Буровое трехшарошечное долото

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым трехшарошечным долотам преимущественно малого диаметра. Технический результат - снижение энергоемкости разрушения породы за счет исключения рейки на забое, что приводит к повышению проходки и механической скорости бурения. Буровое трехшарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами и установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с твердосплавным вооружением, причем у двух шарошек периферийная часть оснащена двумя рядами твердосплавных зубков, а у третьей шарошки - одним рядом. Вершины вторых рядов твердосплавных зубков двух первых шарошек размещены в межвенцовой канавке третьей шарошки, выполненной между периферийным и смежным венцами и имеющей треугольную форму. Угол между стороной треугольной канавки, образованной образующей конуса и перпендикуляром к оси шарошки, выбран равным 25-30°, а максимальная глубина - h межвенцовой канавки и радиус закругления R, соединяющий две стороны межвенцовой канавки, выбраны равными h=(0.4-0.5)d₃, где d₃ - диаметр твердосплавных зубков, размещаемых в межвенцовой канавке третьей шарошки, мм. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым трехшарошечным долотам преимущественно малого диаметра.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки с твердосплавными венцами (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота. - М.: Недра, 1971 г., с.161, рис.У1.5).

Недостатком этого долота является малый ресурс его работы из-за низкой эффективности разрушения породы в центральной части забоя.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением, причем две шарошки выполнены в периферийной части с двумя рядами твердосплавных зубков, а третья шарошка - с одним рядом и межвенцовой канавкой треугольной формы между периферийным и смежным венцами для размещения вторых рядов твердосплавных зубков соседних шарошек (см. патент РФ №2002935, кл. E21B 10/16, 1993 г.).

Данное долото благодаря более рациональной схеме расположения вершинного твердосплавного зубка повышает ресурс работы долота.

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы, что связано с усиленным износом боковой стенки межвенцовой канавки, являющейся образующей периферийной части третьей шарошки. Объясняется это неоптимальной схемой размещения твердосплавных зубков соседних шарошек в периферийной их части, что особенно сказывается при использовании долот малого диаметра, в которых все размеры элементов вооружения строго ограничены. Это в первую очередь относится и к вооружению периферийной части шарошек, испытывающих нагрузки как со стороны забоя, так и со стороны стенок скважины.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы путем оптимизации схемы расположения зубков в периферийной части шарошек.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом трехшарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением, причем две шарошки выполнены в периферийной части с двумя рядами твердосплавных зубков, а третья шарошка - с одним рядом и межвенцовой канавкой треугольной формы между периферийным и смежным венцами для размещения вторых рядов твердосплавных зубков соседних шарошек, согласно изобретению угол между стороной треугольной канавки, образованной образующей конуса и перпендикуляром к оси шарошки, выбран равным 25-30°, а максимальная глубина - h межвенцовой канавки выбрана в соответствии с выражением:

h=(0.4-0.5)d₃,

где d₃ - диаметр твердосплавных зубков, размещаемых в межвенцовой канавке третьей шарошки, мм.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что радиус закругления R, соединяющий две стороны межвенцовой канавки третьей шарошки, выбран равным максимальной глубине - h межвенцовой канавки.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид долота, а на фиг.2 - схема развертки шарошек долота.

Буровое трехшарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников 3, один из которых замковый, установлены конические шарошки 4 с твердосплавным вооружением. Одна шарошка выполнена с одним рядом твердосплавных зубков 5 на периферийном венце, а две другие шарошки 4 с двумя рядами твердосплавных зубков. При этом вершины второго ряда твердосплавных зубков 7 и 8 размещены в межвенцовой канавке 9, имеющей треугольную форму. Для оптимизации схемы размещения периферийных твердосплавных зубков 5, 7 и 8 угол между стороной 6 треугольной канавки, образованной образующей конуса и перпендикуляром к оси шарошки 4, выбран равным 25-30°, а максимальная глубина - h межвенцовой канавки 9 и радиус закругления R, соединяющей две стороны межвенцовой канавки 9 шарошки 4 с одним рядом зубков 5, выбраны равными:

h=(0.4-0.5)d₃,

где d₃ - диаметр твердосплавных зубков, размещаемых в межвенцовой канавке шарошки 4 с одним рядом твердосплавных зубков в периферийной части, мм.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 4 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. У долота, взятого в качестве прототипа, наблюдается сильный износ корпуса шарошки вблизи периферийного ряда твердосплавных зубков. Это приводит не только к росту энергоемкости процесса разрушения породы, но и к законушению стенок скважины и искривлению ствола скважины. Это ведет к пропуску пластов полезных ископаемых и к значительному увеличению материальных затрат. С целью устранения этих недостатков в корпусе шарошки 4 с одним рядов периферийных зубков 5 выполняется межвенцовая канавка 9 с вышеприведенными параметрами, обеспечивающими оптимальное размещение двух рядов твердосплавных зубков 7 и 8 с минимальным зазором между вершинами зубков 7, 8 и удлиненной стороной 6 треугольной межвенцовой канавки 9. В процессе бурения усилие Р, действующее со стороны забоя и направленное перпендикулярно удлиненной стороне 6 канавки 9, стремится развернуть шарошку 4 к стенке скважины, препятствуя тем самым законушению стенок скважины и отклонению оси скважины от заданного направления.

Таким образом, применение предложенного долота благодаря более оптимальной схеме вооружения периферийной части шарошек позволит повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.

1. Буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением, причем две шарошки выполнены в периферийной части с двумя рядами твердосплавных зубков, а третья шарошка - с одним рядом и межвенцовой канавкой треугольной формы между периферийным и смежным венцами для размещения вторых рядов твердосплавных зубков соседних шарошек, отличающееся тем, что угол между стороной треугольной канавки, образованной образующей конуса и перпендикуляром к оси шарошки, выбран равным 25-30°, а максимальная глубина h межвенцовой канавки выбрана в соответствии с выражением:
h=(0,4-0,5)d₃,
где d₃ - диаметр твердосплавных зубков, размещаемых в межвенцовой канавке третьей шарошки, мм.

2. Буровое трехшарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что радиус закругления R, соединяющей две стороны межвенцовой канавки третьей шарошки, выбран равным глубине h межвенцовой канавки