Буровое шарошечное долото



Буровое шарошечное долото
Буровое шарошечное долото
Буровое шарошечное долото

 


Владельцы патента RU 2543824:

Сериков Дмитрий Юрьевич (RU)

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 породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями для разбуривания, преимущественно, мягких пород, не склонных к рейкообразованию.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с фрезерованными зубьями и промывочные гидромониторные узлы, расположенные в периферийной части межшарошечного пространства (см. И.К. Масленников, справочник «Буровой инструмент», М., Недра, 1989 г., с.36, рис.2.1.116).

Недостатком указанного долота является сравнительно невысокая эффективность его работы, что связано с неоптимальной схемой размещения шарошек и зубьев на конической поверхности шарошек.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями, расположенными под углом к образующей шарошки, и узел промывки (см. патент РФ №2473770, кл. E21B 10/16, 2013 г).

Данное долото благодаря использованию лап со смещенными в плане цапфами относительно оси долота обеспечивает более эффективное разрушение горных пород за счет проскальзывания зубьев относительно поверхности забоя. Этому в определенной степени способствует и наклонное расположение зубьев относительно образующей конуса шарошки. Однако для получения максимального объема поражения забоя необходимо точно знать угол наклона зубьев по отношению к образующей шарошки, на основании которого определяется оптимальная величина проскальзывания.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы бурового долота за счет достижения максимального объема разрушаемой породы каждым зубом вооружения шарошки в течение всего времени работы долота.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями, расположенными параллельно или под углом к образующей шарошки, и узел промывки, согласно изобретению, величина проскальзывания зубьев шарошки - Δ, работающих сответственно в режиме подтормаживания и пробуксовки, определяется по формулам:

;

;

где R - радиус венца шарошки, мм;

β - угол между двумя соседними зубьями венца шарошки, град.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен фрагмент общего вида долота, на фиг.2 - вид долота со стороны рабочего торца; на фиг.3 - траектория движения вершины зуба при вращении шарошки.

Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 (см. фиг.1 и 2) с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников установлены конические шарошки 3 с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями 4. В корпусе долота, образованного сварными лапами 1, размещен узел промывки 5, который в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород и размера долот может быть выполнен в виде одной центральной насадки или же нескольких гидромониторных насадок, размещенных в межшарошечных проемах. Для эффективного разрушения мягких пород, не склонных к рейкообразованию, шарошки 3 устанавливают со смещением осей в плане, как правило, по направлению вращения долота. В предложенном долоте могут быть использованы и другие схемы расположения шарошек. При этом сами шарошки 3 могут иметь как прямозубое, так и косозубое вооружение, что определяется в первую очередь физико-механическими свойствами разбуриваемых пород, а также созданием благоприятных условий для транспортировки разрушенной породы промывочной жидкостью в затрубное пространство.

Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 3 перекатываются по поверхности забоя и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота со смещенными в плане шарошками 3 способствует повышению эффективности разрушения горных пород благодаря проскальзыванию зубьев. Причем направление проскальзывания зубьев на различных венцах шарошек различно, при этом проскальзывание зубьев по направлению вращения шарошки предложено называть подтормаживанием, а против вращения шарошки - пробуксовкой (см. фиг.3). На этой фигуре показана траектория движения вершины зуба при перекатывании шарошки, а именно: на фиг.3.1 показана траектория зуба при пробуксовке вооружения, на фиг.3.2 - при чистом качении и на фиг.3.3 - при подтормаживании вооружения. На всех фигурах h - величина максимального углубления зуба, мм; a VCK - скорость скольжения зубьев вооружения по забою скважины, м/с; ω - угловая скорость вращения шарошки, с-1, а вход в соприкосновение с поверхностью забоя каждого последующего зуба должен быть в месте выхода из него предыдущего зуба.

Объем разрушенной породы при каждом обороте долота зависит от величины проскальзывания - Δ зубьев шарошки. При этом максимальный объем выбуренной породы каждым зубом вооружения в течение всего времени работы долота, в случае работы его вооружения в режиме подтормаживания, определяется по формуле:

;

а при работе вооружения шарошек в режиме пробуксовки величина проскальзывания - Δ зубьев шарошки, при которой достигается максимальный объем выбуренной породы за тот же время, определяется по следующей формуле:

;

где R - радиус венца шарошки, мм;

β - угол между двумя соседними зубьями венца шарошки, град.

Разрушенная порода направляется в сторону периферии скважины и далее в затрубное пространство как вооружением шарошек, так и промывочной жидкостью (направление движения потока показано стрелками). Там она подхватывается промывочной жидкостью и направляется далее в межшарошечное пространство, а оттуда в затрубное пространство. Из затрубного пространства обогащенная шламом промывочная жидкость направляется на поверхность. Это позволяет избежать повторного измельчения шлама и тем самым уменьшить износ вооружения и рост механической скорости бурения.

Таким образом, предложенное долото благодаря использованию оптимальной величины проскальзывания обеспечивает более эффективное разрушение породы, позволяет повысить эффективность работы долота, а именно увеличить проходку на долото и механическую скорость бурения при одновременном снижении стоимости буровых работ.

Буровое шарошечное долото, включающее 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, отличающееся тем, что величина проскальзывания зубьев шарошки, при которой достигается максимальный объем выбуренной породы каждым зубом вооружения в течение всего времени работы долота, соответственно в режиме подтормаживания и пробуксовки, определяется по формуле:
;
,
где R - радиус венца шарошки, мм, β - угол между двумя соседними зубьями венца шарошки, град.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота.

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.

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 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