Шарошечное долото

Авторы патента:

Синев Станислав Васильевич (RU)

E21B10/16 - отличающиеся формой или расположением зубьев

Владельцы патента RU 2507363:

Синев Станислав Васильевич (RU)

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому в бурении скважин, а именно к шарошечным долотам. Обеспечивает повышение показателей эффективности работы долота. Шарошечное долото включает шарошки со ступенчатым периферийным вооружением. Соотношение размеров ступеньки и долота определяется как a/b=0,60-0,70, при a/D=0,023-0,032, где: а - ширина ступеньки; b - высота ступеньки; D - диаметр долота. Такое соотношение обеспечивает полное разрушение ступеньки на забое у стенки скважины в процессе ее формирования с минимальными энергетическими затратами, благодаря чему существенно облегчается работа периферийного вооружения и подшипников, снижается их износ, с повышением скорости бурения на 50% и проходки на долото до 80%. 4 ил.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому в бурении скважин, а именно к шарошечным долотам.

Известно шарошечное долото, включающее шарошки с периферийным вооружением, выполненным в виде зубьев, рабочая поверхность которых сопрягается с поверхностью обратного конуса углом, близким к прямому [1].

Плоскость забоя сопрягается с цилиндрической поверхностью стенки скважины углом, который в горном массиве является концентратором напряжений от действия горного, гидростатического и перового давлений. Основное вооружение долота осуществляет продвижение долота (бурение). Периферийное вооружение долота, в отличие от основного, выполняет двойную работу: по продвижению забоя и фрезерованию стенки скважины. Из-за специфики работы периферии долота и концентрации напряжений в зоне ее действия, периферия испытывает повышенные нагрузки, а периферийное вооружение - усиленный износ.

Устранить выявленные недостатки попытались введением в конструкцию периферийного вооружения долота ступеньку, разделяющую продвижение забоя и фрезерование стенки скважины.

Известное шарошечное долото [2], принятое за прототип, включает шарошки со ступенчатым периферийным вооружением, соотношения размеров ступеньки и долота, определяется следующими величинами:

a/b=0,75-1,50, при a/D=0,16-0,18,

где: a - ширина ступеньки;

b - высота ступеньки;

D - диаметр долота.

В силу того, что ширина ступеньки велика, а высота мала для полного скола формируемой на забое у стенки скважины ступеньки, периферийное вооружение находится в обычных условиях плоского забоя, а сформированная ступенька, удаленная от стенки скважины, лишь частично скалывается, не выполняя поставленной задачи.

Целью изобретения является повышение показателей эффективности работы долота.

Указанная цель достигается тем, что в известном шарошечном долоте, включающем шарошки со ступенчатым периферийным вооружением, соотношение размеров ступеньки и долота определяются как

a/b=0,60-0,70, при a/D=0,023-0,032,

где: a - ширина ступеньки;

b - высота ступеньки;

D - диаметр долота.

Введение в конструкцию указанного соотношения размеров ступеньки и долота позволяет осуществлять полное разрушение ступеньки на забое у стенки скважины в процессе ее формирования с минимальными энергетическими затратами. В силу полного разрушения ступеньки опережающий элемент периферийного ступенчатого вооружения находится в условиях разрушения плоского, а не напряженного пристеночного забоя. Последующий элемент периферийного ступенчатого вооружения находится в облегченных условиях разрушения породы (фрезерования стенки), что обеспечивает некоторое увеличение скорости бурения, снижение нагрузки на периферийный подшипник опоры долота, увеличивая этим время работы долота, т.е. проходку на долото. Опережающий и последующий элементы периферийного ступенчатого вооружения в рассматриваемом случае разделяют функции по продвижению забоя и формированию стенки скважины (фрезерованию), что существенно снижает загруженность периферийных подшипников опоры и износ периферийного вооружения, а следовательно, увеличивает время работы долота.

На фиг.1 показано вооружение шарошки долота со ступенчатой периферией в контакте с формируемым забоем: D - диаметр долота, a - ширина ступеньки, b - высота ступеньки.

На фиг.2 приведены ограничения размеров ступеньки на периферии забоя по уровню скалываемости и энергетическим затратам на скол, полученные в исследованиях по разрушению ступеньки единичным зубом на моделях забоя натурного диаметра. Относительные размеры ступеньки

Размеры оптимизированы по нагрузке разрушения ступеньки G, объему скола ν и соотношению объема скола к нагрузке разрушения ν/G.

На фиг.3 приведены ограничения размеров ступеньки по скоростным качествам и уровню износа основного и периферийного вооружения, полученные при бурении микродолотами со ступенчатой периферией:

V - скорость бурения микродолотами.

На фиг.4 представлено натурное долото диаметром 215,9 мм, изготовленное на заводе ВНИИБТ и Волгабурмаш в трех малых промышленных партиях в количестве 60 штук.

Для определения размеров ступеньки проведены исследования по статическому разрушению ступеньки единичным зубом на моделях забоя натурного размера, исследования по бурению более чем 20-ю моделями микродолот со ступенькой различного размера и сравнительными промысловыми исследованиями с натурными долотами. По результатам исследования построены зависимости, представленные на фиг.2 и фиг.3. Линия А на фиг.2 ограничивает ступеньку, полностью разрушающуюся по высоте. Линия В указывает тот предел ширины a, больше которого происходит неполный скол горной породы. Линия С ограничивает полностью разрушаемую ступеньку слева. Минимальные энергетические затраты определяются соотношением a/b=0,33-0,90, шириной a/D в пределах 0,03 и высотой b/D=0,04-0,08. Оптимальные размеры ступеньки, выбранные по min энергетических затрат, при полном разрушении ограничиваются областью 1-2-3 на фиг.2.

На фиг.3 показаны границы больших механических скоростей справа - Е, снизу - F, сверху - J, размеры разрушившейся ступеньки, ограничение справа - А, линия равномерного износа - В и границами незначительного отклонения от равномерного износа - С и Д. Область 1-2-3 заимствованы из фиг.2. Совмещение оптимальных размеров при статическом разрушении и бурении микродолотами определяет соотношение размеров ступеньки и долота как

a/b=0,60-0,70, при a/D=0,023-0,032,

где: a - ширина ступеньки;

b - высота ступеньки;

D - диаметр долота и фиксируют точку - 0 на фиг.3, закладываемую в натурные конструкции трех промышленных партий долот, которые с успехом отработаны в различных регионах страны.

Предложенные долота достигают прирост проходки на долото до 80% при превышении средней механической скорости бурения на 50% (в сравнении с резко падающей скоростью у прототипа).

Источники информации

1. Палий П.А., Корнеев К.Е. Буровые долота, М., "Недра", 1971, 446 с. (Аналог)

2. Knapp S.P. New bit concept helps control hole deviation. Word Oil, v. 160, №1, 1965, p. 113 (прототип).

Шарошечное долото, включающее шарошки со ступенчатым периферийным вооружением, отличающееся тем, что с целью повышения показателей эффективности работы долота, соотношение размеров ступеньки и долота определяется как
a/b=0,60-0,70, при a/D=0,023-0,032,
где: а - ширина ступеньки;
b - высота ступеньки;
D - диаметр долота.

Группа изобретений относится к области буровой техники и может быть использована в буровых долотах, предназначенных для бурения скважин. Обеспечивает уменьшение энергоемкости породоразрушения и повышение эффективности бурения.

Буровое долото // 2496963

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости, разрушение которых не требует значительных осевых нагрузок.

Буровое шарошечное долото // 2495217

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Обеспечивает повышение ресурса работы долота, надежное крепление шарошек.

Алмазное одношарошечное буровое долото // 2476660

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при производстве буровых долот, предназначенных для строительства скважин. .

Буровое шарошечное долото // 2473770

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. .

Одношарошечное буровое долото // 2470134

Изобретение относится к буровой технике, а именно к одношарошечным буровым долотам. .

Породоразрушающий зубок // 2462581

Изобретение относится к буровым долотам, а именно к породоразрушающим зубкам буровых долот, предназначенным для разрушения перемежающихся по твердости пород. .

Шарошка бурового долота // 2462580

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к конструкции шарошек буровых долот. .

Шарошка бурового долота // 2452840

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

Шарошка бурового долота (варианты) // 2450114

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к конструкции шарошек буровых долот. .

Шарошечное долото // 2508441

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Шарошечное долото содержит корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с вогнутой сферической вершиной, армированной породоразрушающими зубками. Особенностью долота является выполнение породоразрушающих зубков съемными и с утолщением на хвостовике, при этом вершинная часть шарошки выполнена с каналами для размещения съемных зубков, а торец цапфы - с несколькими концентрическими рядами в виде кулачковых венцов, взаимодействующих с хвостовиками съемных зубцов. При этом кулачковые венцы в продольном сечении имеют трапецеидальную форму, а утолщения хвостовиков выполнены в виде выступов сферической формы. Применение предложенного долота повышает эффективность его работы, особенно при бурении по породам выше средней твердости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Буровое шарошечное долото // 2509197

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Обеспечивает повышение эффективности работы долота. Буровое шарошечное долото содержит корпус с каналом для очистного агента и цапфой со сферическим торцом, на которой посредством замкового подшипника установлена шарошка с ответной торцу цапфы внутренней сферической поверхностью и породоразрушающими элементами на венцах, разделенных шламоотводящими пазами. Долото снабжено съемной втулкой с продольными пазами на наружной поверхности, установленной на цапфе и зафиксированной относительного нее от проворота, а шарошка выполнена с радиальными каналами, в которых с возможностью осевого перемещения размещены съемные породоразрушающие элементы, хвостовики которых в плоскости, параллельной оси цапфы, выполнены с выпуклым торцом и установлены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью съемной втулки. Съемные породоразрушающие элементы в плоскости, перпендикулярной оси цапфы, могут быть установлены под острым углом к радиусу шарошки. Часть съемных породоразрушающих элементов может быть установлена на венцах шарошек, а часть - в шламоотводящих пазах. Хвостовики съемных породоразрушающих элементов в плоскости, параллельной оси цапфы, могут быть выполнены в виде полуцилиндров. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Буровое шарошечное долото // 2509198

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Обеспечивает повышение эффективности работы долота. Буровое шарошечное долото содержит корпус с каналом для очистного агента и цапфой со сферическим торцом, на которой посредством замкового подшипника и роликового подшипника качения установлена шарошка с ответной торцу цапфы внутренней сферической поверхностью и породоразрушающими элементами на венцах, разделенных шламоотводящими пазами. Шарошка выполнена с радиальными каналами, в которых размещены съемные породоразрушающие элементы, хвостовики которых в плоскости, параллельной оси цапфы, выполнены с выпуклым торцом и установлены с возможностью взаимодействия с боковыми поверхностями роликовых подшипников, наружная поверхность части которых, контактирующая с выпуклыми торцами хвостовиков съемных породоразрушающих элементов, выполнена с ответной вогнутой формой. Съемные породоразрушающие элементы могут быть установлены под острым углом к радиусу шарошки. Часть съемных породоразрушающих элементов может быть установлена на венцах шарошек, а часть - в шламоотводящих пазах. Хвостовики съемных породоразрушающих элементов в плоскости, параллельной оси цапфы, могут быть выполнены в виде бочкообразных цилиндров или сфер. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Многоступенчатый шарошечный буровой инструмент // 2513650

Изобретение относится к породоразрушающему шарошечному инструменту, применяемому в бурении скважин. Технический результат заключается в увеличении механической скорости бурения за счет увеличения объема разрушения резанием в горизонтальном направлении и вводом в процесс бурения разрушения горной породы резанием в вертикальном направлении путем образования боковой открытой ступенчатой поверхности со ступеньками, полностью разрушаемыми в процессе их формирования. Многоступенчатый шарошечный буровой инструмент включает многоступенчатые шарошки, причем отдельный опережающий венец любой шарошки удален от последующего другой шарошки по оси долота на (0,04-0,06)D с шириной ступеньки (0,02-0,04)D, где D - диаметр инструмента, с сохранением этих соотношений на внешних конусах шарошек. 6 ил.

Буровое шарошечное долото // 2514021

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Обеспечивает повышение эффективности работы долота. Буровое шарошечное долото содержит корпус с каналом для очистного агента и цапфой со сферическим торцом, на которой посредством замкового подшипника и роликового подшипника качения установлена шарошка с ответной торцу цапфы внутренней сферической поверхностью и породоразрушающими элементами на венцах, разделенных шламоотводящими пазами. Шарошка выполнена с радиальными каналами, в которых размещены съемные породоразрушающие элементы, хвостовики которых установлены с возможностью взаимодействия с боковыми поверхностями роликовых подшипников. Съемные породоразрушающие элементы могут быть установлены под острым углом к радиусу шарошки. Часть съемных породоразрушающих элементов может быть установлена на венцах шарошек, а часть - в шламоотводящих пазах. Хвостовики съемных породоразрушающих элементов могут быть выполнены в виде цилиндров или сфер. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Буровое шарошечное долото // 2515795

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Техническим результатом является увеличение механической скорости бурения. Буровое шарошечное долото включает многоконусные шарошки, рабочая поверхность зубчатого вооружения венцов которых у каждой шарошки сформирована несколькими образующими конических поверхностей. Рабочая поверхность зубчатого вооружения каждого венца в месте контакта с забоем выполнена перпендикулярной оси долота, образуя между вооружением шарошек ступенчатую поверхность. 2 ил.

Зубок шарошечного долота для бурения непроницаемых пород // 2517656

Изобретение относится к вооружению породоразрушающего инструмента, применяемому в бурении скважин, а именно к зубкам шарошечных долот. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения непроницаемых горных пород путем выравнивания гидростатического давления в зоне разрыва горной породы перед зубком. Зубок шарошечного долота ковшеобразной формы содержит проточные канавки на тыльной стороне, выходящие к рабочим кромкам зубка, которые при работе долота формируют гидравлические каналы между тыльной стороной зубка и незатронутой разрушением породой забоя, соединяющие зону разрушения горной породы с полостью скважины. 5 ил.

Буровое шарошечное долото с асимметричной схемой промывки // 2520656

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Обеспечивает повышение эффективности работы долота за счет более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство. Буровое шарошечное долото с асимметричной схемой промывки включает лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, шламоотводящий канал и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы. Все шарошки выполнены с косыми зубьями, при этом первая шарошка расположена между промывочными узлами и имеет зубья, наклоненные к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя шарошки была направлена от периферии к центру, а у смежных шарошек - в обратную сторону. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Буровое шарошечное долото // 2520974

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, установленные на них с наклонно расположенными относительно их образующих конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел. Промывочный узел расположен по оси долота, а у всех шарошек венцы выполнены с косыми зубьями. Косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев на гидравлическую среду забоя для каждой шарошки была одинаковой и направлена от центра к периферии. Как вариант, угол наклона рабочих поверхностей косых зубьев к образующей шарошки составляет 5-45°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы к оси долота. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота и улучшении очистки забоя от шлама. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Буровое шарошечное долото // 2522608

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, преимущественно для работы по мягким и средней твердости породам. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них шарошки с фрезерованными или с литыми зубьями, и промывочные узлы. Венцы шарошек, подверженные осевому и радиальному проскальзыванию, выполнены с косыми зубьями, причем косые зубья на каждом венце наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы их боковые поверхности располагались под углом 90°±40° к направлению вектора суммарной скорости скольжения зуба по забою. Венцы, подверженные только осевому проскальзыванию, могут иметь как прямозубое вооружение, рабочие поверхности которых расположены под углом 90°±10° к оси шарошки, так и косозубое вооружение, аналогичное одному из соседних венцов. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота, снижении энергоемкости процесса разрушения породы за счет более рациональной геометрии его вооружения, в повышении проходки и механической скорости бурения. 4 ил.