Долото для реактивно-турбинного бурения

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения шарошечного типа. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус, лапы с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с калибрующими, основными и вершинными зубьями и промывочной системой. Каждая шарошка долота представляет собой одноконусную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата. Торцевые грани калибрующих, основных и вершинных зубьев выполнены вогнутой формы, с определенными радиусами кривизны. 3 ил.

 

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения шарошечного типа.

Известно долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с основными и периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками и калибрующей поверхностью (см. Жиленко Н.П. и др. Справочное пособие по реактивно-турбинному бурению. М.: Недра, 1987, с. 77-81, рис. 42).

Недостатком этого долота является высокая энергоемкость и низкая эффективность процесса разрушения породы из-за нерациональной геометрии зубчатого вооружения, приводящие к росту стоимости метра проходки.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус, лапы с наклонными цапфами, закрепленные на них шарошки с калибрующими, основными и вершинными зубьями и промывочную систему (см. патент РФ №2090733, кл. Е21В 10/16, 1997 г.).

Недостатком данного долота является малая эффективность его работы. Это связано с тем, что конструкция указанных долот не в полной мере учитывает особенности работы инструмента при реактивно-турбинном бурении, связанные с движением шарошек не только вокруг цапф, но и в переносном движении долота вокруг оси вращения агрегата реактивно-турбинного бурения.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота, а именно проходки и механической скорости бурения.

Указанный технический результат достигается тем, что в долоте для реактивно-турбинного бурения, содержащем корпус, лапы с наклонными цапфами, закрепленные на них шарошки с калибрующими, основными и вершинными зубьями и промывочную систему, согласно изобретению каждая шарошка долота представляет собой одноконусную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата, при этом торцевые грани калибрующих, основных и вершинных зубьев выполнены вогнутой формы, с радиусами кривизны: (значки 1 и 2 относятся соответственно к внутренним и наружным радиусам, а буквы К, О и Β - соответственно к калибрующим, основным и вершинным венцам шарошек), соотношение которых со стороны вершины шарошки должно удовлетворять условию , при , а со стороны основания шарошки - удовлетворять условию , при .

Такое выполнение геометрии вооружения долота позволяет существенно повысить разрушающую способность зубьев в направлении максимального проскальзывания вооружения по забою, связанного с вращением агрегата реактивно-турбинного бурения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид долота большого диаметра для реактивно-турбинного бурения; на фиг. 2 изображена принципиальная схема движения шарошек при реактивно-турбинном бурении в момент их максимального проскальзывания по забою, связанного с вращением агрегата; на фиг. 3 - схема выполнения торцевых поверхностей зубьев шарошки.

Долото для реактивно-турбинного бурения включает корпус 1 с промывочной системой, образованной каналами 4 и лапами 2, на цапфах которых установлены шарошки 3 с вершинными 7, основными 6 и периферийными венцами 5. Внутренние 12 и наружные торцевые грани 11 зубьев выполнены с определенными радиусами кривизны. Каждая шарошка 3 долота представляет собой одноконусную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата.

Принцип работы долота заключается в следующем.

Агрегат реактивно-турбинного бурения, включающий несколько параллельно работающих турбобуров с долотами, спускают в скважину и начинают процесс бурения. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого турбобурами на каждое долото агрегата, зубья шарошек 3 внедряются в породу и разрушают ее. При этом вооружение долота совершает относительное вращение вокруг оси вращения долота 9 с угловой скоростью ωD (фиг. 2) и переносное движение вокруг оси вращения 8 агрегата реактивно-турбинного бурения. Последнее сопровождается значительным проскальзыванием вооружения шарошек 3 по забою скважины 10, причем как вдоль оси шарошек, так и в перпендикулярном направлении.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема движения вооружения шарошки в момент ее «перекатывания» в точках А и В. Здесь движение долота вокруг оси вращения агрегата 8 с угловой скоростью ωA не может быть компенсировано дополнительным увеличением или уменьшением скорости вращения шарошки ωIII, так как ее ось вращения располагается вдоль направления вращения агрегата ( - вектор линейной скорости точек А и В).

Поэтому при «перекатывании» шарошки долота по забою в точках А и В происходит максимальное проскальзывание зубьев вооружения в направлении вращения агрегата реактивно-турбинного бурения на величину Δ, т.е. точка А перемещается в А’, а точка В перемещается в В’. Характерной особенностью этого проскальзывания является то, что зубья вооружения шарошки скользят в направлении не их основных рабочих поверхностей, т.е. набегающей или сбегающей граней зубьев, а в перпендикулярной им плоскости. Таким образом, в точках А к В основное разрушение породы забоя, связанное с проскальзыванием вооружения, осуществляется либо торцевыми поверхностями зубьев, обращенными к основанию шарошки 11 и ее тыльным конусом, либо торцевыми поверхностями зубьев 12, обращенными к вершине шарошки. В связи с этим при бурении мягких пород необходимо уменьшить передний угол резания торцевых поверхностей зубьев вооружения шарошки, принимающих максимальное участие в разрушении породы плоского забоя.

Максимальную эффективность работы стального армированного зубчатого вооружения в условиях реактивно-турбинного бурения мягких пород можно обеспечить придав определенную геометрию торцевым поверхностям зубьев различных венцов вооружения (см. фиг. 3). Это связано с тем, что в момент максимального проскальзывания вооружения, связанного с вращением агрегата, большая часть работы по разрушению плоского забоя 10 осуществляется торцевыми поверхностями зубьев 5 калибрующего конуса шарошки, чуть меньшая торцевыми поверхностями зубьев 6 основного ряда и незначительная часть теми же поверхностями зубьев вершинного ряда 7. С целью снижения неравномерности нагрузки на все торцевые поверхности зубьев всех рядов вооружения необходимо создать различные передние углы резания для всех торцевых поверхностей. Это достигается путем выполнения зубьев вогнутой формы с радиусами кривизны со стороны вершины шарошки, удовлетворяющими условию , при , а со стороны основания шарошки радиусы кривизны должны удовлетворять условию , при .

При выполнении указанных требований, помимо улучшения условий резания мягких пород, будет обеспечиваться частичное выравнивание нагрузки на зубья всех венцов вооружения шарошки.

Выполнение этого условия позволит максимально использовать работу внешних торцевых граней всех без исключения зубьев, одновременно находящихся в соприкосновении с поверхностью забоя при проскальзывании вооружения шарошек, связанном с вращением агрегата реактивно-турбинного бурения.

Вооружение основных венцов 6 может изготавливаться как в прямозубом, так и косозубом исполнении. Основные защищаемые признаки изобретения могу применяться для вооружения шарошечного бурового инструмента с любым количеством шарошек и с любым видом вооружения.

Таким образом, применение предложенного долота позволит повысить эффективность бурения скважин способом реактивно-турбинного бурения за счет увеличения разрушающей способности вооружения и снижения энергоемкости процесса разрушения породы, что конечном итоге даст возможность повысить проходку и механическую скорость и снизить стоимость буровых работ.

Долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус, лапы с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с калибрующими, основными и вершинными зубьями и промывочной системой, отличающееся тем, что каждая шарошка долота представляет собой одноконусную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата, при этом торцевые грани калибрующих, основных и вершинных зубьев выполнены вогнутой формы, с соответствующими радиусами кривизны: , , , , , (значки 1 и 2 относятся соответственно к внутренним и наружным радиусам, а буквы K, O и B – соответственно к калибрующим, основным и вершинным венцам шарошек), соотношение которых со стороны вершины шарошки удовлетворяет условию , при , а со стороны основания шарошки удовлетворяет условию , при .



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к гибридным буровым долотам. Технический результат заключается в обеспечении работы с уменьшенным трекингом и повышенной эффективностью бурения.

Изобретение относится к шарошечным долотам для бурения скважин по мягким и средней твердости породам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота.

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.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к породоразрушающему инструменту с твердосплавным вооружением. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления долота.

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.

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.

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.

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.

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 области бурения скважин большого диаметра, а именно к шарошечным долотам для реактивно-турбинного бурения. Технический результат заключается в повышении проходки и механической скорости бурения. Долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус с лапами, на цапфах которых установлены шарошки с основными и смещенными относительно них в сторону оси цапфы периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, боковые поверхности которых ориентированы параллельно калибрующей поверхности шарошки и образующей конуса ее основного венца. Каждая шарошка долота представляет собой конусообразную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата, при этом каждая шарошка долота выполнена с вершинным венцом, имеющим одинаковый угол конусности с основными венцами и одинаковую с ними высоту вылета твердосплавных зубков, установленных под острым углом к оси вращения долота. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, в частности к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Технический результат заключается в равномерном распределении контактных давлений вдоль всего хвостовика зубка, уменьшении смятия-среза поверхности гнезда при запрессовке зубка. Зубок бурового долота состоит из хвостовика с выпуклой образующей и выпуклой породоразрушающей части. Выпуклая образующая хвостовика зубка выполнена так, что середина хвостовика имеет диаметр D, превышающий диаметры на его концах на величину δ=(0,3-0,4)Δ, где Δ – расчетный диаметральный натяг хвостовика зубка в гнезде шарошки. Выпуклая образующая хвостовика зубка может быть выполнена по определенным дуге окружности, ломаной линии или логарифмической кривой. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечно-дисковых долот, предназначенных для бурения взрывных скважин в горнорудной, нефтяной и газовой промышленности и в строительстве дорог, каналов, трубопроводов. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Буровое долото режуще-вращательного типа содержит корпус с ниппелем и продувочными каналами, режущие элементы с двумя рядами твердосплавного вооружения. Режущие элементы выполнены с углом поворота в сторону вращения на 10°, с двумя различными диаметрами вооружения, определяемыми конкретным соотношением в зависимости от ширины дискового элемента и угла наклона твердосплавных зубков в пределах 30-50°. 1 табл.,3 ил.

Изобретение относится к буровым шарошечным долотам, а именно к зубкам твердосплавного вооружения шарошек. Технический результат заключается в снижении концентрации контактных давлений на концах хвостовика, уменьшении смятия-среза поверхности гнезда при запрессовке зубка и увеличении коэффициента использования твердого сплава. Зубок шарошечного долота состоит из цилиндрического хвостовика с коническо-сферической выемкой со стороны плоского торца и сферической или коническо-сферической породоразрушающей выпуклой части с другого конца. Выемка имеет максимальный диаметр конической части на торце зубка d=(0,60-0,75)D, глубину выемки h=d(hц/D)0.5, угол конуса α=10°-14°, радиус вогнутой сферы r=(0,42-0,48)d, где D – наружный диаметр цилиндрического хвостовика зубка, hц – высота цилиндрической части хвостовика. 2 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающим долотам для бурения твердых и крепких пород вращательным и ударно-вращательным способом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с отверстиями, в которых посредством промежуточных втулок закреплены вставки с коническими хвостовиками и рабочей головкой. Хвостовики и промежуточные втулки выполнены с ответными коническими поверхностями. Внутренний диаметр промежуточных втулок уменьшается от хвостовиков вставок к их рабочей головке. На конической поверхности промежуточных втулок со стороны, обращенной в направлении хвостовика, выполнены продольные сквозные пазы, имеющие во фронтальной плоскости коническую форму. Длина продольных сквозных пазов меньше длины промежуточных втулок. Отверстия в корпусе выполнены с кольцевой расточкой, а промежуточные втулки – с ответными выступами на наружной поверхности. Кольцевые расточки выполнены на дне отверстий, а выступы промежуточных втулок – на их концевых участках. 1 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающим долотам для бурения твердых и крепких пород вращательным и ударно-вращательным способом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с отверстиями, в которых посредством промежуточных втулок закреплены вставки с коническими хвостовиками и рабочей головкой. Хвостовики и промежуточные втулки выполнены с ответными коническими поверхностями. Внутренний диаметр промежуточных втулок уменьшается от хвостовиков вставок к их рабочей головке. На конической поверхности промежуточных втулок со стороны, обращенной в направлении хвостовика, выполнены продольные сквозные пазы, имеющие во фронтальной плоскости коническую форму. Длина продольных сквозных пазов меньше длины промежуточных втулок. 2 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к породоразрушающим долотам для бурения твердых и крепких пород вращательным и ударно-вращательным способом. Технический результат заключается в повышении эффективности работы инструмента. Породоразрушающий инструмент содержит корпус с отверстиями, в которых посредством промежуточных втулок закреплены вставки с коническими хвостовиками и рабочей головкой. Хвостовики и промежуточные втулки выполнены с ответными коническими поверхностями. Внутренний диаметр промежуточных втулок уменьшается от хвостовиков вставок к их рабочей головке. На конической поверхности промежуточных втулок со стороны, обращенной в направлении хвостовика, выполнены продольные сквозные пазы, имеющие во фронтальной плоскости коническую форму и разную длину. Длина каждого продольного сквозного паза меньше длины промежуточных втулок. Короткие пазы чередуются с длинными. 2 ил.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошкам с зубчатым вооружением. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Шарошка бурового долота содержит корпус с фрезерованными зубьями призматической формы, торцы которых со стороны стенок скважины выполнены с углублениями. Набегающая боковая грань зубьев выполнена с наклонными пазами, сообщенными с углублениями, выполненными на торцах зубьев со стороны стенок скважины. 1 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения шарошечного типа. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Долото для реактивно-турбинного бурения содержит корпус, лапы с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с калибрующими, основными и вершинными зубьями и промывочной системой. Каждая шарошка долота представляет собой одноконусную конструкцию, нижняя образующая которой расположена перпендикулярно к оси вращения агрегата. Торцевые грани калибрующих, основных и вершинных зубьев выполнены вогнутой формы, с определенными радиусами кривизны. 3 ил.

Наверх