ДОЛОТО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21B10/42 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту, и может быть использовано в долоте для вращательного бурения.

Известно долото для вращательного бурения, содержащее корпус с лопастями и установленные на лопастях резцы, передние углы которых изменяются от положительного в центральной части долота до отрицательного на периферии (а.с. СССР N 395559, кл. E 21 B 10/42, 1971).

Недостатком этого долота является его низкая стойкость (особенно при бурении крепких пород), обусловленная быстрым износом режущих лезвий. Такой вид износа объясняется большой крутизной (уменьшается радиус кривизны) траектории перемещения центральных и средних резцов относительно забоя скважины, что приводит к увеличению нагрузок на режущих лезвиях резцов, прочность лезвий которых уменьшается по мере изменения переднего угла от отрицательных значений к положительным.

Известно также долото для вращательного бурения, содержащее корпус с лопастями и установленные на лопастях с отрицательным передним углом сменные унифицированные резцы (а.с. СССР N 1456546, кл. E 21 B 10/46, 1985).

К недостаткам данного долота относится одинаковая величина отрицательных передних углов для всех резцов. Конкретная величина этих углов не указана, однако при малых значениях углов снижается стойкость долота вследствие быстрого скола режущих лезвий у резцов, расположенных ближе к оси долота, а при больших значениях уменьшается скорость бурения. Кроме этого, резцы указанного долота образуют вдоль его радиуса прерывистую режущую кромку, что способствует появлению на забое скважины неразрушенных участков в виде концентрических гребешков. При такой схеме разрушения забоя скважины порода оказывается в блокированном состоянии, то есть в 1,5-2 раза сильнее сопротивляется разрушению, что снижает эффективность работы долота.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является долото для вращательного бурения, содержащее корпус с хвостовиком, жестко соединенные с корпусом лопасти и установленные на лопастях сменные унифицированные резцы, образующие непрямолинейное сплошное режущее калибрующее лезвие (а.с. СССР N 1502797, кл. E 21 B 10/42, 1986).

В этом долоте сплошное лезвие исключает наличие на забое скважины участков с блокированным состоянием породы, что облегчает процесс ее разрушения.

Недостатком данного долота является то, что все резцы имеют одинаковый передний угол, равный нулю, при этом резцы, расположенные ближе к периферии долота подвержены более интенсивному износу, чем резцы, расположенные ближе к оси долота.

Изобретение направлено на повышение износостойкости долота, более равномерного износа режущих лезвий резцов и повышения скорости бурения. Это достигается тем, что основные резцы выполнены с отрицательным передним углом, причем величина переднего угла уменьшается от центра к периферии долота.

Величина переднего угла для каждого резца определяется в соответствии с выражением:
,
где γ_i передний угол i-го резца;
R_д радиус долота;
R_i расстояние от оси долота до наиболее удаленного от нее конца режущего лезвия i-го основного резца.

Такое выполнение долота позволяет увеличить его износостойкость, добиться более равномерного износа резцов, находящихся на разных расстояниях от оси долота, и позволяет увеличить скорость бурения.

На фиг. 4 изображен общий вид долота, на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1, на фиг. З сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1.

Долото содержит корпус 1 с хвостовиком 2 и жестко соединенные с корпусом лопасти 3, на которых установлены основные 4, 5 и 6 и периферийные 7 резцы, образующие непрямолинейное сплошное режуще-калибрующее лезвие. Основные резцы имеют отрицательный передний угол, величина которого уменьшается от оси долота к его периферии и определяется в соответствии с выражением:
,
где γ_i передний угол i-го резца;
R_д радиус долота;
R_i расстояние от оси до наиболее удаленного от нее конца режущего лезвия i-го основного резца.

Долото работает следующим образом.

В процессе бурения на долото передаются осевая нагрузка и крутящий момент, под действием которых основные 4, 5 и 6 резцы разрушают породу, образуя ствол скважины требуемого диаметра. Периферийные резцы 7 придают устойчивость долоту, улучшая его центрацию на забое, и сохраняют необходимый диаметр скважины, калибруя ее стенки.

Оптимальность предложенного соотношения для определения величины передних углов основных резцов в зависимости от величины переднего угла периферийного резца и их удаления от оси долота подтверждается результатами испытаний семи экспериментальных долот диаметром 160 мм, отличающихся величиной переднего отрицательного угла.

Отличительные параметры экспериментальных долот приведены в табл. 1
Испытания экспериментальных долот проводились при бурении известняков с коэффициентом крепости 8-10 по шкале проф. М.М.Протодьяконова станками СВБ-2М с усилием подачи до 20 кН и частотой вращения 2 с^-1. Результаты испытания приведены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что наилучшие показатели работы имеют экспериментальные долота с переменным передним углом резцов, величина которого определяется предложенным соотношением.

Использование: породоразрушающий инструмент, в частности долота для вращательного бурения. Сущность изобретения: долото для вращательного бурения содержит корпус с хвостовиком и лопастями, на которых установлены основные и периферийные резцы. Резцы образуют непрямолинейное сплошное режуще-калибрующее лезвие. Основные резцы имеют отрицательный передний угол, величина которого уменьшается для каждого последующего от оси долота резца и зависит от соотношения радиуса долота и расстояния от оси долота до наиболее удаленного от нее конца режущего лезвия основного резца. 2 табл., 5 ил.

Долото для вращательного бурения, содержащее корпус с хвостовиком и лопастями, установленные на лопастях унифицированные сменные основные и периферийные резцы, образующие непрямолинейное режущее лезвие, отличающееся тем, что основные резцы имеют отрицательный передний угол, величина которого уменьшается от каждого последующего от оси долота резца и определяется в соответствии с выражением

где γ_i - передний угол i-го резца;
R_д радиус долота;
R_i расстояние от оси долота до наиболее удаленного от нее конца режущего лезвия i-го основного резца.