Шарошечное долото для реактивно-турбинного бурения
Использование: относится к шарошечным долотам для бурения скважин большого диаметра, преимущественно по породам средней твердости и выше. Сущность изобретения: шарошечное долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус и закрепленные на наклонных цапфах шарошки с основными, промежуточными и периферийными конусами венцами, армированными рабочими элементами. Половина угла конусности о основного венца каждой шарошки связана с углом наклона о оси цапфы к оси долота зависимостью: о= 90- о , а углы конусности промежуточного - 21 , и периферийного -22 венцов выполнены уменьшающимися в направлении от основного к периферийному. Половина угла конусности промежуточного и периферийного венцов определяется соответственно по формулам где h1 и h2 - высота вылета рабочих элементов соответственно на основном и промежуточном венцах, мм; l1 - расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм; l2 - расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного и периферийного венцов, мм. 2 ил.
Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения (РТБ), преимущественно по твердым породам.
Известно долото для РТБ, содержащее корпус, наклонные цапфы и закрепленные на них шарошки с основными, промежуточными и периферийными венцами, армированные штырями (см. Палий Е.А. и др. Буровые долота, М. Недра, 1971, с. 344-346, рис. VIII. 3). Известны также шарошечные долота для РТБ, содержащие корпус с цапфами и закрепленные на них шарошки с основными, промежуточными и калибрующими венцами, армированными рабочими элементами (см. Жиленко Н.П. и др. Справочное пособие по реактивно-турбинному бурению, М. Недра, 1387, с.77-80). Недостатком указанных долот является их малая эффективность, особенно при бурении по породам средней твердости и выше. Это связано с нерациональной схемой расположения рабочих элементов на венцах шарошек, а также и формой выполнения самих венцов. Техническим результатом данного изобретения является повышение проходки на долото и скорости бурения. Поставленный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте для реактивного-турбинного бурения, содержащем корпус и установленные на наклонных цапфах шарошки с основным, промежуточным я калибрующим конусными венцами, армированными рабочими элементами, согласно изобретению, половина угла конусности- о основного венца каждой шарошки связан с углом наклона о оси цапфы к оси долота зависимостью о= 90- о а углы конусности промежуточного 21 и периферийного 22 венцов выполнены уменьшающимися в направлении от основного венца к периферийному, при этом половина угла конусности промежуточного и промежуточного венцов определяется по формулам: где h1 и h2 высота вылета зубков соответственно на основном и промежуточном венцах, мм; l1 расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм; l2 расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам на промежуточном и периферийном венцах, мм. Такое выполнение долота позволит значительно повысить эффективность его работы за счет обеспечения равномерного износа рабочих элементов на всех венцах парочек и снижения энергоемкости процесса разрушения породы. На фиг. 1 изображен общий вид долота; на фиг.2 фрагмент шарошки в увеличенном масштабе. Предложенное долото включает корпус 1 с наклонными цапфами 2, на которых смонтированы шарошки 3 с основными 4, промежуточными 5 и периферийными 6 венцами, армированными твердосплавными или другими износостойкими рабочими элементами 7. Основной венец 4 имеет несколько рядов рабочих элементов 7. Шарошки 3 долота выполнены многоконусными, при этом половина угла конусности о основного венца 4 определяется по формуле: о= 90- о, где о угол наклона оси цапфы к оси долота, град. Промежуточный и периферийный венцы 5 и 6 выполнены с углами конусности, уменьшающимися в направлении от основного венца к периферийному и связаны между собой зависимостью: гдегде 1и 2 половины угла конусности соответственно промежуточного и периферийного венцов, град; h1 и h2 высота вылета рабочих элементов соответственно на основном и промежуточном венцах, мм; l1 - расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм; l2 расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам на промежуточном и периферийном венцах, мм. Принцип работы долота заключается в следующем. Агрегат для РТБ, в состав которого входит несколько долот, спускается в скважину. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемых от агрегата РТБ, рабочие элементы 7 шарошек 3 внедряются в породу и разрушают ее. При этом рабочие элементы совершают относительное вращение вокруг оси цапфы 2 и переносное движение вокруг оси вращения агрегата для РТБ, сопровождаемое проскальзыванием зубьев по забою скважины как вдоль оси шарошки, так и в перпендикулярном направлении. Продольное скольжение зубьев обусловлено вращением долота вокруг оси вращения агрегата РТБ и ведет к быстрому износу вооружения шарошек. Для уменьшения влияния этого явления в предложенном долоте изменена конфигурация шарошек и схема их вооружения. Так, угол конусности 2о основного венца 4 выбран из условия образования горизонтального забоя, а промежуточный 5 и периферийный 6 венцы выполнены с уменьшающимися в направлении от основного венца к периферийному, т.е. о>1>2, углами конусности, определяемыми по вышеприведенным формулам и обеспечивающими предварительное разрушение забоя. Окончательное же разрушение забоя осуществляется венцами основного конуса 4, которые работают в более благоприятных условиях и обеспечивают скол породы в режиме объемного разрушения. Углы конусности промежуточного 21 и периферийного 22 венцов 5 и 6, также как и вылет рабочих элементов 7, выбирается в зависимости от свойств разбуриваемых пород, причем, чем более твердые породы, тем меньше высота вылета зубков, и меньше разница между углами конусности венцов 4,5 и 6. Такое выполнение шарошек долота позволяет обеспечить наиболее благоприятные условия работы вооружения, гарантируя высокую скорость бурения и значительную проходку на долото.
Формула изобретения
где h1 и h2 высота вылета paбочих элементов соответственно на основном и промежуточном венцах, мм;
l1 расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного венца и смежного с ним ряда основного венца, мм;
l2 расстояние между осями рабочих элементов по их вершинам промежуточного и периферийного венцов, мм.
РИСУНКИ
Рисунок 1