Шарошка бурового долота

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту, а именно к их вооружению. Позволяет повысить эффективность работы за счет исключения вероятности образования забойной «рейки» и обеспечения объемного разрушения породы. Шарошка бурового долота включает конусообразный корпус с фрезерованными зубьями на венце, расположенном смежно с периферийным венцом. Зубья, ориентированные вдоль образующей корпуса, расположены на венце через один зуб. Смежные с ними зубья повернуты относительно образующей на угол 10÷20°, причем повернуты они в противоположные стороны. При этом шаг между зубьями по наружному торцу венца одинаков. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к вооружению шарошечных буровых долот.

Известна шарошка бурового долота, включающая корпус и венцы с зубьями, размещенными с разным шагом на периферийном венце (см. п. США №4187922, кл. 175-374, опублик. 1980 г.).

Недостатком данной шарошки является малая эффективность из-за возможности образования «рейки» на забое.

Известна также шарошка бурового долота, содержащая корпус с венцами, выполненными с фрезерованными зубьями, сгруппированными по двум полуокружностям, причем зубья каждой группы повернуты противоположно относительно образующей корпуса, при этом группы зубьев с увеличенным шагом чередуются с группами зубьев уменьшенного шага на смежных венцах (см. авт. св. СССР №1441051, кл. Е 21 В 10/16, 1987 г.).

Недостатком этой шарошки является сложность конструкции и как следствие этого значительная стоимость изготовления.

Другим недостатком ее является ограниченная область применения, т.к. эффективность работы этой шарошки связана с использованием ее только в конструкциях 3-шарошечных долот.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является шарошка бурового долота, содержащая конусообразный корпус с несколькими венцами, по меньшей мере один из которых выполнен с фрезерованными зубьями, имеющими на одном из торцов венца одинаковый шаг и ориентированными вдоль и под углом к образующей корпуса (см. пат. РФ №2148146, кл. Е 21 В 10/16, 1999 г.).

К недостаткам данной шарошки следует отнести низкую эффективность ее работы. Это связано со следующими причинами. В шарошечных долотах самоочищающегося типа наиболее нагруженным является венец шарошки, расположенный наиболее близко к периферийному венцу. Так, например, периферийная зона забоя у 3-шарошечных долот имеет трехкратное перекрытие и поэтому дальнейшее усиление этих участков не может дать заметного увеличения эффективности работы долота. В то же время наиболее близкий к периферийному венцу смежный венец на основном конусе шарошки по объему разрушаемой породы сопоставим с объемом породы, разрушаемой периферийным венцом, следовательно, нагрузка на этот венец почти в три раза больше, чем на периферийный венец. Именно этим объясняется «облысение», т.е. интенсивный износ вооружения шарошек в зоне основного конуса.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы шарошки путем снижения энергоемкости процесса разрушения участков забоя, расположенных по соседству с периферийными участками.

Указанная техническая задача решается тем, что в шарошке бурового долота, содержащей конусообразный корпус с несколькими венцами, по меньшей мере один из которых выполнен с фрезерованными зубьями, имеющими на одном из торцов венца одинаковый шаг и ориентированными вдоль и под углом к образующей корпуса, согласно изобретению, венец с зубьями, ориентированными вдоль образующей корпуса и под углом к ней, расположен смежно с периферийным венцом, при этом одинаковый шаг зубья имеют со стороны наружного торца венца.

Достижению указанного результата способствует и то, что угол α поворота зубьев к образующей корпуса составляет 10-20°.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид шарошки, а на фиг.2 - схема поражения забоя венцом основного конуса.

Шарошка бурового долота включает конусообразный корпус 1 с несколькими венцами 2, 3 и 4, один из которых - 3, смежный с периферийным венцом 2, выполнен с фрезерованными зубьями 5, 6 и 7, ориентированными по разному относительно образующей 8 корпуса 1. При этом зубья 6, расположенные на венце 3 через один зуб, ориентированы вдоль образующей 8, зубья 5 и 7, расположенные смежно с зубьями 6, ориентированы относительно образующей 8 под углом α, причем повернуты зубья 5 и 7 в противоположные стороны. Угол поворота α зубьев 5 и 7 выбирается в зависимости от физико-механических свойств горных пород равным 10-20°, причем меньшее значение угла поворота соответствует более твердым породам, а большее значение - более мягким. Все зубья 5, 6 и 7 со стороны наружного торца венца 3 имеют одинаковый шаг - t, а со стороны меньшего основания венца шаг t₁ между зубьями 5 и 6 равен t₁=t+l·sinα, a шаг t₂ между зубьями 5 и 7 равен t₂=t-2l·sinα, где l - длина режущей кромки зуба 6.

Шарошка работает следующим образом. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемых через бурильную колонну на буровое долото, зубья венцов 2, 3 и 4 шарошки внедряются в породу и разрушают ее. При этом зубья 5, 6 и 7 венца 3, расположенного смежно с периферийным венцом 2, работают в наиболее трудных условиях. Это объясняется тем, что в долотах, шарошки которых выполнены по самоочищающейся схеме, каждый участок забоя, кроме периферийного, разрушается зубьями одного венца. Участок же забоя, разрушаемый венцом 3, имеет максимальную площадь по сравнению с венцами основного конуса, сопоставимую с площадью периферийного венца. Однако если в разрушении периферийного участка долота в трехшарошечных долотах принимают участие три венца, то участок забоя, смежный с периферийным, разрушается одним венцом 3. Таким образом, нагрузка на венец 3 почти в три раза больше, чем на периферийный венец 2. Особо тяжелые условия работы данного венца приходятся на его периферийную часть. Для облегчения условий работы этого венца 3 зубья 5, 6 и 7 его расположены особым образом, что исключает образование «рейки», которая резко снижает эффективность разрушения породы. При этом следует отметить, что при наличии на забое скважины «рейки» снижается эффективность работы не только первой шарошки долота, которая и накатыает «рейку», но и работа соседних шарошек. В предложенной шарошке благодаря расположению зубьев 5, 6 и 7 с одинаковым шагом t на наружном торце венца 3 обеспечивается эффективное разрушение наиболее нагруженного участка забоя, дополнительно осложненного образованием «воротников» между венцами 2 и 3. Наклонное же расположение зубьев 5 и 7 позволяет успешно бороться как с забойной «рейкой», так и с образующимися «воротниками» благодаря обеспечению объемного разрушения породы за счет образования дополнительных поверхностей обнажения, что также повышает эффективность работы венца, а следовательно, шарошки и долота в целом.

Такое выполнение шарошки позволяет повысить проходку и механическую скорость бурения благодаря более эффективному разрушению гребешков «рейки» на наиболее нагруженных участках забоя. Кроме того, предложенную схему размещения зубьев можно использовать в долотах с любым количеством шарошек, что расширяет область применения заявленного объекта.

1. Шарошка бурового долота, содержащая конусообразный корпус с несколькими венцами, по меньшей мере, один из которых выполнен с фрезерованными зубьями, имеющими на одном из торцов венца одинаковый шаг и ориентированными вдоль и под углом к образующей корпуса, отличающаяся тем, что венец с зубьями, ориентированными вдоль образующей корпуса и под углом к ней, расположен смежно с периферийным венцом, при этом одинаковый шаг зубья имеют со стороны наружного торца венца.

2. Шарошка бурового долота по п.1, отличающаяся тем, что угол поворота зубьев к образующей корпуса составляет 10°-20°.