Буровое шарошечное долото



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

 


Владельцы патента RU 2543828:

Сериков Дмитрий Юрьевич (RU)

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 породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, применяемым при бурении нефтяных, газовых и других скважин.

Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус и шарошки с ведущими и ведомыми венцами, зубья которых имеют асимметричную форму (см. авт. св. СССР №825835, кл. Е21В 10/16, 1978 г.).

Недостатком этого долота является низкая эффективность работы из-за неоптимальной схемы расположения зубьев.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с ведущими и ведомыми венцами, выполненными с литыми, фрезерованными или твердосплавными асимметричными зубьями, и систему промывки (см. патент РФ №2046176, кл. Е21В 10/16, 1995 г.).

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса бурения, связанную с выполнением зубьев неоптимальной конфигурации, приводящей к увеличению необходимого крутящего момента на долоте, а также с некачественной очисткой забоя от шлама.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота путем снижения затрат мощности на разрушение породы и увеличения производительности механического удаления шлама из лунок, образуемых в поверхности забоя рабочими поверхностями каждого зуба вооружения.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с ведущими и ведомыми венцами, выполненными с литыми, фрезерованными или твердосплавными асимметричными зубьями, и систему промывки, согласно изобретению 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°, причем зубья шарошек, работающих в режиме пробуксовки или подтормаживания, выполняются с криволинейными передней и задней гранями по отношению к направлению проскальзывания вооружения, при этом радиус закругления - r1 передней по отношению к направлению проскальзывания вооружения грани асимметричного зуба определяется по формуле:

где L - высота асимметричного зуба;

k1=(l-10) мм - кратчайшее расстояние, между вершиной дуги с радиусом r1 и хордой, образованной пересечением этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней и нижней ее точках;

φ1 - угол между линией, соединяющей вершину дуги радиусом r1 с точкой пересечения этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней ее точке, и линией, соединяющей эту же вершину дуги с серединой хорды;

а радиус закругления - r2 задней по отношению к направлению проскальзывания вооружения грани асимметричного зуба определяется по формуле:

где: k2=(1-10) мм - кратчайшее расстояние между вершиной дуги с радиусом r2 и хордой, образованной пересечением этой дуги с прямолинейной поверхностью задней грани в верхней и нижней ее точках;

φ2 - угол между линией, соединяющей вершину дуги радиусом r2 с точкой пересечения этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней ее точке, и линией, соединяющей эту же вершину дуги с серединой хорд;

β - угол заострения асимметричного зуба.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- площадка притупления в сечении, перпендикулярном образующей шарошки, может быть выполнена со скосом по всей длине рабочей части зуба, в виде ломаной линии или в виде части сферы,

- при выполнении площадки притупления в виде ломаной поверхности ширина площадки h, перпендикулярной по отношению к линии, соединяющей вершину зуба с осью вращения шарошки, составляет (0,25÷0,5)Н, где Н - общая ширина площадки притупления асимметричного зуба.

Изобретение поясняется чертежами, где на: фиг. 1 представлен общий вид долота в продольном разрезе; на фиг. 2 - траектория движения вершины зуба при пробуксовке вооружения; на фиг. 3 - траектория движения вершины зуба при чистом качении; на фиг. 4 - траектория движения вершины зуба при подтормаживании вооружения; на фиг. 5 - траектория движения зуба ведомого венца в процессе лункообразования на поверхности забоя при пробуксовке вооружения; на фиг. 6 - вариант исполнения асимметричного вооружения прямолинейной конфигурации зубьев; на фиг. 7 - вариант исполнения асимметричного вооружения предложенной криволинейной конфигурации зубьев, фиг. 8 -вид I на фиг. 6.

Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 (см. фиг. 1) с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников (не показаны) установлены конические шарошки 3 с ведущими и ведомыми венцами (см. фиг. 2, 4), выполненными с литыми, фрезерованными или твердосплавными асимметричными зубьями 4, и систему промывки в виде гидромониторных узлов 5, размещенных, как правило, между шарошками 3 и направляющих поток промывочной жидкости на забой скважины. Передняя по отношению к направлению проскальзывания вооружения грань 6 зуба 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°). В предложенном долоте зубья шарошек, работающих в режиме пробуксовки или подтормаживания, выполняются с криволинейными передней 6 и задней 7 гранями по отношению к направлению проскальзывания вооружения, при этом радиус закругления - r1 передней по отношению к направлению проскальзывания вооружения грани 6 асимметричного зуба определяется по формуле:

где L - высота асимметричного зуба;

k1=(l-10) мм - кратчайшее расстояние между вершиной дуги с радиусом r1 и хордой, образованной пересечением этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней и нижней ее точках.

φ1 - угол между линией, соединяющей вершину дуги радиусом r1 с точкой пересечения этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней ее точке, и линией, соединяющей эту же вершину дуги с серединой хорды,

а радиус закругления - r2 задней по отношению к направлению проскальзывания вооружения грани 7 асимметричного зуба определяется по формуле:

где: k2=(1-10) мм - кратчайшее расстояние между вершиной дуги с радиусом r2 и хордой, образованной пересечением этой дуги с прямолинейной поверхностью задней грани в верхней и нижней ее точках;

φ2 - угол между линией, соединяющей вершину дуги радиусом r2 с точкой пересечения этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней ее точке, и линией, соединяющей эту же вершину дуги с серединой хорд;

β - угол заострения асимметричного зуба.

Такая конфигурация зубьев позволяет значительно снизить усилие, необходимое на преодоление сопротивления породы при внедрении в нее элементов вооружения, двигающихся в пространстве по сложной траектории, за счет оптимизации угла заострения вершинной части зуба по отношению к направлению его движения, особенно при входе в породу (см. фиг. 5, 7). В свою очередь это также способствует большему заглублению зубьев вооружения в поверхность забоя, что позволяет увеличить механическую скорость бурения и проходку на долото, особенно при разбуривании средних пород. Помимо этого придание передней, по отношению к направлению проскальзывания вооружения, грани зуба более вертикальной и ковшеобразной поверхности (см. фиг. 6, 7) будет способствовать лучшей производительности механического удаления шлама из лунок, образуемых на поверхности забоя зубьями вооружения. При этом площадка притупления зубьев в сечении, перпендикулярном образующей шарошки, может быть выполнена со скосом 8 (см. фиг. 6) по всей длине рабочей части зуба, либо в виде ломаной линии 9 (см. фиг. 7) или в виде части сферы 10 с радиусом - r3 (см. фиг. 8). При выполнении площадки притупления в виде ломаной поверхности ширина площадки h, перпендикулярной по отношению к линии, соединяющей вершину зуба с осью вращения шарошки, составляет (0.25÷0,5)Н, где Н - общая ширина площадки притупления асимметричного зуба.

Форма вооружения рабочих частей зубьев определяется в первую очередь физико-механическими свойствами разбуриваемых пород и типоразмером буровых долот. Зубья с площадками притупления со скосом 8 по всей длине наиболее целесообразно применять при бурении по мягким породам. Зубья с площадками притупления в виде ломаной линии 9 лучше использовать при разбуривании пород средней твердости, разрушение которых, благодаря созданию дополнительных площадок обнажения, достигается с меньшими энергозатратами. Зубья с закругленной формой рабочей части 10 с радиусом - r3 целесообразно использовать при бурении по средним и твердым породам.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента зубья внедряются в породу и разрушают ее. При этом зубья ведущих венцов, работающие без скольжения (см. фиг. 3), разрушают породу раздавливанием, а вершинные и периферийные венцы совершают сложное движение - перекатывание со скольжением, причем направление скольжения этих венцов противоположно (см. фиг. 2, 4). При работе венцов шарошки в режиме пробуксовки или подтормаживания задняя грань 7 зуба указанных размеров практически не контактирует со стенкой образуемой им лунки и в сочетании с уменьшенным углом заострения обеспечивает резкое снижение необходимого крутящего момента и осевой нагрузки на долото, а следовательно, и значительное уменьшение энергоемкости процесса разрушения породы.

Предложенная конфигурация рабочей части зубьев может быть использована не только в зубчатых долотах, но и в долотах с твердосплавным вооружением.

Таким образом, применение предложенного долота, благодаря более рациональной геометрии вооружения венцов, работающих в режиме пробуксовки или подтормаживания позволит повысить проходку и механическую скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.

1. Буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них шарошки с ведущими и ведомыми венцами, выполненными с литыми, фрезерованными или твердосплавными асимметричными зубьями, и систему промывки, отличающееся тем, что 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°, причем зубья шарошек, работающих в режиме пробуксовки или подтормаживания, выполнены с криволинейными передней и задней гранями по отношению к направлению проскальзывания вооружения, при этом радиус закругления - r1 передней по отношению к направлению проскальзывания вооружения грани асимметричного зуба определяется по формуле:
r 1 = L 2 sin 2 ϕ 1 cos γ ; t g ϕ 1 = L 2 k 1 cos γ ;
где L - высота асимметричного зуба; k1=1-10 мм - кратчайшее расстояние между вершиной дуги с радиусом r1 и хордой, образованной пересечением этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней и нижней ее точках; φ1 - угол между линией, соединяющей вершину дуги радиусом r1 с точкой пересечения этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней ее точке, и линией, соединяющей эту же вершину дуги с серединой хорды; а радиус закругления - r2 задней по отношению к направлению проскальзывания вооружения грани асимметричного зуба определяется по формуле:
r 2 = L 2 sin 2 ϕ 2 cos ( β γ ) ; t g ϕ 2 = L 2 k 2 cos ( β γ ) ;
где k2=1-10 мм - кратчайшее расстояние между вершиной дуги с радиусом r2 и хордой, образованной пересечением этой дуги с прямолинейной поверхностью задней грани в верхней и нижней ее точках; φ2 - угол между линией, соединяющей вершину дуги радиусом r2 с точкой пересечения этой дуги с прямолинейной поверхностью передней грани в верхней ее точке, и линией, соединяющей эту же вершину дуги с серединой хорды; β - угол заострения асимметричного зуба.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что площадка притупления в сечении, перпендикулярном образующей шарошки, выполнена со скосом по всей длине рабочей части зуба, в виде ломаной линии или в виде части сферы.

3. Буровое шарошечное долото по п.2, отличающееся тем, что при выполнении площадки притупления в виде ломаной поверхности ширина площадки h, перпендикулярной по отношению к линии, соединяющей вершину зуба с осью вращения шарошки, составляет (0,25÷0,5)H, где H - общая ширина площадки асимметричного зуба.



 

Похожие патенты:

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

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 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