Буровое шарошечное долото
ШАРОШКА БУРОВОГО ДОЛОТА Изобретение относится к бурению нефтяных , газовых и других скважин. Цель изобретения - повышение эффективности бурения горных пород за счет реализации равномерного износа зубьев различных венцов. Долото содержит шарошки 1 с венцами фрезерованных зубьев 2. Зубья всех венцов шарошки выполнены с равным соотношением равноудаленных от вершин площадей поперечных сечений. Величина соотношения К определяется из приведенной зависимости. При работе долота обеспечивается равномерный износ зубьев различных венцов шарошки по высоте, предотвращается опережающий полный износ зубьев одного какого-то венца и повышается надежность фрезерованных зубьев и эффективность бурения. 3 ил.
СОГОЗ СОВЕТСкиХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752555/03 (22) 25.10.89 (46) 15.03.92. Бюл. hb 10 (72) А.К.Забурдаев, B.È,ÏîçäHÿêîâ и P.È.Ãóê (53) 622.24.05.55(088.8) (56) Шарошечные долота и бурильные головки, Каталог. M., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987, с. 25. I., Э 57! ШАРОШКА БУРОВОГО ДОЛОТА (57) Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и других скважин, Цель изобретения — повышение эффективности бурения горных пород за счет реализации «„ Ы „„1719613 Al равномерного износа зубьев различных венцов. Долото содержит шарошки 1 с венцами фрезерованных зубьев 2. Зубья всех венцов шарошки выполнены с равным соотношением равноудаленных от вершин площадей поперечных сечений. Величина соотношения К определяется из приведенной зависимости. При работе долота обеспечивается равномерный износ зубьев различных венцов шарошки по высоте, предотвращается опережающий полный износ зубьев одного какого-то венца и повышается надежность фрезерованных зубьев и эффективность бурения. 3 ил. 1719613 Изобретение относится к технике и технологии бурения нефтяных, газовых и других скважин и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации буровых шарошечных долот, Известна шарошка бурового долота с фрезерованным вооружением, имеющая смещение своей оси относительно оси долота в направлении его вращения, сконструированная для бурения мягких и средней твердости пород (глины, песчаники, аргиллиты, алевролиты и т.д.). Особен ностью этой шарошки является режуще-сдвигающее действие зубьев в процессе их скольжения по поверхности забоя. Недостаток этой шарошки заключается в том, что в процессе разрушения горных пород происходит неравномерный износ зубьев разных венцов шарошки по высоте, что приводит к опережающему полному износу зубьев одного какого-то венца шарошки и снижает, таким образом, показатели работы долота за рейс в целом, Известна также шарошка бурового долота с фреэерованными зубьями, имеющими различные размеры по венцам шарошки. В данной конструкции долота на периферийном венце шарошки и вершинном венце шарошки размер площадки притупления зубьев по их высоте меньше, чем у зубьев средних венцов. Этим компенсируется большая величина скорости сколь>кения по забою вершинных и периферийных зубьев. Недостатком является то, что изменение геометрических размеров зубьев вершинных и периферийных венцов данной шарошки осущуществляется без обеспечения равномерности износа зубьев всех венцов по высоте в процессе скольжения их по поверхности забоя при разрушении породы резанием и скалыванием. Oro существенно снижает показатели надежности фреэерованного вооружения (часовую стойкость) и назначения (механическую скорость за рейс) шарошечного долота в целом в процессе бурения скважин. Цель изобретения — повышение эффективности бурения горных пород за счет реализации равномерного износа зубьев различных венцов шарошки по высоте. Указанная цель достигается тем, что зубья всех венцов шарошки выполнены с равным соотношением равноудаленных от вершин площадей поперечных сечений, величина которого К определяется из следующей зависимости; RI. (— л;) — - — г;) 2 n К =— ni RI . (-.—.n ) 35 „„е +(Я и) и) Данное соотношение в новой конструк. ции шарошки получено следующим образом. 4" В процессе вращения долота под нагрузкой зубья шарошки совершают сложное движение по поверхности забоя скважины. Тангенциальная составляющая скорости движения зависит от конструктивных параметров долота, геометрической формы шарошек, передаточного отношения, при этом разная для зубьев разных венцов шарошки (фиг.2) и равна а (-Ir>), 50 где ва — частота вращения долота; i — передаточное отношение частоты вращения шарошки и долота, При этом точками с нулевой тангенциальной скоростью являются лишь те точки шарашки, где образующие ее пересекаются с мгновенной осью вращения (точка N, фиг.2). Все точки образующей шарошки, находящиеся слева от точки N, имеют отрицательное (против вращения долота) 5 где К вЂ” величина соотношения, равная для зубьев всех венцов шарошки; п1 — число зубьев на 1-м венце шарашки. шт; е — смещение оси шарошки относитель10 но оси долота, мм; RI и и — кратчайшее расстояние от центра тяжести площадки притупления зубьев i-го венца шарошки соответственно до оси долота и оси шарошки, мм; 15 Si — площадь равноудаленных от вершин поперечных сечений зубьев I-го венца шарошки, мм . На фиг.1 показана шарошка с учетом ее пространственного расположения в конст20 рукции бурового долота; на фиг.2 — схема взаимодействия зубьев шарошки с поверх.ностью забоя скважины и конструктивные параметры шарошки; на фиг.3 — геометрические параметры зубьев шарошки. 25 В предлагаемой конструкции шарашки бурового долота 1, содержащей венцы фрезерованных зубьев 2, обеспечивается равномерный износ зубьев 2 различных венцов по высоте h эа счет равного соотно30 шения К раноудаленных от их вершин площадей поперечных сечений для всех венцов шарошки; 1719613 2Л ni К= Si — х ni > (— n ) тогда 2xo)g д I A 2л i ni ni 2ш щ 30 . (— п ) 35 движение относительно забоя скважины, т.е, пробуксовывают, а точки образующей шарошки, находящиеся справа от точки N, имеют положительное (по ходу вращения долота) движение, т.е. притормаживаются. Радиальная составляющая скорости движения зависит только от величины смещения.оси шарашки(е), постоянна для зубьев всех венцов шарошки и равна (фиг,2) Vp- в3 е. Суммарная скорость движения равна Чсум = Vp + NT = ид е +(R(- l1), 2 2 2 Путь движения зубьев различных венцов шарошки равен 5- Чсум ч, где ti — время взаимодействия одного зуба 1-ro венца с поверхностью забоя скважины, которое равно 2л ао i n Необходимым условием равномерного износа зубьев различных венцов шарошки по высоте является равенство работы сил трения для зубьев всех венцов в процессе скольжения по поверхности забоя скважины: А»= » fi, где F»-сила трения скольжения зубьев I-го венца шарошки по поверхности забоя Принимая во внимание тот факт, что механизм взаимодействия зубьев шарошки с породой забоя скважины носит в основном усталостно-объемный или поверхностный характер, когда распределение осевой нагрузки между контактирующими с забоем зубьями различных венцов шарошки осуществляется пропорционально площади их контактной поверхности, сила трения (F») определится из выражения F»=- аР$ь где а — коэффициент трения, имеющий равную величину для зубьев всех венцов шарашки при их взаимодействии с одной и той же породой; .Р— удельная контактная нагрузка, имеющая постоянную величину для зубьев всех венцов шарошки, кг/мм2; Sl — площадь равноудаленных от вершин поперечных сечений зубьев i-ro венца шарашки, мм . При расчетах величины с и P опускаются как постоянные для зубьев всех венцов шарошки, и равенство работы сил трения перепишется как соблюдение условия 5 2Л 2 34= SI, е +(Ri — ir ) = К, 2 i n где К вЂ” величина соотношения, равная для зубьев всех венцов шарашки. 10 Передаточное отношение i определяЬтся по формуле ,0 (— ni) г(Х Тогда окончательное условие равномерного износа зубьев различных венцов шарашки по высоте определится соотношением Учитывая тот факт, что величина = const для данной конструкции шарошки, зависимость для определения соотношения К упростится и примет вид К =5 е +(Ri n) Шарошка новой конструкции работает следующим образом. 40 При вращении долота под нагрузкой зубьев шарошки совершают сложное движение со скольжением по поверхности забоя, испытывая при этом сопротивление (трение) со стороны горной породы, Силы 45 трения горной породы вызывают процесс абразивного изнашивания зубьев шарошки по высоте. Конструктивное выполнение фрезерованных зубьев в предлагаемой шарашке обеспечивает равенство работы сил 50 трения для зубьев всех венцов, что предотвращает опережающий полный износ зубьев одного какого-то венца и повышает, таким образом, надежность фрезерованных зубьев и показатели работы долота в целом 55 (проходку, механическую скорость бурения). Актуальность предлагаемой шарошки обусловлено тем, что при бурении долотами с фрезерованными зубьями шарашек про1719613 ыарожяи ЛбМ исходит опережающий износ зубьев при работоспособной опоре шарошек. Предлагаемое изобретение может быть реализовано практически в любой конструкции шарошечного долота с фрезерованным вооружением. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Буровое шарошечное долото, содержащее шарошки с венцами фрезерованных зубьев, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения горных пород за счет реализации равномерного износа зубьев различных венцов по высоте, зубья всех венцов шарашки выполнены с равным соотношением равноудаленных от вершин площадей поперечных сечений, величина которого К определяетс из следующей зависимости: / к== 5 m е +(Ri где nl — число зубьев на l-м венце шарашки, шт.; е — смещение оси шарошки относитель10 но оси долота, мм; R1 и rt - кратчайшее расстояние от центра тяжести площадки притупления зубьев i-ro венца шарошки соответственно до оси долота и оси шарошки, мм; 15 Sl — площадь равноудаленных от вершин попеоечных сечений зубьев I-го венца шарошки, мм2 1719613 S- площадь лолеречного сечения у& Редактор Э. Слиган Заказ 750 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 8806ние А:Ь =hö= у Сечение б: bs--bz =Н Техред М.Моргентал Корректор И.Муска
