ДИСКОВОЕ ДОЛОТО ФРЕЗЕРНОГО ТИПА Российский патент 1998 года по МПК E21B10/12 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режуще-вращающегося действия и преимущественно может быть использовано при бурении скважин в горных породах на карьерах и разрезах, а также в геологоразведочном бурении.

Известно дисковое долото режуще-вращающегося действия, включающее корпус, в пазах которого на осях смонтированы рабочие диски (Буткин В.Д. и др. Буровые долота с вращающимися резцами для разрезов. - М., 1967, 42 с).

Однако рабочие диски, посаженные на оси и образующие с ними подшипники скольжения, не могут разрушать забой скважины с регулируемым проскальзыванием, создающим различную скорость вращения рабочих дисков. Это снижает технологические возможности долота при бурении горных пород с различными физико-механическими свойствами.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является дисковое долото фрезерного типа, включающее корпус, в центральной части которого установлен упорный сектор, а в пазах смонтированы рабочие диски с проскальзыванием по поверхности забоя за счет торможения, вызванного силами трения между опорами скольжения рабочих дисков и упорным сектором (Корнилов Н. И. и др. Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин. Справочник М.: Недра, 1979 359 с., рис. V.26).

Однако использование данного долота имеет низкие технологические возможности при бурении горных пород с различными физико-механическими свойствами.

Задача изобретения заключается в увеличении технологических возможностей дискового долота фрезерного типа при бурении горных пород с различными физико-механическими свойствами за счет возможности регулирования сил трения в опорах скольжения и скорости вращения рабочих дисков в забое.

Для решения поставленной задачи дисковое долото фрезерного типа включает корпус, в центральной части которого установлен упорный сектор, а в пазах смонтированы рабочие диски с возможностью проскальзывания по поверхности забоя за счет торможения, вызванного силами трения между опорами скольжения рабочих дисков и упорным сектором, причем упорный сектор выполнен с возможностью продольного перемещения относительно опор скольжения рабочих дисков с помощью, например, пружины для регулирования их скорости вращения в зависимости от условий бурения.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: упорный сектор выполнен с возможностью продольного перемещения относительно опор скольжения с помощью, например, пружины.

Между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. С помощью продольного перемещения упорного сектора обеспечивается регулирование сил трения в опорах скольжения и скорости вращения рабочих дисков в забое в зависимости от условий бурения. Это увеличивает технологические возможности дискового долота фрезерного типа.

На чертеже изображено дисковое долото фрезерного типа.

Дисковое долото состоит из корпуса 1, в центральной части которого установлен упорный сектор 2 со стержнями 3, а в пазах корпуса 1 на оси 4 смонтированы рабочие диски 5. Верхний конец стержня 3 свободно помещен во внутреннее отверстие регулировочной гайки 6. Регулировочная гайка 6 с помощью резьбы крепится в корпусе 1. На стержне 3 расположена пружина 7, на которую посажена защитная втулка 8. В верхней части корпуса 1 изготовлены каналы 9.

Устройство работает следующим образом.

Перед бурением скважины регулировочной гайкой 6 с помощью резьбы и пружины 7 на пяту упорного сектора 2 создают усилие. Регулировочная гайка 6 градуирована: поворот гайки на определенный угол соответствует конкретному значению создаваемого усилия. Упорный сектор 2 цилиндрическими поверхностями скольжения соприкасается с поверхностями опор скольжения, образованных на ступицах рабочих дисков 5, и передает на них усилие, создаваемое с помощью пружины 7. При этом в опорах скольжения возникает трение и торможение. Это позволяет регулировать вращение рабочих дисков 5, а следовательно, их проскальзывание по поверхности забоя.

При бурении горных пород небольшой крепости регулировочную гайку 6 затягивают, сжимая при этом пружину 7, создавая большие усилия и силы трения в опорах скольжения. Рабочие диски 5 при этом вращаются относительно забоя скважины с большим проскальзыванием.

При бурении крепких пород регулировочную гайку 6 и пружину 7 ослабляют, создавая меньшие усилия и силы трения в опорах скольжения. Рабочие диски 5 при этом вращаются относительно забоя скважины с меньшим проскальзыванием.

При бурении скважины буровым долотом, взятым за прототип, в горных породах с различными физико-механическими свойствами происходит саморегулирование частоты вращения рабочих дисков. Проскальзывание осуществляется за счет возникновения сил трения о породу. При одинаковом усилии на долото величина проскальзывания увеличивается с повышением крепости горных пород. Это является отрицательным фактором, так как при бурении крепких пород необходимо иметь меньшее проскальзывание рабочих дисков. Они должны работать в режиме качения, как шарошки. При бурении некрепких пород рабочие диски должны иметь большее проскальзывание и работать в режиме резания, как режущий буровой инструмент. Такие режимы работы обеспечивает предлагаемое устройство.

Пример. При бурении скважин предлагаемым долотом диаметром D = 244,5 мм, усилии на долоте P = 0,3 Мн и частоте его вращения n = 60 мин^-1 процесс бурения, в сравнении с прототипом, характеризуется параметрами, представленными в таблице.

В таблице приняты следующие обозначения: P_p - регулируемое усилие, создаваемое пружиной и действующее на опоры скольжения; F_пр - коэффициент проскальзывания рабочих дисков относительно вращения долота; f_пр = P_тр/P, где P_тр - силы трения в опорах скольжения, P - усилие на долото; n_g - частота вращения рабочих дисков, мин^-1; F - коэффициент крепости горных пород.

В числителе приведены значения для предлагаемого устройства, а в знаменателе - для прототипа.

Таким образом, использование предлагаемого дискового долота фрезерного типа позволяет увеличить технологические возможности при бурении горных пород с различными физико-механическими свойствами.

Дисковое долото позволяет расширить технологические возможности использования дискового долота фрезерного типа при бурении горных пород с различными физико-механическими свойствами за счет регулирования сил трения в опорах скольжения и скорости вращения рабочих дисков в забое. Дисковое долото содержит корпус, в центральной части которого установлен упорный сектор, а в пазах смонтированы рабочие диски с возможностью проскальзывания по поверхности забоя за счет торможения, вызванного силами трения между опорами скольжения рабочих дисков и упорным сектором, причем упорный сектор выполнен с возможностью продольного перемещения относительно опор рабочих дисков с помощью, например, пружины для регулирования их скорости вращения в зависимости от условий бурения. 1 ил.

Дисковое долото фрезерного типа, включающее корпус, в центральной части которого установлен упорный сектор, а в пазах смонтированы рабочие диски с возможностью проскальзывания по поверхности забоя за счет торможения, вызванного силами трения между опорами скольжения рабочих дисков и упорным сектором, отличающееся тем, что упорный сектор выполнен с возможностью продольного перемещения относительно опор скольжения рабочих дисков с помощью, например, пружины для регулирования их скорости вращения в зависимости от условий бурения.