях снижается по сравнении со случаями вдавливания зубков в свои же лунки, а объемы скола и величина углубления Ь1 за один проход возрастают, что, в результате, обеспечивает сни5

35)

40 жение энергоемкости разрушения креп- ких пород.

Однако в отдельных случаях возможно смещение соответственных точек венца при повторном прокатывании на величину, близкую к 1/2 шага (фиг, 7 и 8). При этом клиновидный зубок б попадает в перешеек между лунками от предыдущего прокатывания и удлиняет лунку, а конический зубок 7,. попадая в смежный промежуток, расширяет лунку, разрушая при этом и перешеек. Такой режим разрушения также энергетически более выгоден, чем в известных шарошках с клиновидными или коническими породоразрушающими зубками, так как за два прохода венца создается зона разрушения с увеличенными глубиной hq и шири- . ной Ь. Все другие случаи представляют большее или меньшее использование одного из описанных эффектов разрушения.

Использование режущих элементов различной формы требует выполнения условия равной нагрузки на них, иначе возникнут колебания, которые снизят эффективность разрушения и приведут к преждевременному выходу из строя одного из типов режущих элементов. Однако силы сопротивления зависят от глубины внедрения. С учетом этого, на основании экспериментальных данных установлено, что для обеспечения равных нагрузок при максимальной глубине внедрения зубков с конической и клиновидной рабочими головками угол приострения их должен выбираться в соответствии с соотношением

+Я")1

+ „ . = е —,8 где "1 — угол приострения клиновидной рабочей головки, у" — угол приострения конической рабочей головки.

Предлагаемая шарошка обеспечивает по сравнению с известными при одинаковой осевой. нагрузке увеличение глубины разрушения за один оборот и снижение энергоемкости бурения.

Формула изобретения

Иарошка для бурения скважин большого диаметра, содержащая корпус с венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, режущая кромка которых ориентирована вдоль венца, и ось; на которой посредством подшипников смонтирован корпус, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности ее работы за счет снижения энергоемкости бурения, 1004600 она снабжена твердосплавными зубками с конической рабочей головкой, закрепленными на венцах через один с зубками с клиновиднои рабочей головкой, при этом углы приострения клиновидных и конических рабочих, головок выбраны в соответствии с соотношением где р — угол приострения клиновид1 ной ра бочей головки, град. е угол приострения коничесиТ кой рабочей головки, град.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент С!11А Р 3191699, кл. 175-374, опублик, 1965.

2. Патент Великобритании

10 М 1410534, кл. E 1 F, опублик. 1975 (прототип).

1004600 В В

Составитель Н. Панин

Редактор Л, Авраменко Техред Т.Фанта Корректор Ю. Макаренко

Эаказ 1824/42 Тираж 601 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130350 Москва,.Ж- 35, Раушская наб., д 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород ул. Проектная, 4