Буровая коронка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ .К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

<и>947383

Ъ °

//с —.-: (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено19. 04. 79 (21)2768729/22-03 с присоединением заявки ¹(51) М. Кл.3

Е 21 В 10/52

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

3%3) УДК 622. 24. .051,62(088.8) Опубликовано 3007,82. Бюллетень ¹28

Дата опубликования описания 300782 (72) Авторы изобретения

А.P. Черненко и П.А. Миненко (71) Заявитель

Научно-исследовательский горнорудный-институт.. (54) БУРОВАЯ КОРОНКА ьмч f (г, г„) а1о < + гд r!, к

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровым коронкам для ударно-вращательного бурения.

Известна бурова коронка, содержащая корпус, иэносостойкие вставки с породораэрушающими кромками, ориентированными по кривой линии 11.

Недостаток известной коронки заключается в том, что она не обеспечивает при бурении равномерного распределения энергии осевого удара и момента вращения бурового механизма по площади забоя скважины, что ведет к потерям энергии и снижению скорости бурения.

Цель изобретения - повышение механической скорости бурения путем равномерного распределения энергии осевого усилия и момента вращения по площади забоя.

Указанная цель достигается тем, что форма кривой линии описывается следующим уравнением ,. „„„айвЮаой ...--- - р :=, т"/Яг0р. í-о и > К 1 — — Ч"

2. % О гъ го мргк, г > где (Q,г) - цилиндрические координаты с осью Z., направленной по оси коронки, град, м соответственно1

r к — радиус коронки, мт

"о - расстояние от оси коронки до вставки, м;

И вЂ” момент вращения бурового механизма, кгм;

9 — угол поворота коронки после каждого удара град

Q — - осевое усилие бурового механизма, кг.

На фиг. 1 показан осевой разрез буровой коронки; на фиг. 2 — торец

2р буровой коронки со сплошными криволинейными вставками; на фиг. 3 - торец буровой коронки с криволинейными вставками, размещенными вдоль линий предложенной кривизны.

Буровая коронка состоит иэ корпуса 1 и твердосплавных вставок 2, запрессованных в корпус 1 коронки. Каждая вставка 2 имеет постоянное поперечное сечение режущей кромки 3 с криволинейной средней линией 4, опре10 деляемой предлагаемой зависимостью.

947383

В коронке имеются также водяные каналы 5.

Для доказательства необходимости предлагаемой формы средней линии 4 составим дифференциальное уравнение, соответствующее равенству элементов удельных сил, действующих на элемент площадки 4Б сектора забоя с углом, с одной стороны, и удельных сил, действующих вдоль элемента дуги d L средней линии 4, .расположенного внутри элемента площади dS с другой стороны

89 (+ (Ù) +(p4c}461nd)

d6 ) (НЬ) (1) где Q — осевое усилие удара коронки по забою, кг;

15 (Q, r) — цилиндрические координаты с осью 2, направленной по оси коронки, град,.м соответственно;

Ч вЂ” угол поворота коронки после каждого удара, град; р — давление, создаваемое на забое моментом вращения бурового механизма; с сопьсфΠ— параметр, зависящий от фор-25 мы поперечного сечения режу- щей кромки 3, от глубины ее внедрения в породу-и определяющий площадь контакта режущей кромки с забоем 30 скважины. 3а отсутствием необходимости структура t не раскрывается. где

5 ай=4 «Д ) (Ы. элемент длины дуги;

Чаl.î-ы .)2- а0 т (2) 45

При ударно-вращательном бурении осевое усилие удара и момент вращения бурового механизма вносят сравниваемйе между собой вклады в процесс разрушения горной породы, а поэтому зададимся законами распределения

55

dg=c„var; p=ce, (3) м

rZe QeÐ.„. у.„e„,r 3 приведены в

Ю единицаху

Возможны различные варианты исполнения коронок с криволинейны65 ми вставками предлагаемой кривизны:

/ f4 = — угол наклона касательdl"

Мю ной к средней линии 4 в точке (я, Г) .

Из (1) с учетом обозначений получим где . - 1@ С:

ЪМ

evir«-r«) «йЛ 7 Б

n - число вставок в коронке; — расстояние от оси коронки до о ближайшей точки вставки, м, - радиус коронки, м;

М - момент вращения бурового механизма, кгм.:

С учетом (3) выражение (2) имеет вид с 8 = 1 F (4)

Е, С 3му(гк-"

Щ <+ y> о

Решение (4), обеспечивающее минимум длины твердосплавной вставки (с целью экономии твердого сплава), имеет вид р 1гкМ((о)"О Ф-О (-ок Р

2 «I

2 О г()-/ o) ñÐ(ЦГк)

Следует иметь в виду, что -уравнение (1 ) при r О несправедливо, так как при сФО, <)STÎ(l- ), а сЦL О (f ).

Поэтому (5) справедливО при ер больших некоторой величины. Практические расчеты показыва от, что 1"р должно быть больше 0,3 .Vz. Делать р еще меньшим нет смысла, так как центральная часть забоя, как правило, разрушается скалыванием далеке при отсутст-. вии резцов на оси коронки. Поэтому в центре коронки может быть использована небольшая прямолинейная вставка. Кроме того, (5) справедливо только при с «1. Таким образом, (5) имеет ганичения

Q о иr<>iiower (7) Первое ограничение показывает, что конкретная форма средней линии вставок должна рассчитываться с учетом технических характеристик бурового механизма (момента вращения М, осевого усилия Q, угла поворота коронки после каждого удара 9 и величин Гр и Г ) или же величины Q и

N должны в процессе бурения регулйроваться таким образом, чтобы обеспечивалось соответствие д„. формуле (5), где l — переменный ийдекс.

В таблице приведены координаты точек средней линии вставок, выполненных в соответствии с предлагаемой зависимостью (5) для трех коронок (индексы 1, 2, 3): (91 Р „/ () - <

2Я

qе,р „ Iq„= 79 " го (82 r2 Iii ) Ир 0 "-07%.01-0707

Ц <Щ = (,27;

®э, э! )-и "о,=оЛ к:< =o, Q+ э/ Q> - О, Э4;

947383 вдоль линии предлагаемой кривизны таким. образом, что промежутки в сплошные вставки (фиг. 2) и разделенные (фиг. 3), которые размещены одной, линии перекрываются вставками следующей длины. Все вставки должны 5 быть обращены вогнутостью в сторону вращения коронки.

Бурение коронкой осуществляется. следующим образом.

Ударом бурового механизма в нап- 10 равлении забоя и одновременным вращением коронки на угол режущая ,кромка 3 вставки 2 .внедряется в породу, осуществляя ее разрушение сжатием и скалыванием. Затем буровой механизм отводит коронку от забоя и снова наносит удар по забою с одновременным поворотом коронки на уголь .

Оценим приближенно увеличение скорости бурения V> при использовании вставок со средней линией предлагаемой кривизны в сравнении со скоростью бурения Vq известной коронкой.

Длина вставок от 0, до 0,5 "к примерно одинакова и равна 0,5.

0,896 0,945 0,98

0,.77 0 84

1,00

0,7 30, 8

38,7

21,5

14,1

9,2

2,9

12,4

9,0

1,6

25,3

16 5

5,5

0,45 0,60

0,675 0,75

0,825 0,90 1,00

0,3

64,0

92,2 111,5

37,0. 77,5

50i3

14,2 формула изобретения

Буровая коронка, содержащая корпус, износостойкие вставки с породор зрушающими кромками, ориентирован- 5О ными по кривой линии, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повыаения механической скорости бурения путем равномерного распределения энергии осевого усилия и момента .вращения по площади забоя, форма кривой линии описывается следующим уравнением

r а " агами

OYg

ЗЮМ / (+ (ъ (r„)

ФИД ОЪ)г4!Ю "

М = момент вращения бурового механизма, кгм;

- угол поворота коронки после каждого удара, град

Q - осевое усилие бурового механизма, кг.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Двто эское свидетельство СССР

65 В 626199,кл Е 21 С 13/02,1976 (прототип), где (О, 1 ) - цилиндрические координаты с осью 2, нап,Длина вставок от 0,5гк до т к . у предлагаемой вставки 1,16 < измерена графически по координатам/Q y>/g из таблицы, а у известной не более

0,65 . Соотношение полезно распределенной по площади забоя энергии у предлагаемой A и известной A< коронок равно

Ю 925+97< 4,<Ь

Aq ОЯ ОЯб+О 5. f66

3,98

= С,6Ь °

Таким образом, у известной коронки 63% энергии распределяется не по назначению, из которой на потери уйдет половина, т.е. 31,5%. Будем считать, чта сисрссть аураиия Чь арапорциональна -(А, тогда V

Для взрывания 1 млн. т пород средней крепости требуется пробурить

40000 п. м скважин при стоимости

1 п. м пород средней крепости 2 руб.

Тогда за год экономический эффект. составляет 11,7 тыс. руб/1 млн.т. равленной по оси коройки, град, м соответственно;

- радиус коронки, м; — расстояние от оси ко ронки до вставки, м;

947383 г г

Фиг.5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Палащенко

Редактор Л. Горбунова Техред М. Гергель

Заказ 5567/49 Тираж 62.3

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор И. Иуска

Подписное