Породоразрушающий инструмент



Породоразрушающий инструмент
Породоразрушающий инструмент
Породоразрушающий инструмент
Породоразрушающий инструмент

 


Владельцы патента RU 2569117:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" (RU)

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах. Технический результат заключается в повышении производительности породоразрушающего инструмента, снижении энергоемкости, увеличении скорости проходки скважины. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с твердосплавными резцами, притом резцы выполнены цилиндрической формы с остроконечной рабочей поверхностью. На двухлопастном корпусе установлены центральный резец со сдвигом по отношению к оси вращения бура и два ряда резцов по одному ряду на каждой лопасти, один из которых установлен на вставках увеличения высоты, причем шаг между резцами одного ряда равен шагу между резцами другого ряда со сдвигом на величину шага, резцы рядов и центральный резец по диаметру равны друг другу, а два крайних и центральный резцы выполнены меньшей высоты, при этом резцы рядов установлены с наклоном режущей кромкой вперед по направлению вращения бура. 4 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции бурового породоразрушающего инструмента для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах.

Известен шнековый бур для вращательного бурения скважин (см. RU №2485277, E21B 10/44, опубл. 20.06.2013 г.), состоящий из шнекового корпуса, который установлен на опорные пластины, в верхней части которого шарнирно закреплены заслонки буровых сменных резцов, вала для крепления пилота-забурника. Вероятно, что углубление бура происходит за счет принудительной осевой нагрузки Сос на буровой инструмент (раздавливания пород в центральной части бура), при этом опережающий пилот-забурник теряет свою эффективность разрушения за счет отсутствия угловой скорости ω по оси пилот-забурника, что в целом характеризует низкую производительность и непригодность при бурении в мерзлых породах.

Известно также лопастное шнековое долото для бурения скважин в валунно-галечных отложениях (см. RU №2282011, E21B 10/42, опубл. 20.08.2006 г.), состоящее из корпуса и лопастей, установленных на нем с положительным углом, армированных породоразрушающими элементами. Устройство также не пригодно для использования в условиях мерзлых грунтов, т.к. лопасти (по конструкции предусмотрено 4 штуки), армированные пластинами из твердого сплава, при бурении за счет повышенной площади контакта с забоем могут способствовать ускоренному затиранию разрушенного массива, в результате которого происходит повышение температуры и оттаивание мерзлого массива, что снижает эффективность разрушения и удаления породы с забоя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах (см. RU №2298636, Е21B 10/43, опубл. 10.05.2007 г.), включающая двухлопастной корпус, хвостовик, забурник с направляющим элементом, резцы, на корпусах которых установлены твердосплавные режущие пластины, а рабочая поверхность пластин выполнена остроконечной.

Однако при бурении мерзлых пород забурник с направляющим элементом будет как опора с нулевой окружной скоростью, а для разрушения породы необходимо будет применить подачу большого осевого усилия. Кроме того, разная размерность резцов по диаметру ограничивает взаимозаменяемость деталей.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в улучшении условий работы бура в мерзлых грунтах, обеспечение объемного разрушения и поддержание стабильной температуры на забое скважины.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении производительности, снижении энергоемкости, увеличении скорости проходки скважины при бурении неглубоких скважин в мерзлых породах.

Для решения поставленной задачи породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых породах, содержащий корпус с твердосплавными резцами, притом резцы выполнены цилиндрической формы, а их рабочая поверхность - остроконечной, отличается тем, что корпус содержит центральный резец, установленный со сдвигом по отношению к оси вращения бура, и две лопасти, на каждой из которых расположены по одному ряду резцов - опережающий и последующий, причем шаг между резцами одного ряда равен шагу между резцами другого ряда со сдвигом на величину шага, резцы рядов и центральный резец по диаметру равны друг другу, причем два крайних и центральный резцы выполнены меньшей высоты, чем основные резцы, при этом они установлены с наклоном режущей кромки вперед по направлению вращения бура. Кроме того, резцы опережающего ряда установлены на вставках, что дополнительно увеличивает высоту ряда по отношению к последующему ряду резцов.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков заявляемого изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно создание условий для эффективного разрушения и удаления породы с забоя.

Заявленное решение иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 схематически показан породоразрушающий инструмент медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах с разрезом; на фигуре 2 - вид породоразрушающего инструмента с боку (вид А); на фигуре 3 - профили разрушения резцами опережающего и последующего рядов; на фигуре 4 - относительная схема расстановки резцов в рядах и направление резания (по стрелке V).

Породоразрушающий инструмент устанавливается на нижнем конце шнекового транспортера буровой установки посредством хвостовика 10 и включает двухлопастной корпус 9, состоящий из центрального резца 2 и двух рядов 7 и 8, на каждой лопасти установлены резцы по одному ряду (1, 2, 3, 4). Резцы имеют остроконечную цилиндрическую форму одинакового диаметра, при этом резцы опережающего ряда 7 установлены на дополнительной вставке 6, благодаря чему обеспечивается разность по высоте рядов резцов на величину Δl (см. фиг. 2 и 3). При этом благодаря сдвигу при расположении резцы одного ряда проходят между проходами резцов другого ряда (см. фиг. 4). В этом случае достигается объемное разрушение породы и поддержание стабильной температуры на забое скважины. Резцы остроконечны и изготовлены из стали, при этом режущие части снабжены твердым сплавом 5, например, типа ВК-6. На корпусе 9 резцы устанавливаются с наклоном режущей кромкой вперед по направлению вращения бура (см. фиг. 2). Для улучшения условий работы бура в мерзлых грунтах резцы опережающего ряда установлены на вставках, что дополнительно увеличивает высоту ряда по отношению к последующему ряду резцов. В результате опережающий ряд резцов режет горный массив с большей глубиной, чем последующий ряд.

Центральный резец установлен со сдвигом относительно оси вращения и режет породу в центре забоя.

Породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах работает следующим образом.

В исходном положении корпус 9, закрепленный через хвостовик 10 на нижнем конце шнекового транспортера бурового снаряда, подводится бурильной установкой к месту бурения скважины и опускается, упирается основными резцами 1 опережающего ряда на поверхность грунта. При вращательном движении бура на породоразрушающий инструмент подается осевая нагрузка через буровой снаряд. Процесс бурения скважины начинается при заглублении в грунт основных резцов 1 и продолжается крайними резцами 3 и 4. Образовавшаяся горная масса сгребается первым витком шнекового транспортера. Благодаря разности высот резцов обеспечивается ступенчатая очистка забоя.

Предлагаемый породоразрушающий инструмент для медленно-вращательного бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах имеет следующие преимущества по сравнению с известными устройствами:

- повышает механическую скорость бурения за счет отсутствия опережающего пилот-забурника с нулевой угловой скоростью по оси, создающего эффект «зависания», как на опорном элементе конструкции породоразрушающего инструмента;

- за счет разноуровневого расположения резцов создается ступенчатый забой, обеспечивающий эффективное объемное разрушение горного массива, при этом уменьшается дополнительный нагрев забоя скважины при резании мерзлого грунта и создаются благоприятные условия для эффективного разрушения и удаления породы с забоя.

Породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с твердосплавными резцами, притом резцы выполнены цилиндрической формы с остроконечной рабочей поверхностью, отличающийся тем, что на двухлопастном корпусе установлены центральный резец со сдвигом по отношению к оси вращения бура и два ряда резцов по одному ряду на каждой лопасти, один из которых установлен на вставках увеличения высоты, причем шаг между резцами одного ряда равен шагу между резцами другого ряда со сдвигом на величину шага, резцы рядов и центральный резец по диаметру равны друг другу, а два крайних и центральный резцы выполнены меньшей высоты, при этом резцы рядов установлены с наклоном режущей кромкой вперед по направлению вращения бура.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента. Технический результат заключается в упрощении монтажа и демонтажа промывочного устройства и повышении эффективности его работы.

Изобретение относится к области горных работ, а именно к породоразрушающим инструментам, предназначенным для бурения скважин. Технический результат заключается в усилении ресурсов работы бурового долота и в росте механической скорости бурения скважин.

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.

Группа изобретений относится к способу и системе моделирования режущих структур расширителя и/или долота. Технический результат заключается в вычислении характеристической кривой режущей структуры и обеспечении эффективного выбора режущей структуры.

Изобретение относится к долотам режуще-скалывающего действия, корпуса которых изготовлены как из стального материала, так и из матричного материала, пассивная калибрующая часть которых наплавлена твердосплавным покрытием и усилена алмазными поликристаллическими резцами PDC.

Группа изобретений относится к буровому инструменту и к устройству для уплотнения подшипников в буровом инструменте. Технический результат заключается в увеличении срока службы уплотнения и снижении рабочей температуры уплотнения.

Группа изобретений относится к долотам режущескалывающего действия, корпуса которых изготовлены как из стального материала, так и из матричного материала, пассивная калибрующая часть которых наплавлена твердосплавным покрытием и усилена алмазными поликристаллическими резцами PDC.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режущего типа, применяемому в бурении скважин, а именно, к PDC-инструменту: бурголовкам или долотам. Технический результат заключается в увеличении показателей эффективности работы инструмента путем снятия напряженного состояния от бокового воздействия горного давления в большей части забоя скважины за счет переноса его под периферийные резцы.

Изобретение относится к промывочному узлу породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную посредством фиксатора.

Группа изобретений относится к устройствам формования литьем скважинного снаряда, калибровочным кольцам и способам изготовления калибровочного кольца для применения в устройстве.

Группа изобретений относится к буровым инструментам, а именно к буровым долотам для твердых пород с лабиринтным устройством защиты уплотнения/подшипника. Технический результат заключается в повышении надежности защиты от проникновения абразивных частиц к уплотнению и подшипниковому устройству из внешней окружающей среды. Буровой инструмент содержит головку бура с радиально проходящей базовой поверхностью; по меньшей мере один вал подшипника, проходящий из головки бура и содержащий поверхность под подшипник; конус, установленный с возможностью вращения на валу подшипника и содержащий радиально проходящую базовую поверхность; первый кольцевой паз, образованный в радиально проходящей базовой поверхности конуса; второй кольцевой паз, образованный в радиально проходящей базовой поверхности головки бура, причем первый кольцевой паз совмещен, по меньшей мере, с частью второго кольцевого паза; и кольцо устройства защиты, характеризующееся такими размерами и формой, чтобы оно было плотно вставлено в первый и второй кольцевые пазы между конусом и головкой бура. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 12 ил.

Группа изобретений относится к отрезным пластинам, резцам и способам изготовления резца. Технический результат заключается в возможности режущих элементов противостоять высоким температурам. Отрезная пластина содержит решеточную структуру, образующую междоузлия внутри, и каталитический материал, осажденный внутри междоузлий в ходе процесса спекания, в результате которого образуется решеточная структура, при этом каталитический материал способствует росту решеточной структуры, содержит близкий к эвтектическому сплав, который представляет собой состав сплава, который находится в пределах плюс или минус десяти атомных массовых процентов от эвтектического состава, и характеризуется коэффициентом термического расширения, меньшим, чем коэффициент термического расширения кобальта. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Группа изобретений относится к режущим элементам для бурильного инструмента, бурильным инструментам и способам формирования режущего элемента. Технический результат заключается в эффективном распределении напряжений, вызванных силами резания, в улучшении конструктивной целостности режущего элемента, в повышении его износостойкости и долговечности. Режущий элемент для бурильного инструмента включает алмазную пластинку, расположенную на подложке, углубление в режущей грани алмазной пластинки и фигурный элемент в подложке на границе раздела между алмазной пластинкой и подложкой, соответствующий углублению в режущей грани алмазной пластинки и включающий углубление в подложке, форма которого аналогична форме углубления в режущей грани алмазной пластинки, при этом по меньшей мере часть углубления в подложке расположена по меньшей мере с радиальным смещением наружу или внутрь от углубления в режущей грани алмазной пластинки. Углубление в режущей грани алмазной пластинки может быть выполнено с расходуемой структурой. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение предназначено для бурения колонковых скважин и скважин без отбора керна с обратной внутренней промывкой в крепких горных породах и может найти применение при геологоразведочных работах, в горнодобывающей промышленности, при строительных работах. Коаксиально расположенные узлы наружной (2, 3) и внутренней (4, 5) коронок разделены высоковольтным изолятором (1). Корпус бурового долота (2) присоединен к колонне бурильных труб (6), а керновый переходник (4) - к высоковольтному тоководу (7). Внутренняя коронка (5) подпружинена пружиной (11) с возможностью опережения наружной коронки (3) не более 1/3 межэлектродного расстояния. Вдоль внутренней поверхности внутренней коронки (5) тангенциально расположены лезвия твердосплавных резцов (16), имеющих форму одностороннего клина, и вдоль наружной поверхности наружной коронки (3) расположены лезвия подобных резцов (17). Внутренние ребра-электроды (14) наружной коронки (3) и наружные ребра-электроды (15) внутренней коронки (5) выполнены с многогранными твердосплавными резцами (18, 19), позволяющими выравнивать забой скважины. Твердосплавные резцы, имеющие форму одностороннего клина (16, 17), предотвращают зависания бурового долота на керне и стенках скважины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к промывочным узлам породоразрушающего инструмента гидромониторного типа. Технический результат заключается в повышении эффективности работы промывочного узла. Промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом и установленную в гнезде насадку с уплотнительным элементом, закрепленную посредством фиксатора. Фиксатор выполнен в виде нескольких ступенчатых стержней с цанговой рабочей головкой, ступень большего диаметра которых расположена со стороны выходного торца насадки, при этом насадка выполнена со сквозными осевыми каналами ответной формы, соосно которым в корпусе со стороны дна гнезда выполнена кольцевая расточка для размещения цанговых головок стержней. При этом в кольцевых расточках под большими основаниями цанговых втулок установлены полые тороидальные упругие элементы для удержания фиксаторов в крайнем верхнем положении, выполненные с радиальным каналом, оснащенным подпружиненным обратным клапаном и сообщенным с полостью напорного канала. 2 ил.

Группа изобретений относится к буровым долотам и способам для получения фрагментов образцов керна из подземного пласта. Технический результат заключается в увеличении скорости проходки бурового долота. Буровое долото содержит корпус долота, имеющий центральную осевую линию долота и торец долота; совокупность лопастей, проходящих радиально вдоль торца долота и разделенных совокупностью каналов прохода потока между собой, при этом одна из совокупности лопастей является лопастью отбора керна, содержащей вертикальную поверхность и наклонную поверхность, при этом по существу вертикальная поверхность и наклонная поверхность интегрально соединены; и совокупность режущих элементов, расположенных на совокупности лопастей, при этом один из совокупности режущих элементов является первым режущим элементом, расположенным на лопасти отбора керна на первой радиальной позиции от центральной осевой линии долота. 4 н. и 32 з.п. ф-лы, 30 ил.

Изобретение относится к области износостойких композиционных спеченных материалов, применяемых для изготовления вооружения бурового инструмента и опорно-центрирующих устройств, полученных методами порошковой металлургии, в частности устройств для калибровки ствола скважин. Технический результат заключается в повышении твердости и антифрикционных свойств рабочей части зубков вооружения калибратора стволов скважин, а также его стойкости к разрушению. В способе формирования зубков вооружения калибратора стволов скважин предварительно замешивают на связующем порошок высокохромистого чугуна и самофлюсующийся порошковый сплав системы Ni-B-Si при определенном соотношении компонентов с получением матрицы, после чего в полученную матрицу добавляют упрочняющую фазу в виде карбида титана при определенном соотношении. Затем полученную смесь наносят на металлическую подложку, размещенную в оправке заданной конфигурации, соответствующей в плане торцевой поверхности хвостовика зубка, и уплотняют подвижным медным пуансоном под заданным давлением, полученный продукт спекают путем циклического пропускания через него электрического тока с удельной мощностью спекания в интервале 2000-2700 Дж/мм3 в течение 1,5-3,5 с, после чего его охлаждают при комнатной температуре с получением зубка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх