Буровое долото ударного действия для твердых пород с оптимизированными калибрующими твердосплавными вставками
Изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения твердых пород. Технический результат заключается в повышении эффективности работы долота. Буровое долото содержит головную часть, соединенную с выступающей назад юбкой, продольную ось, проходящую через головную часть, и юбку. Головная часть имеет переднюю поверхность, окруженную наружной муфтой. Муфта разделена множеством канавок на множество разнесенных по окружности сегментов муфты, проходящих радиально внутрь и аксиально от головной части. Сегменты муфты подняты и выступают аксиально впереди передней поверхности. Каждый сегмент имеет радиально наружную периферийную поверхность, отклоненную относительно оси в положение, обращенное радиально наружу. Буровое долото также содержит множество калибрующих твердосплавных вставок, отнесенных друг от друга по окружности муфты и выступающих от периферийной поверхности каждого сегмента муфты в положение наклона радиально наружу от оси. Калибрующие твердосплавные вставки расположены парами на каждом сегменте муфты. Каждая твердосплавная вставка каждой пары установлена бок о бок и содержит соответствующие центральные оси, параллельные или почти параллельные друг другу так, что центральные оси калибрующих твердосплавных вставок не центруются на продольной оси. Буровое долото также содержит множество радиально самых удаленных от оси передних твердосплавных вставок. По меньшей мере одна из передних твердосплавных вставок установлена непосредственно радиально ближе к оси и по окружности между двумя калибрующими твердосплавными вставками каждой соответствующей пары для образования соответствующих кластеров твердосплавных вставок. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к буровому долоту ударного действия для твердых пород и, в частности, хотя не исключительно, к буровому долоту, выполненному с породоразрушающей головной частью, в которой установлено множество периферийных калибрующих твердосплавных вставок, при этом соседние калибрующие твердосплавные вставки содержат параллельные центральные оси для оптимизации конфигурации породоразрушающей головной части для бурения и смывания раздробленной породы назад от бурильной головной части.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ударные буровые долота широко применяются как для бурения относительно неглубоких скважин в твердой горной породе, так и для создания стволов глубоких скважин. Для последнего варианта обычно применяют бурильные колонны, в которых множество штанг добавляют в колонну, используя соединительные муфты, с увеличением глубины скважины. Наземный станок выполняет функцию передачи комбинированного ударного и вращательного привода на верхний конец бурильной колонны, а буровое долото, установленное на нижнем конце, функционирует, разрушая горную породу и образуя ствол скважины. Текучая среда обычно нагнетается через бурильную колонну и выходит в нижней части ствола скважины через отверстия в бурильной головной части, выполняя промывку с удалением бурового шлама из зоны бурения и его перемещение вверх по стволу скважины снаружи бурильной колонны. Примеры буровых долот ударного действия раскрыты в патентных документах US 3,388,756; GB 692,373; RU 2019674; US 2002/0153174; US 3,357,507, US 2008/0087473; и WO 2009/067073.
Буровое долото обычно содержит бурильную головную часть, на которой установлено множество твердых режущих вставок, обычно называемых твердосплавными вставками. Такие твердосплавные вставки содержат материал на основе карбида, увеличивающий эксплуатационный ресурс бурового долота. В частности, в публикации WO 2006/033606 раскрыто буровое долото для твердой горной породы, имеющее головную часть с множеством периферийных калибрующих твердосплавных вставок распределенных по окружности наружного периметра бурильной головной части. Калибрующие твердосплавные вставки выполнены с возможностью взаимодействия с материалом, подлежащим разрушению и определения диаметра ствола скважины. На головной части также установлено множество передних твердосплавных вставок, оборудованных на содержащей выемку передней поверхности бурильной головной части для взаимодействия с породой, подлежащей разрушению, в зоне продольной оси непосредственно перед бурильной головкой.
В патентных документах WO 2008/066445; US 3,955,635 и WO 2012/174607 также раскрыты буровые долота, имеющие множество периферийных калибрующих твердосплавных вставок, распределенных по окружности на наружном периметре головной части с множеством передних твердосплавных вставок, распределенных по передней поверхности.
Обычно, множество промывочных каналов или канавок заглублены в бурильную головную часть для обеспечения смывания разрушенной породы назад от бурового долота с помощью промывочного раствора. Вместе с тем, обычные бурильную головные части имеют недостатки в том, что крупные обломки породы, вынутые из пласта, не могут пройти через промывочные канавки без дополнительного дробления головной частью долота. Данное уменьшает эффективность режущего долота по разрушению и дальнейшей проходке горной породы или забоя лавы. Поэтому требуется создание улучшенного бурового долота ударного действия, которое оптимизировано для обеспечения прохода относительно более крупных обломков разрушенной породы назад от головной части долота с максимизацией породоразрушающего действия.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание бурового долота ударного действия для бурения твердых пород, выполненного с возможностью интенсивного разрушения и раскалывания подземных пород, включающих в себя, в частности, горные породы и минералы, посредством комбинированного удара и вращения. Дополнительно специфической задачей является создание бурового долота, которое содержит множество режущих вставок (или твердосплавных вставок), которые расположены на бурильной головной части для оптимизации породоразрушающего действия и максимизации дробления породы при ее разрушении для содействия смыванию породы назад от головной части долота. Дополнительно специфической задачей является создание бурильной головной части, обеспечивающей улучшенную интенсивность промывки в направлении назад от бурильной головной части, без компромиссного снижения показателей породоразрушения.
Задачи решаются специфическим выставлением и распределением породоразрушающих твердосплавных вставок, расположенных в аксиально самой передней и периферийной зоне бурильной головной части, которые обычно называют калибрующими твердосплавными вставками. В частности, калибрующие твердосплавные вставки настоящего изобретения сгруппированы в парах по окружности вокруг бурильной головной части и выставлены в самой передней зоне по периметру головной части так, что центральные оси каждой пары твердосплавных вставок выставлены параллельными друг другу. То есть центральные оси настоящих калибрующих твердосплавных вставок не центруются на центральной продольной оси бурового долота, но проходят по обе стороны продольной оси. Данное является предпочтительным для обеспечения паре калибрующих твердосплавных вставок установки ближе друг к другу, что в свою очередь создает пространство на головной части для промывочных канавок, увеличенных относительно обычных буровых долот. Соответственно, дополнительного дробления расколотой вначале породы не требуется, поскольку более крупные обломки разрушенной породы легко смываются через увеличенные промывочные канавки. Настоящее буровое долото таким образом оптимизировано для аксиального продвижения вперед.
Дополнительно, предпочтительная группировка периферийных калибрующих твердосплавных вставок в пары или в другие группы по три или четыре делает возможным позиционирование одной или нескольких передних твердосплавных вставок непосредственно радиально ближе к оси от пары калибрующих твердосплавных вставок. Соответственно, по меньшей мере одна передняя твердосплавная вставка и близко расположенная пара калибрующих твердосплавных вставок имеют функциональные возможности работать, как группа твердосплавных вставок для оптимизации через совместную работу при дроблении создания относительно менее крупных осколков породы без повторного дробления или перемалывания, которые нежелательны, поскольку энергетически неэффективны.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено буровое долото для ударного бурения твердых пород, содержащее: головную часть, соединенную с выступающей назад юбкой, с продольной осью, проходящей через головную часть и юбку; головная часть имеет переднюю поверхность, окруженную наружной муфтой; муфта разделена на множество отнесенных друг от друга по окружности сегментов муфты множеством канавок, проходящих радиально внутрь и аксиально от головной части, сегменты муфты подняты и выступают аксиально впереди передней поверхности, каждый сегмент имеет радиально наружную периферийную поверхность, отклоненную относительно оси для обращения радиально наружу; множество калибрующих твердосплавных вставок, отнесенных друг от друга по окружности муфты и выступающих от периферийной поверхности каждого сегмента муфты для отклонения радиально наружу от оси; калибрующие твердосплавные вставки, расположенные парами на каждом сегменте муфты, с каждой твердосплавной вставкой каждой пары, установленной бок о бок и содержащей соответствующие центральные оси, параллельные или почти параллельные друг другу так, что центральные оси калибрующих твердосплавных вставок не центруются на продольный оси; отличающееся тем, что множество радиально самых удаленных от оси передних твердосплавных вставок, по меньшей мере одна из передних твердосплавных вставок установлена радиально ближе к оси и по окружности между двумя твердосплавными вставками каждой соответствующей пары для образования соответствующих кластеров твердосплавных вставок.
Указанное в данном описании «множество сегментов муфты» заключает в себе дискретные части кольцевой муфты в направлении по окружности вокруг центральной продольной оси бурового долота. В частности, указание на муфту следует считать указанием образующих группу сегментов муфты. Части или зоны сегментов муфты могут являться непрерывными так, что по меньшей мере часть муфты проходит непрерывно по окружности 360 градусов. Альтернативно муфта полностью разделена в направлении по окружности вокруг оси так, что муфта содержит множество канавок и сегментов муфты, которые чередуются по окружности вокруг муфты.
Предпочтительно, интервал между двумя твердосплавными вставками каждой пары твердосплавных вставок меньше интервала между парами соседних калибрующих твердосплавных вставок, установленных на смежных сегментах муфты в направлении по окружности вокруг муфты. Данное является предпочтительным для минимизации интервала между смежными твердосплавными вставками пары для создания пространства на бурильной головной части относительно увеличенных промывочных канавок, которые установлены по окружности между каждой из пар калибрующих твердосплавных вставок. Промывочные канавки имеют оптимизированную радиальную глубину и длину по окружности для содействия смыванию крупных обломков породы или минералов, вынутых из горной породы, при аксиальном продвижении вперед бурового долота.
Предпочтительно, центральные оси выставлены в соответствующих параллельных плоскостях и установлены параллельно и с одной стороны плоскости продольной оси. Данное является предпочтительным для обеспечения передней твердосплавной вставке установки в непосредственной близости к соответствующей паре калибрующих твердосплавных вставок для создания плотно скомпонованной группы твердосплавных вставок с функциональными возможностями дробления во взаимодействии, когда бурильная головная часть вращается.
Предпочтительно, каждый сегмент муфты содержит по меньшей мере одну внутреннюю наклоненную поверхность с наклоном относительно оси и обращенную радиально внутрь так, что передняя поверхность и каждая наклонная поверхность образуют выступающую назад полость в передней зоне долота, буровое долото дополнительно содержит множество передних твердосплавных вставок, распределенных по передней поверхности и/или внутренним наклонным поверхностям.
Предпочтительно, канавки распределены и отнесены друг от друга по окружности муфты, каждая канавка проходит радиально внутрь от периферийной поверхности и проходит аксиально от головной части и вдоль по меньшей мере части юбки для деления муфты на сегменты муфты. Данная конфигурация успешно содействует перемещению аксиально назад смываемой породы от породоразрушающей головной части. Предпочтительно, каждая канавка содержит V-образный профиль в плоскости, выставленной перпендикулярно продольной оси. Радиально самая дальняя от оси часть каждой канавки при этом шире радиально самой ближней к осевой линии части для содействия смыванию отходов. Согласно предпочтительному варианту осуществления радиальная длина каждой канавки не меньше или больше половины радиального расстояния между центральной осью и радиально самой дальней от оси частью периферийной поверхности. Данное является предпочтительным для выталкивания отходов от головной части долота и предотвращения скопления выбуренной породы в заглубленной полости, которое может препятствовать аксиальному продвижению долота вперед.
Предпочтительно, максимальная длина каждой канавки в направлении по окружности между соответствующими боковыми стенками, которые образуют каждую канавку и каждый сегмент, находится в диапазоне 50-75% максимальной длины каждого сегмента в направлении по окружности между боковыми стенками. Более предпочтительно, данный диапазон составляет 60-70% и может составлять приблизительно 65%.
Предпочтительно, каждый сегмент муфты содержит канал, проходящий аксиально назад от каждого соответствующего сегмента и вдоль по меньшей мере части юбки, для по меньшей мере частичного секционирования каждого сегмента в направлении по окружности, при котором по меньшей мере одна калибрующая твердосплавная вставка установлена по сторонам каждого соответствующего канала в сегменте. Комбинация канавок и радиально более коротких каналов является предпочтительной для содействия смыванию отходов и оптимизации эффективности дробления сгруппированными калибрующими твердосплавными вставками и передними твердосплавными вставками. Конкретно, раздробленной породе предоставляются возможности выхода из заглубленной полости, образованной периферийной муфтой, через каналы, которые установлены между смежными калибрующими твердосплавными вставками. Более крупные осколки раздробленной породы соответственно продавливаются через более крупные канавки, и совместное действие обеспечивает буровому долоту оптимизацию дробления и промывки породы, с которой входит в контакт долото.
Предпочтительно, одна из передних твердосплавных вставок установлена радиально ближе к оси от расположенных бок о бок соседних калибрующих твердосплавных вставок и между каждой из соседних калибрующих твердосплавных вставок и в зоне, расположенной радиально внутри канала для образования группы твердосплавных вставок так, что интервалы между твердосплавной вставкой группы твердосплавных вставок, по существу, равны.
Если необходимо, каждая твердосплавная вставка группы твердосплавных вставок имеет, по существу, одинаковый диаметр. Данное является предпочтительным для оптимизации взаимодействия дробления калибрующих и передних твердосплавных вставок и для обеспечения выхода требуемого потока раздробленной породы из бурильной головной части через каналы и канавки.
Предпочтительно, буровое долото дополнительно содержит множество внутренних передних твердосплавных вставок, установленных радиально ближе к продольной оси, чем передние твердосплавные вставки, включенных в состав каждой из групп твердосплавных вставок, причем расположенные ближе к оси передние твердосплавные вставки имеют диаметр меньше диаметра передних твердосплавных вставок каждой группы твердосплавных вставок.
Предпочтительно, радиальная глубина каждого канала меньше радиальной глубины каждой канавки. Предпочтительно, периферийная поверхность в каждой половине каждого соответствующего сегмента по сторонам канала является наклонной для наклонения внутрь в направлении к каналу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже описан конкретный вариант исполнения настоящего изобретения, только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
На фиг. 1 показан вид сверху в изометрии бурового долота ударного действия для бурения твердых пород, имеющего юбку и бурильную головную часть, на которой установлены множество режущих вставок (твердосплавных вставок) согласно конкретному варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2 показан вид снизу в изометрии бурового долота фиг. 1.
На фиг. 3 показан вид сверху зоны головной части бурового долота фиг. 2.
На фиг. 4 показан вид сбоку бурового долота фиг. 2.
На фиг. 5 показано продольное сечение по центру бурового долота фиг. 4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Показанное на фиг. 1-5 буровое долото 100 содержит бурильную головную часть 101, выполненную на одном конце в общем удлиненного корпуса 108. Противоположный конец корпуса 108 расширяется в форме раструба радиально наружу, создавая кольцевой фланец 109. Корпус 108 и фланец 109 вместе образуют юбку 102, которая представляет заднюю зону бурового долота 100 при его продвижении веред через горную породу или подземную среду с помощью ведущей бурильной головной части 101. Множество аксиально проходящих каналов 114 юбки заглублены в наружную поверхности юбки 102 и проходят почти по всей осевой длине бурового долота 100. Каналы 114 юбки проходят в зону головной части 101, создавая углубления или короткие каналы 111 головной части, которые проходят радиально внутрь в направлении к центральной продольной оси 119 (проходящей через буровое долото 100) от радиально самой дальней от оси периферийной кромки 120 головной части 101. Между разнесенными по окружности друг от друга каналами 111 образованы аксиальные гребни 110, также проходящие, по существу, по всей осевой длине бурового долота 100.
Множество режущих зубков 112 выполнены на аксиально задней части 121 юбки 102 и, в частности, на кольцевом фланце 109. Зубки 112 содержат обращенную аксиально назад режущую поверхность 200, выполненную с возможностью способствовать извлечению бурового долота 100 при подъеме в стволе скважины, созданном продвижением вперед головной части 101. Зубки 112 выполнены на конце каждого гребня 110.
Головная часть 101 расширяется в виде раструба радиально наружу относительно корпуса 108 и имеет наружный диаметр, приблизительно равный наружному диаметру фланца 109 для образования поднятой наружной муфты, представленной в общем позицией 107. Муфта 107 образует периметр выемки 103, которая проходит аксиально назад от самой передней кольцевой закраины 122 муфты 107. Часть выемки 103 образована множеством наклоненных боковых поверхностей 105, с наклоном радиально наружу от оси 119. Наклонные боковые поверхности 105 заканчиваются на верхнем конце кольцевой закраиной 122 с разрывами и на соответствующих задних концах обращенной вперед поверхностью 106. Передняя поверхность 106 выставлена, по существу, перпендикулярно оси 119 и является в общем планарной.
Часть муфты 107 дополнительно образована периферийной поверхностью 104, которая проходит по окружности и радиально снаружи за закраиной 122. Периферийная поверхность 104 заканчивается радиально самой дальней от центральной осевой линии кромкой 120 и имеет наклон радиально вниз от оси 119 так, что обращена радиально наружу, а боковые поверхности 105 выемки сориентированы так, что в общем обращены внутрь в направлении к оси 119. Задняя поверхность 123 головной части проходит аксиально назад от периферийной поверхности 104 и также сориентирована поперечно оси 119 так, что уменьшает диаметр муфты 107 к диаметру корпуса 108. Согласно профилю формы и конфигурации головной части 101 и, в частности, периферийной поднятой муфты 107, часть 103 выемки имеет в общем конфигурацию с чашеобразной или тарельчатой формой, где края чаши образованы наклонными поверхностями 105, и основание чаши образовано передней поверхностью 106. Две пары диаметрально противоположных канавок 113 выполнены в муфте 107, каждая канавка проходит аксиально вниз от самой передней закраины 122 и радиально внутрь от периферийно наружной кромки 120 для секционирования или создания разрывов муфты 107, которая не является непрерывной в направлении по окружности вокруг оси 119 так, что муфта 107 образована короткими проходящими по окружности сегментами. Каждая канавка 113 имеет в общем V-образную конфигурацию, в которой ширина канавки в самой близкой к продольной оси части (соответствующей передней поверхности 106) меньше соответствующей ширины в радиально наружной части (соответствующей закраине 122). Каждая канавка 113 проходит аксиально назад от головной части 101, создавая удлиненные углубления 124 юбки, заглубленные в корпус 108 и заканчивающиеся на аксиально заднем конце долота 100 на зубках 112. Канавки 113, 124 и каналы 111, 114 обеспечивают проход отходов породы радиально наружу из выемки 103 и затем аксиально назад от головной части 101.
Бурильная головная часть 101 содержит цементированные режущие вставки трех типов (в данном документе именуются твердосплавными вставками). Первая группа твердосплавных вставок 115 установлена на периферийной поверхности 104 и выполнена, как группа калибрующих твердосплавных вставок, определяющих и поддерживающих создание ствола скважины заданного диаметра. Калибрующие твердосплавные вставки 115 наклонены радиально наружу, в общем наклонены и обращены наружу от оси 119 согласованно с периферийной поверхностью 104. Калибрующие твердосплавные вставки 115 встроены в часть муфты 107 (сегменты муфты) и распределены по окружности ее периметра, что делает их выступающими аксиально вперед от закраины 122 и представляющими вместе аксиально самую переднюю режущую кромку бурового долота 100. Дополнительно, каждая твердосплавная вставка 115 содержит зону, проходящую радиально наружу за самую дальнюю от оси кромку муфты 107 для образования радиально наружной режущей кромки бурового долота 100. Вторая группа твердосплавных вставок 117 встроена в обращенную вперед поверхность 106 в радиально внутренней зоне основания выемки 103. Внутренние твердосплавные вставки 117 выставлены в общем параллельно оси 119. Третья группа твердосплавных вставок 116 выполнена в радиально наружной зоне передней поверхности 106 внутри муфты 107. Наружные твердосплавные вставки 116 выставлены в общем параллельно оси 119. Наружные твердосплавные вставки 116 являются увеличенными относительно радиально внутренних твердосплавных вставок 117 и имеют диаметр по существу одинаковый с калибрующими твердосплавными вставками 115.
Множество промывочных отверстий 118 проходит аксиально назад от передней поверхности 106 и соединяется с внутренней трубой подачи текучей среды для обеспечения выпуска промывочного раствора на головке 101 и для выталкивания раздробленной породы радиально наружу из полости 103 через канавки 113 и каналы 111. Раздробленная порода и мелкодисперсные частицы затем смываются аксиально назад от головной части 101 и вдоль аксиальных канавок и каналов 124, 114. Согласно конкретному исполнению головная часть 101 содержит два диаметрально противоположных промывочных отверстия 118, каждое установленное в радиально самой близкой к продольной оси зоне двух соответствующих канавок 113. Четыре канавки 113 головной части отнесены друг от друга в направлении по окружности вокруг оси 119 для деления муфты 107 на четыре сегмента муфты. Каждый сегмент по меньшей мере частично разделен в своей радиально самой дальней от оси зоне соответствующим каналом 111. Каждый сегмент муфты содержит пару калибрующих твердосплавных вставок 115, с каждой из пары твердосплавных вставок 115 отделенной в направлении по окружности каналом 111. Соответственно, каждая пара калибрующих твердосплавных вставок 115 отделена в направлении по окружности от соседней пары калибрующих твердосплавных вставок 115 каждой соответствующей канавкой 113. Каждая канавка 113 и каждый сегмент муфты образован боковыми стенками 126 канавки, которые проходят радиально внутрь от самой дальней от оси кромки 120 головной части в направлении к оси 119.
Каждая калибрующая твердосплавная вставка 115 имеет в общем форму пули и встроена на головке 101 так, что самый передний закругленный конец выступает из сегмента муфты. Каждая калибрующая твердосплавная вставка 115 также содержит центральную ось, которая является наклоненной или отклоненной от оси 119. В частности, каждая из пары калибрующих твердосплавных вставок 115 содержит центральные оси 121, которые выставлены параллельными друг другу. Оси 121 пары соседних твердосплавных вставок 115 при этом не центруются на продольной оси 119 и проходят сбоку от оси 119.
Как показано на фиг. 2, буровое долото 100 содержит внутренний аксиально проходящий канал 200, выполненный в корпусе 108 и заканчивающийся внутри в головке 101 одной или несколькими трубами (не показано) для выхода на передней поверхности 106 в виде промывочных отверстий 118. Соответственно, промывочный раствор можно вводить для прохода через долото 100 по каналу 200.
Как показано на фиг. 3-5, буровое долото 100 содержит четыре группы пар калибрующих твердосплавных вставок 115, с каждой парой, оборудованной на четырех соответствующих сегментах муфты, отделенных по окружности друг от друга радиально проходящими канавками 113. Каждый сегмент муфты можно поэтому считать образующим радиально проходящий рычаг, в котором пара калибрующих твердосплавных вставок 115 представляет радиально самую дальнюю от оси и аксиально самую переднюю зону рычага. Как показано на фиг. 3, каждая канавка 113 проходит радиально внутрь от периферийной кромки 120 в направлении к центральной оси 119 согласно V-образному профилю (в плане перпендикулярному оси 119). Радиальная глубина C каждой канавки 113 определяется как радиальное расстояние между периферийной кромкой 120 и радиально самым ближним к осевой линии концом 300 канавки 113, которая заканчивается на передней поверхности 106 и смежно оси 119. Согласно конкретному исполнению радиальное расстояние C больше половины радиального расстояния между осью 119 и кольцевой закраиной 122, которая представляет радиально самую близкую к осевой линии зону периферийной поверхности 104. В частности и согласно конкретному исполнению радиальная длина C составляет приблизительно 65-75% радиального расстояния между осью 119 и закраиной 122.
Ширина каждой канавки 113 в направлении по окружности указана позицией G, представляющей максимальный интервал в направлении по окружности между парой боковых стенок 126 канавки. Длина каждого сегмента муфты в направлении по окружности показана в общем позицией S, представляющей расстояние поперек сегмента муфты (и калибрующих твердосплавных вставок 115) между соответствующими боковыми стенками 126 соседних канавок 113. Согласно конкретному исполнению длина G составляет 60-70% длины S. Как указано, относительно большая длина G по окружности и радиальная длина C каждой канавки 113 является предпочтительной для содействия смыванию более крупных фрагментов материала, что оптимизирует показатели бурения для аксиального продвижения вперед бурового долота, не требующего дополнительного дробления крупных фрагментов породы до промывки, которое является общепринятым для обычных буровых долот.
На фиг. 3 показано устройство каждой пары калибрующих твердосплавных вставок 115 с соответствующей радиально самой дальней от оси передней твердосплавной вставкой 116 для образования устройства в виде триады. Как указано, выставление параллельно центральной оси калибрующих твердосплавных вставок 115 обеспечивает близкое позиционирование передней твердосплавной вставки 116 по окружности между каждой из пары калибрующих твердосплавных вставок 115 для создания плотно скомпонованного кластера твердосплавных вставок (две калибрующих и одна передняя) для оптимизации эффективности дробления породы, когда буровое долото продвигается аксиально вперед. Дополнительно, интервал А между аксиальными центрами 121 пары калибрующих твердосплавных вставок 115 по существу равен интервалу B между каждой калибрующей из твердосплавных вставок 115 (пары) и соответствующей радиально наружной передней твердосплавной вставкой 116. Как детально показано на фиг. 4 на виде сбоку, в поперечном направлении интервал B между аксиальными центрами 121 калибрующих твердосплавных вставок 115 и передней твердосплавной вставкой 116 составляет половину интервала А так, что передняя твердосплавная вставка 116 установлена в средней точке между парой калибрующих твердосплавных вставок 115.
Также, как показано на фиг. 3, и согласно конкретному исполнению радиальная глубина каждого канала 111 от периферийной кромки 120 до радиально самого близкого к продольной оси конца 301 приблизительно равна или незначительно больше радиальной длины периферийной поверхности 104, образованной между периферийной кромкой 120 и кольцевой закраиной 122. Дополнительно, радиально самый близкий к продольной оси конец 300 каждой канавки 113 позиционирован радиально внутри передних твердосплавных вставок 116 и приблизительно в радиальном положении каждого промывочного отверстия 118 относительно оси 119.
Согласно конкретному исполнению пары калибрующих твердосплавных вставок 115 расположены по окружности вокруг муфты 107 так, что первая группа двух пар калибрующих твердосплавных вставок 115 установлена диаметрально противоположный и вторая группа двух пар калибрующих твердосплавных вставок 115 установлена диаметрально противоположно. Соответственно, центральные оси 121 четырех калибрующих твердосплавных вставок 115 первой группы выставлены в двух общих плоскостях и аналогично центральные оси 121 четырех калибрующих твердосплавных вставок 115 второй группы выставлены в двух общих плоскостях с каждой из четырех плоскостей, проходящих сбоку от оси 119.
1. Буровое долото (100) для ударного бурения твердых пород, содержащее:
головную часть (101), соединенную с выступающей назад юбкой (102), продольную ось (119), проходящую через головную часть (101), и юбку (102); причем
головная часть (101) имеет переднюю поверхность (106), окруженную наружной муфтой (107); при этом
муфта (107) разделена множеством канавок (113) на множество разнесенных по окружности сегментов муфты, проходящих радиально внутрь и аксиально от головной части (101), причем сегменты муфты подняты и выступают аксиально впереди передней поверхности (106), при этом каждый сегмент имеет радиально наружную периферийную поверхность (104), отклоненную относительно оси (119) в положение, обращенное радиально наружу;
множество калибрующих твердосплавных вставок (115), отнесенных друг от друга по окружности муфты (107) и выступающих от периферийной поверхности (104) каждого сегмента муфты в положение наклона радиально наружу от оси (119); при этом
калибрующие твердосплавные вставки (115) расположены парами на каждом сегменте муфты, причем каждая твердосплавная вставка каждой пары установлена бок о бок и содержит соответствующие центральные оси (121), параллельные или почти параллельные друг другу так, что центральные оси (121) калибрующих твердосплавных вставок (115) не центруются на продольной оси (119);
отличающееся тем, что содержит
множество радиально самых удаленных от оси передних твердосплавных вставок (116), причем по меньшей мере одна из передних твердосплавных вставок (116) установлена непосредственно радиально ближе к оси и по окружности между двумя калибрующими твердосплавными вставками (115) каждой соответствующей пары для образования соответствующих кластеров твердосплавных вставок.
2. Буровое долото по п. 1, в котором интервал между двумя твердосплавными вставками (115) каждой пары твердосплавных вставок (115) меньше интервала между парами соседних калибрующих твердосплавных вставок (115), установленных на смежных сегментах муфты в направлении по окружности вокруг муфты (107).
3. Буровое долото по п. 2, в котором центральные оси (121) выставлены в соответствующих параллельных плоскостях и установлены параллельно и с одной стороны плоскости продольной оси (119).
4. Буровое долото по п. 3, в котором каждый сегмент муфты содержит по меньшей мере одну внутреннюю наклоненную поверхность (105) с наклоном относительно оси (119) и обращенную радиально внутрь так, что передняя поверхность (106) и каждая наклоненная поверхность (105) образует выступающую назад полость (103) в передней зоне долота (100), причем буровое долото (100) дополнительно содержит множество передних твердосплавных вставок (117, 116), распределенных по передней поверхности (106) и/или внутренним наклоненным поверхностям (105).
5. Буровое долото по п. 1, в котором передние твердосплавные вставки (116), включенные в состав каждого кластера твердосплавных вставок, имеют диаметр, равный или почти равный диаметру калибрующих твердосплавных вставок (115).
6. Буровое долото по п. 5, в котором каждая канавка (113) содержит V-образный профиль в плоскости, выставленной перпендикулярно продольной оси (119).
7. Буровое долото по п. 6, в котором радиальная длина (C) каждой канавки составляет не меньше половины радиального расстояния между центральной осью (119) и радиально самой дальней от оси частью периферийной поверхности (104).
8. Буровое долото по любому из пп. 5–7, в котором максимальная длина (G) каждой канавки (113) в направлении по окружности между соответствующими боковыми стенками (126), которые образуют каждую канавку (113) и каждый сегмент, находится в диапазоне 50-75% максимальной длины (S) каждого сегмента в направлении по окружности между боковыми стенками (126).
9. Буровое долото по п. 1, содержащее одну радиально самую дальнюю от оси переднюю твердосплавную вставку (116), установленную непосредственно радиально ближе к оси и по окружности между двумя твердосплавными вставками (115) каждой соответствующей пары твердосплавных вставок (115) для образования соответствующих кластеров твердосплавных вставок в виде триад.
10. Буровое долото по п. 5, в котором каждый сегмент муфты содержит канал (111), проходящий аксиально назад от каждого соответствующего сегмента и вдоль по меньшей мере части юбки (102) для по меньшей мере частичного секционирования каждого сегмента в направлении по окружности, при этом по меньшей мере одна калибрующая твердосплавная вставка (115) установлена по обе стороны каждого соответствующего канала (111) в сегменте.
11. Буровое долото по п. 10, в котором интервалы (A, B) между каждой из твердосплавных вставок (115, 116) каждого кластера твердосплавных вставок в виде триады равны или по существу равны.
12. Буровое долото по п. 11, в котором диаметры каждой твердосплавной вставки (115, 116) каждого кластера твердосплавных вставок в виде триады равны или по существу равны.
13. Буровое долото по п. 12, содержащее множество внутренних передних твердосплавных вставок (117), установленных радиально ближе к оси от каждой из наружных передних твердосплавных вставок (116), включенных в состав каждого из кластера твердосплавных вставок в виде триады, причем внутренние передние твердосплавные вставки (117) имеют диаметр меньше диаметра наружной передней твердосплавной вставки (116) каждого кластера твердосплавных вставок в виде триады.
14. Буровое долото по любому из пп. 10–13, в котором радиальная глубина каждого канала меньше радиальной глубины каждой канавки.
15. Буровое долото по любому из пп. 10-13, в котором периферийная поверхность (104) в каждой половине каждого соответствующего сегмента по обе стороны канала (111) проходит под углом наклона внутрь в направлении к каналу (111).
