Буровое шарошечное долото



Буровое шарошечное долото
Буровое шарошечное долото
Буровое шарошечное долото
Буровое шарошечное долото

 


Владельцы патента RU 2522608:

Сериков Дмитрий Юрьевич (RU)

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.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для разбуривания мягких пород и пород средней твердости.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и боковые промывочные узлы со сменными насадками (см. Масленников И.К. Буровой инструмент. - М.: Недра, 1989 г., с.141-142, рис.2.1.63).

Недостатком этого долота является низкая скорость бурения, связанная с нерациональной схемой расположения вооружения шарошек.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и размещенные в каналах корпуса промывочные узлы (см. авт.св. СССР №1691499, кл. E21B 10/18, 1991 г.).

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы из-за повторного измельчения разрушенной породы и нерациональной схемы размещения вооружения. Это связано с тем, что при существующей схеме расположения зубьев вдоль образующей конуса шарошки шлам многократно подвергается повторному измельчению вооружением шарошек, что снижает, с одной стороны, скорость бурения, а с другой - увеличивает износ и самих зубьев. В первую очередь, это касается периферийных зубьев, что объясняется как повторным измельчением разрушенного шлама, так и породы, осыпающейся со стенок скважины. При этом вооружение венцов изнашивается не одинаково, а площадь поражения забоя проскальзывающим вооружением минимизирована. В то же время известно, что для достижения равной стойкости вооружения долот необходимо обеспечить одинаковое удельное скольжение для всех венцов шарошек. Еще одним недостатком прототипа является вероятность образования рейки при бурении по породам средней твердости. Все указанные недостатки негативно влияют на эффективность работы долота.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет интенсификации процесса разрушения породы на забое скважины путем оптимизации геометрии вооружения, обеспечение равной его стойкости, снижение энергоемкости процесса бурения и уменьшение вероятности образования забойной рейки.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочные узлы, согласно изобретению 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, а 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.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид долота, на фиг.2 - схема движения гладкой многоконусной шарошки со смещенной в плане осью, на фиг.3 - схема поражения забоя зубчатыми элементами прямозубого и косозубого вооружения шарошек со смещенными в плане осями; на фиг.4 - схема поражения забоя единичным элементом прямозубого и косозубого вооружения шарошки в увеличенном масштабе.

Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 с наклонными в вертикальной плоскости и параллельно смещенными в плане цапфами 2, на которых посредством подшипников 3, один из которых замковый, установлены конические шарошки 4 с фрезерованными или литыми зубьями 5, и промывочные узлы 6, размещенные, как правило, между шарошками 4 в каналах корпуса, образованного сваренными между собой лапами 1. Шарошки 4 долота со смещенными в плане осями в процессе работы подвергаются как осевому, так и радиальному проскальзыванию, которые определяют величину скольжения зубьев каждого из венцов шарошки, а следовательно и величину износа зубьев 5. Причем часть венцов подвергается только осевому проскальзыванию. Это ведет к тому, что вооружение венцов изнашивается не одинаково, а для достижения равной стойкости вооружения таких долот необходимо обеспечить, чтобы все венцы шарошек имели одинаковое удельное скольжение. Для достижения этого в предложенном долоте 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. Оптимальное значение этого угла равняется 90°. При этом венцы, подверженные только осевому проскальзыванию, могут иметь как прямозубое вооружение, рабочие поверхности которых расположены под углом 90°±10° к оси шарошки 4, так и косозубое вооружение, аналогичное одному из соседних венцов.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 4 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. Благодаря выполнению венцов шарошек 4, испытывающих осевое и радиальное проскальзывание, с косыми зубьями и расположению их боковых поверхностей, преимущественно, перпендикулярно к направлению вектора суммарной скорости скольжения зуба по забою, обеспечивается разрушение породы резанием, являющимся наиболее эффективным для разрушения мягких пород и пород средней твердости. Повышению эффективности разрушения породы способствует также и то, что венцы, испытывающие только осевое проскальзывание, изготавливаются с прямозубым вооружением, рабочие поверхности которых расположены под углом 90°±10° к оси шарошки 4, или же с косозубым вооружением, конструкция которого аналогична конструкции одного из соседних венцов. Как следует из фиг.2, точки Е, М, N, Н образующей шарошки, контактирующие с забоем, совершают при относительном и переносном вращении сложное движение, вращаясь вокруг оси долота и шарошки, при этом суммарную скорость скольжения по забою для каждой из точек Е, М, N, Н определяют по формуле: V C K = ( V C K ' ) 2 + ( V C K ' ' ) 2 , где V C K ' и V C K ' ' - поперечная и продольная составляющая скорости скольжения в каждой из этих точек, a Ψ - угол между вектором суммарной скорости скольжения и образующей шарошки определяют по формуле: Ψ = a r c t g ( V C K ' / V C K ' ' ) = ( R i r ) / e ,

где r и R - соответственно радиусы относительного и переносного движения точек, контактирующих с забоем скважины,

е - величина смещения осей шарошки относительно оси вращения долота;

i - передаточное отношение скоростей вращения шарошки и долота (см. фиг.2).

Определив величины и направления проскальзывания зубьев по забою, можно геометрически определить площадь поражения забоя зубчатыми элементами вооружения в момент их соприкосновения с породой. На фиг.3 показана схема одномоментного проскальзывания режущих элементов шарошки с прямозубым (стандартным) вооружением. В точках Е, М и Н следы зубьев представляют собой ромбические поверхности, а в точке N - прямоугольную. Чтобы увеличить площадь поражения забоя резанием, не меняя при этом ширину и количество венцов, необходимо развернуть зубья таким образом, чтобы их основные грани были перпендикулярны направлению проскальзывания (фиг.3). Чтобы оценить прирост площади поражения косозубого вооружения по отношению к прямозубому достаточно определить разницу площадей ромба и прямоугольника (фиг.2). Исходя из чертежа (см. фиг.2 и 3) можно определить, что:

S П = l h = 1 Δ sin Ψ ;

S К = L Δ = 1 Δ sin Ψ ,

где SП - площадь поражения забоя прямозубым вооружением;

SК - площадь поражения забоя косозубым вооружением;

Ψ - угол между вектором суммарной скорости скольжения и образующей шарошки;

L - длина площадки притупления косозубого вооружения;

l - длина площадки притупления прямозубого вооружения

Δ - величина проскальзывания;

h - высота ромба площади поражения забоя прямозубого вооружения.

Тогда их соотношение будет выглядеть следующим образом:

S К = S П / sin 2 Ψ .

Таким образом, чем меньше угол наклона вектора результирующей скорости скольжения к оси вращения шарошки, тем больше увеличение площади поражения забоя косозубым вооружением по отношению к прямозубому.

В точке N, где скорость проскальзывания направлена к центру вдоль оси шарошки, преимущество косозубого вооружения становится наиболее очевидным, так как поражение забоя прямозубым вооружением осуществляется не одной из основных граней, а только узкой торцевой поверхностью зуба. Наибольшее увеличение площади поражения забоя косозубым вооружением по отношению к прямозубому в этой точке будет достигаться при перпендикулярном расположении зуба к оси вращения шарошки.

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

Буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них шарошки с фрезерованными или с литыми зубьями, и промывочные узлы, отличающееся тем, что 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, а 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.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Техническим результатом является увеличение механической скорости бурения.

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Обеспечивает повышение эффективности работы долота.

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.

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Обеспечивает повышение эффективности работы долота.

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Обеспечивает повышение эффективности работы долота.

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.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому в бурении скважин, а именно к шарошечным долотам. Обеспечивает повышение показателей эффективности работы долота.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них конические шарошки с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями, расположенными параллельно или под углом к образующей шарошки, и узел промывки. Величина проскальзывания зубьев шарошек, работающих в режиме пробуксовки, при которой достигается максимальный объем выбуренной породы за весь цикл работы долота путем обеспечения качественного выравнивания поверхности забоя, определяется соотношением в зависимости от радиуса венца шарошки и угла между двумя соседними зубьями венца шарошки. 2 ил.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам преимущественно для бурения мягких пород и пород средней твердости. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, установленные на них многоконусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, периферийные из которых расположены наклонно относительно продольной оси шарошки, и размещенные между шарошками напорные промывочные узлы. Все остальные венцы шарошек также выполнены с косыми зубьями, причем зубья периферийных венцов имеют левое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке, и правое - при вращении долота против часовой стрелки, а зубья остальных венцов наклонены в противоположную сторону. Оси сопел гидромониторных насадок промывочных узлов направлены в межвенцовое пространство между периферийным и смежным с ним венцом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота за счет более качественной очистки забоя скважины от шлама путем оптимизации процесса его эвакуации в затрубное пространство. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них конические шарошки с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями, расположенными параллельно или под углом к образующей шарошки, и узел промывки. Величина проскальзывания зубьев шарошки, при которой достигается максимальный объем выбуренной породы каждым зубом вооружения в течение всего времени работы долота, определяется соотношениями в зависимости от режима подтормаживания или пробуксовки, радиуса венца шарошки, угла между двумя соседними зубьями венца шарошки. 3 ил.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам для бурения пород различной твердости. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота путем снижения затрат мощности на разрушение и удаление разрушенной породы из выемки, образованной рабочей частью каждого зуба вооружения. Буровое шарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с ведущими и ведомыми венцами, выполненными с литыми, фрезерованными или твердосплавными асимметричными зубьями, и систему промывки. Передняя по отношению к направлению проскальзывания вооружения грань зуба, работающего в режиме пробуксовки или подтормаживания, наклонена по отношению к линии, соединяющей вершину зуба с осью вращения шарошки в сечении, перпендикулярном образующей шарошки, под углом γ=0÷18°, а угол между линией, соединяющей вершину зуба с осью вращения шарошки, и поверхностью площадки притупления составляет α=60÷85°. Зубья шарошек, работающих в режиме пробуксовки или подтормаживания, выполнены с криволинейными передней и задней гранями по отношению к направлению проскальзывания вооружения, при этом радиусы закругления - r1 и r2 соответственно передней и задней по отношению к направлению проскальзывания вооружения грани асимметричного зуба определяются по определенным зависимостям. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для бурения скважин с помощью инструмента, содержащего несколько шарошек с избирательным по углу их поворота воздействием на забой. Шарошечный буровой инструмент содержит корпус с центральным продувочным каналом, лапы с установленными на свободной оси вращения шарошками. Шарошки оснащены породоразрушающими элементами в виде зубьев и/или штырей, образующими центральное и периферийное, с калибрующей кромкой, вооружение с одинаковым количеством породоразрушающих элементов, с одинаковым шагом их расстановки на каждой из шарошек. Внешняя форма шарошек имеет участки без круговой симметрии относительно оси их вращения. Центральное вооружение на вершине конуса шарошек образовано керноразрушающими элементами в виде лопастей, имеющих вытянутую в радиальном относительно осей вращения шарошек направлении форму, смещенных в этом же направлении относительно этих же осей и ориентированных между собой согласно расположению остальных участков шарошек без круговой симметрии относительно этих же осей. Технический результат заключается в снижении трудоемкости и обеспечении безопасности взаимного ориентирования шарошек. 3 ил.

Изобретение относится к способу бурения скважин и может быть использовано в горном деле для бурения скважин с некруглым поперечным сечением, преимущественно при ведении буровзрывных работ на карьерах для дробления горной породы. В способе бурения скважин используют долото, содержащее корпус с шарошками, имеющими конусную поверхность, образованную периферийным зубчатым и/или штыревым вооружением с одинаковым количеством породоразрушающих элементов и с одинаковым шагом их расстановки на каждой шарошке, развертка которых на поверхность забоя в проекции на поперечное сечение является такой частью фигуры, которая по площади и форме является половиной либо 2/3 частью всего некруглого поперечного сечения скважины либо состоит из трех равных по площади и форме частей соответственно, производят забуривание скважины, заключающееся в том, что на корпус долота передают осевое усилие и крутящий момент до момента образования на забое зубчатой рейки, затем долото приподнимают над забоем и шарошки ориентируют по отношению к симметричному их положению относительно оси вращения долота поворотом вокруг их оси, и продолжают бурение. Шарошки ориентируют таким образом, что при продолжении бурения развертка конусной поверхности на поверхность забоя как минимум одной из шарошек в проекции на поперечное сечение скважины повернута относительно разверток других шарошек на угол, кратный центральному углу между лунками зубчатой рейки. Технический результат заключается в обеспечении бурения скважины, имеющей поперечное сечение с элементами вогнутой с внешней стороны формы для выраженных концентраторов напряжений, что при взрывных работах обеспечит большую направленность зарождения первоначальных трещин. 4 ил.

Группа изобретений относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота и способа крепления вставок в отверстиях корпуса. Буровое долото содержит корпус с отверстиями, в которых закреплены твердосплавные вставки с цилиндрическими хвостовиками. Между стенками отверстий и наружной поверхностью хвостовиков вставок размещены втулки из упругого материала, выполненные в виде стакана с отверстием на дне, при этом вставки выполнены со ступенчатым хвостовиком, высота ступени меньшего диаметра которого не менее толщины дна стакана, а диаметр этой ступени соответствует диаметру отверстия на дне стакана. Торец нижней ступени каждого хвостовика может быть выполнен со сферическим выступом, а дно отверстия под вставки в корпусе - с ответной впадиной. Способ крепления вставок бурового долота включает запрессовку их цилиндрических хвостовиков в отверстиях корпуса долота, причем между стенками отверстий и наружной поверхностью хвостовиков вставок размещают втулки из упругого материала, которые перед запрессовкой хвостовиков растягивают в продольном направлении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота. Предложенное долото содержит корпус с отверстиями, в которых закреплены твердосплавные вставки с хвостовиками. Особенность заявленного долота по первому варианту заключается в том, что отверстия в корпусе и хвостовики вставок выполнены в вертикальной плоскости соответственно в виде прямого и обратного конусов с углами при вершине 2-20°, при этом образующиеся между их боковыми поверхностями полости имеют в нижней части форму прямого конуса и служат для размещения втулок из эластичного материала, каждая из которых выполнена с полостью, заполняемой в рабочем положении несжимаемой жидкостью. По второму варианту особенность долота заключается в том, что боковые стенки отверстий в корпусе и хвостовики вставок выполнены с кольцевыми канавками, смещенными в вертикальной плоскости от дна отверстий и торца хвостовиков и образующими совместно тороидальную полость для размещения втулок из эластичного материала, каждая из которых выполнена с полостью, заполняемой в рабочем положении несжимаемой жидкостью. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения (РТБ) шарошечного типа. Технический результат заключается в повышении проходки и механической скорости бурения способом РТБ. Долото для РТБ содержит корпус с наклонными цапфами, на которых закреплены шарошки с периферийными, вершинными и промежуточными венцами, оснащенными фрезерованным, литым или твердосплавным зубчатым вооружением. Все венцы шарошек выполнены с разнонаправленными относительно оси шарошки зубьями. Периферийные венцы имеют противоположно направленный угол наклона зубьев по сравнению с углами наклона зубьев других венцов. Крутящие моменты, создаваемые одновременно проскальзывающими наклонными зубьями периферийных и остальных венцов на каждой шарошке, в момент ее максимального осевого скольжения, обусловленного вращением агрегата РТБ, когда ее ось вращения располагается вдоль направления вращения агрегата РТБ, связаны определенным соотношением. 4 ил.
Наверх