Буровое шарошечное долото с центральной промывкой
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам для разрушения мягких пород и пород средней твердости, преимущественно пластичных. Технический результат - повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы и облегчения удаления ее с забоя скважины путем оптимизации схемы расположения зубьев периферийной части шарошек. Буровое шарошечное долото с центральной промывкой включает лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с литыми или фрезерованными зубьями. Особенностью долота является выполнение периферийных венцов у всех шарошек с косыми зубьями, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении долота против часовой стрелки. При этом косые зубья имеют асимметричную клиновидную форму, причем угол наклона набегающей грани косого зуба к площадке притупления зуба больше, чем у сбегающей грани, а угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки составляет 10-30°. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам для разрушения мягких пород и пород средней твердости, преимущественно пластичных.
Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, у которых оси симметрии рабочих кромок совпадают с диаметральной плоскостью шарошек и пресекаются с осью шарошки в ее вершине (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота, М.: Недра, 1965 г., с.86, рис.97).
Недостатком этого долота является невысокая производительность его работы из-за низкой эффективности разрушения породы, особенно в центральной части забоя.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото с центральной промывкой, включающее лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с литыми или фрезерованными зубьями (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота, М.: Недра, 1971 г., с.183, рис.У1.45).
Данное долото благодаря параллельному смещению осей шарошек своим вооружением создает «эффект проскальзывания» зубчатого вооружения в момент воздействия на породу и тем самым обеспечивает более эффективное разрушение забоя.
К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую вероятность образования рейки на забое скважины при бурении пород средней твердости и залипание вооружения в мягких вязких породах, а также значительную энергоемкость процесса удаления породы в затрубное пространство, что связано с нерациональной схемой расположения зубьев на шарошках.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы и облегчения удаления ее с забоя скважины путем оптимизации схемы расположения зубьев периферийной части шарошек.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, согласно изобретению у всех шарошек периферийные венцы выполнены с косыми зубьями, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении долота против часовой стрелки, причем косые зубья имеют асимметричную клиновидную форму, при этом угол наклона набегающей грани косого зуба к плоскости забоя больше, чем у сбегающей грани.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки составляет 10-30°.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - общий вид долота; фиг.2 - схема шарошечного долота с косозубым вооружением; фиг.3 - поперечный разрез ассиметричного зуба шарошки с косозубым вооружением.
Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, параллельно смещенными относительно оси долота на величину ε, определяемую в зависимости от типа и размера бурового долота. На цапфах 2 посредством подшипников 3, один из которых замковый, установлены конические шарошки 4 с литыми или фрезерованными зубьями. У всех шарошек 4 периферийные венцы 5 выполнены с косыми зубьями 6, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении долота против часовой стрелки. При этом угол наклона α передней (набегающей) грани 7 косого зуба 6 к площадке притупления 10 больше, чем угол β у задней (сбегающей) грани 8 того же зуба 6. Угол наклона режущих кромок косых зубьев 6 к образующей шарошки составляет 10-30°. Причем большее значение угла наклона соответствует более мягким породам. Для очистки забоя и удаления разрушенной породы долото снабжено центральной промывочной системой, например, в виде твердосплавного сопла 9 с боковыми прорезями, ориентированными в межшарошечное пространство. Возможен вариант оснащения долота комбинированной системой промывки, когда вместе с центральным соплом 9 используются также и боковые гидромониторные насадки. Однако при этом основной поток промывочной жидкости должен проходить через центральную часть долота. Центральное сопло 9 может быть закреплено в полости корпуса 1 как посредством промежуточной втулки, так и непосредственно в канале.
Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 4 перекатываются по поверхности забоя с небольшим проскальзыванием и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота с параллельно смещенными в плане шарошками 4 способствует повышению эффективности разрушения горных пород, особенно пластичных. Разрушенная порода, благодаря выполнению периферийных венцов 5 с косыми зубьями 6, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении против часовой стрелки, эвакуируется за счет «грейдерного эффекта» в сторону стенок скважины и не попадает под зубья венцов основного конуса, что повышает эффективность очистки забоя. Этому способствует и то, что основной поток промывочной жидкости из центрального сопла 9 направляет шлам в сторону стенок скважины, а также выбор угла наклона режущих кромок косых зубьев 6 к образующей шарошки 4 в пределах 10-30°. Указанный угол является оптимальным для эффективного удаления образующегося шлама при бурении по мягким и средней твердости породам. Помимо этого, улучшению разрушения породы и очистки забоя от шлама способствует выполнение угла наклона α передней (набегающей) грани 7 косого зуба 6 к площадке притупления 10 зуба больше, чем угол β у задней (сбегающей) грани 8. Это объясняется тем, что при таком выполнении косых зубьев 6 увеличивается передний угол резания набегающей грани 7 в момент ее соприкосновения с забоем, увеличивая тем самым агрессивность вооружения, а также снижается эффект блокирование породы в зоне ее разрушения в межзубном пространстве и разрушенная порода не прижимается к поверхности забоя, а свободно удаляется в затрубное пространство. При бурении по породам, содержащим абразивные частицы, такое выполнение зубьев позволяет увеличить и срок их службы, благодаря меньшему износу промывочной жидкостью.
Таким образом, применение предложенного долота благодаря оптимальной схеме вооружения периферийной части шарошек при совместном использовании ее с центральной или комбинированной промывкой позволит повысить проходку и механическую скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.
1. Буровое шарошечное долото с центральной промывкой, включающее лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, отличающееся тем, что у всех шарошек периферийные венцы выполнены с косыми зубьями, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении долота против часовой стрелки, причем косые зубья имеют асимметричную клиновидную форму, при этом угол наклона набегающей грани косого зуба к площадке притупления зуба больше, чем у сбегающей грани.
2. Буровое шарошечное долото с центральной промывкой, отличающееся тем, что угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки составляет 10-30°.
