Буровое долото режуще-скалывающего действия

 

Использование: изготовление породоразрушающего инструмента для бурения скважин. Сущность изобретения1 долото содержит корпус с промывочными каналами и режущими лопастями. Передняя поверхность лопастей армирована твердосплавными трехгранными призмами, одно ребро которых выступает в сторону вращения долота . Ближняя к центру долота грань каждой призмы выполнена вогнутой, а дальняя грань - выпуклой. В плоскости, перпендикулярной оси долота, угол между касательной в каждой точке выпуклой и вогнутой граней и перпендикуляром, восстановленным к линиям , соединяющим центр долота с данными точками, равен половине угла при вершине призм. 4 ил. & Ј

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 10/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4881785/03 (22) 11,11.90 (46) 18.12.92, Бюл, N. 46 (71) Конструкторско-технологическое бюро технических средств бурения скважин (72) А,Р,Германова, В,Г.Германов, Х.И.Акчурин и Н;Б.Шарипов (73) Конструкторско-технологическое бюро технических средств бурения скважин "Азимут" при УНИ (56) Авторское свидетельство СССР

N 883311, кл. Е 21 В 10/42, 1980. (54) БУРОВОЕ ДОЛОТО РЕЖУЩE-СКАЛЫВАКЗЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым долотам режуще-скалывающего действия, и может быть использовано при бурении скважин, Известно лопастное долото, включающее корпус с промывочными каналами и режущими лопастями, передняя поверхность которых армирована твердосплавными элементами в виде трехгранных призм, одно из ребер которых выступает над телом режущей лопасти в сторону вращений долота.

Недостатком долота является низкая механическая скорость бурения вследствие высокой моментоемкости долота и невысокой прочности резцов-призм из-за неравномерности наложения нагрузок на противоположные грани призмы, Целью изобретения является повышение эффективности бурения путем сниже. Ж 1782264 АЗ (57) Использование: изготовление породоразрушающего инструмейта для" бурения. скважин. Сущность изобретения; долото со- . держит корпус с промывочными каналами и режущими лопаСтямй. Передняя поверхность лопастей армирована твердосплавными трехгранными призмами, одно ребро которых выступает в сторону вращения долота. Ближняя к центру долота грайь каждой призмы выполнена вогнутой, а дальняя грань — выпуклой. В плоскости, перпендикулярной оси долота, угол между касательной в каждой точке выпуклой и вогнутой граней и перпендикуляром, восстановленным к линиям, соединяющим центр долота с данными точками, равен йоловине угла при вершине призм. 4 ил. ния энергоемкости-разрушенйя горной породы и повышения стойкости твердосплавных элементов;

Это.достигается тем, что в долоте режуще-скалывающего действия, содержащем корпус с промывочными кайаламИи режущими лопастями, передняя поверхность кото-!

pbIx армирована твердосплавйыми элементами в виде трехгранных призм, одйо йз ребер которых выступает над телом режущей лопасти в сторону вращения долота, согласно изобретению угол между касательной к . каждой точке границы поперечного сечения призмы, выступающей над телом лопасти, и перпендикулярам, восстановленным к линиям, соедййяющим -центр долота С данными точками. должен быть постоянным и равным половине угла при вершине призм.

При этом угол между касательной к каждой. точке границы поперечного сечения

1782264 призмы, выступающей над телом лопасти, и перпендикуляром, восстановленным к линиям, соединяющим центр долота с данными точками, должен быть постоянным и равным половине угла при вершине призм.

Для выполнения призм необходимо сначала рассмотреть силы, действующие на призму при движении ее по прямой линии и по окружности (как в долоте).

Рассмотрим движения резца-призмы по прямой линии (см.фиг.2 а}, На грани резца со стороны породы в каждой точке действуют силы Г1 и Г2. Каждую из этих сил можно разложить на две составляющие: Г1 и Г2 — силы, действующие перпендикулярно движению резца, Гк1 и Гк2 — силы",действующие по касательной к границе резца. Резец будет испытывать равномерные нагрузки с обоих сторон, если силы Г1 и Г2 будут равны. Этб условие будет выполнять, ся, если призма в сечении будет представляfb равнобедренный треугольник (KGt< в прототипе), В таком случае угол между касательной силой и силой сопротивления будет равной а/2, где а — угол при вершине В призмы, В обратном случае силы Г1 и Г2 будут различны по величине (фиг.2 б), что приведет к лишнему расходу энергии и, в конечном счете может стать причиной разрушения резца.

Придвижении резца по окру>кности имеем уже радиальное поле сил. Силы сопротивления, действующие со стороны породы на резец, уже не будут перпендикулярны основанию, а будут действовать по касательной к окружностям, проведенным из центра долота О (см,фиг.3 а), В таком случае при выполнении призм по прототипу, силы

Г1 и Г2 будут различны. Из рисунка видно, что при этом возникает значительное поперечное усилие со стороны внутренней грани призмы, Условие Г1 = Г2 будет выполняться, " если призмы выполнить так, чтобы угол ме>кду касательной силой и силой сопротивления был равен a/2 в каждой точке граней призмы, выступающей над телом лопасти, где а- угол при вершине В призмы (см.фиг.3 б).

Выполнение резцов-призм по предлагаемому техническому решению приведет к тому, за счет оптимизации формы исключа-. етса вредное поперечное сдвигающее уси лие на резец и снижается момент на резец.

В результате увеличится стойкость резцов и уменьшится работа по преодолеванию сопротивления породы, что приводит к уменьшению энергозатрат на бурение, а также позволит увеличить механическую скорость бурения за счет более эффективного использования реализуемой мощности и возможности увеличения нагрузки на долото.

На фиг.1 показано предлагаемое долото, вид сбоку; на фиг.2 — резец и силы, дей5 ствующие на него при движении по прямолинейной траектории; на фиг.3 — резец и силы, действующие на него при движении по криволинейной траектории; на фиг.4 — лопасть долота с установленными на

10 ней резцами-призмами, рассчитанными на

ЗВМ 1 BM РС/AT, На корпусе долота 1 установлены лопасти 2. На рабочей поверхности лопасти установлены твердосплавные элементы 3 в

15 виде трехгранных призм, Их выполнение на лопасти соответствует заявленному техническому решению. Из фиг.4 видно, что при этом конфигурация резцов изменяется в зависимости от их месторасположения вдоль

20 радиуса долота. Буровое долото работает следующим образом.

B процессе бурения осуществляют вращение долота с осевой нагрузкой на него, разбуривая при помощи лопастей забой

25 скважины, При вращении долота перед каждым выступающим ребром-клином порода испытывает с>катив с образованием трещиноватости. При этом происходит постоянное разрушение ее по трещинам и

30 одновременное выталкивание вверх в сторону свободной поверхности забоя.

Использование изобретения позволяет уменьшить энергозатраты на бурение скважины за счет уменьшения крутящего момен35 та на долоте и уменьшения энергоемкости разрушения горной породы, увеличить механическую скорость бурения за счет более эффективного использования реализуемой мощности на долоте и возможности увели40, чения нагрузки на долото за счет уменьшения крутящего момента, а также увеличить стойкость резцов-призм и, следовательно, проходку на долото, Формула изобретения

Буровое долото режуще-скалывающего действия, включа ющее корпус с промывочными каналами и режущими лопастями, пе50 редняя поверхность которых армирована твердосплавными элементами в виде трехгранных призм, одно из ребер которых выступает над телом режущей лопасти в

: сторону вращения долота, о т л и ч а ю щ е е55 с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем снижения энергоемкости разрушения горной породы и повышения стойкости твердосплавных элементов, ближняя к центрудолота грань каждой призмы выполнена вогнутой, а дальняя

1782264 от центра долота грань каждой призмы выполнена выпуклой, при этом в плоскости, перпендикулярной оси долота, угол между касательной в каждой точке выпуклой и вогнутой граней призм и перпендикуляром восстановленным к линиям, соединяющим центр долота с данными точками, равен половине угла при вершине призм.

1782264 Г

1.I pnaI

= 3 = ,)--(Fhz l

g»T ° 3

Фиг, 4

Составитель Н,Каленова

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4289 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб.,4/5