БУРОВОЕ ДИСКОВОЕ ДОЛОТО СКАЛЫВАЮЩЕ-РАЗДАВЛИВАЮЩЕГО ТИПА Российский патент 2001 года по МПК E21B10/12 

Настоящее изобретение относится к породоразрушающему инструменту скалывающе-раздавливающего действия и преимущественно может быть использовано при бурении взрывных скважин в горных породах на карьерах, шахтах, а также при глубоком бурении.

Известно трехшарошечное долото неразъемной конструкции, состоящее из сваренных между собой лап, на цапфах которых смонтированы цельные конусные шарошки. Шарошка удерживается радиально-упорным подшипником, выполняющим функции замка и воспринимающим осевую и частично радиальную составляющие нагрузки. Оси шарошек наклонены к оси долота в зависимости от его типа на 52-57^o37'. Для создания скалывающего воздействия на породу оси шарошек смещены в горизонтальной плоскости оси долота на величину от 1,5 до 10 мм. Вооружение шарошек выполнено в виде выфрезерованных на теле шарошек зубцов призматической формы, боковые грани которых наплавлены зерновым твердым сплавом или в виде запрессованных в тело шарошек твердосплавных зубков (В.А.Перетолчин. Вращательное и шарошечное бурение скважин на карьерах. - М.: Недра, 1983, с. 120).

Однако использование известного устройства не позволяет устранить следующие недостатки: нерегулируемость величины смещения осей шарошек в горизонтальной плоскости относительно оси долота, сложность конструкции и трудоемкость изготовления шарошек, опор.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является буровое дисковое долото скалывающе-раздавливающего типа, включающее корпус, в верхней части которого расположен резьбовой присоединительный ниппель, а в нижней части - установленные на закрепленных в лапах осях цельные породоразрушающие шарошки. Вооружение этих шарошек выполнено в виде сплошных концентрических венцов, перпендикулярных образующим шарошек. Поперечное сечение венцов может иметь треугольную, полукруглую, трапециевидную, клиновидную и любую другую рациональную форму. Механизм разрушения сводится к раздавливанию и скалыванию крупных кусочков породы с образованием системы трещин по концентрическим окружностям, расстояние между которыми определяется шагом между венцами (В.В.Симонов, В.Г.Выскребцов. Работа шарошечных долот и их совершенствование. - М. : Недра, 1975, с. 113; С.С.Сулекшин. Технология бурения геологоразведочных скважин. М.: Недра, 1973, с. 184).

Недостатком конструкции является: сложность конструкции и трудоемкость изготовления цельных дисковых шарошек и их опор, отсутствие возможности оперативного смещения осей вращения шарошек в плане; затрудненность армирования сплошных венцов; невозможность оперативного регулирования шага между венцами.

Основная задача изобретения заключается в упрощении конструкции и технологии изготовления и восстановлении изношенных долот, повышении эффективности бурения за счет расширения технологических возможностей (возможность регулирования величины смещения осей шарошек в горизонтальной плоскости относительно оси долота; регулирование шага между венцами, вылета; применение разных наборов дисков, регулирование диаметра долота).

Для достижения поставленной задачи заявляемое буровое долото скалывающе-раздавливающего действия состоит из корпуса, в верхней части которого расположен резьбовой присоединительный ниппель, а в нижней части - закрепленные в лапах оси крепления и установленные на осях эксцентрично относительно осей, посредством эксцентриковых конусообразных втулок, набор буровых дисков, разделенных шайбами с возможностью вращения. Ось крепления породоразрушающей шарошки имеет форму многогранника в поперечном сечении и одним концом закреплена в лапе с помощью резьбового соединения с контргайкой с возможностью поворота. На оси насажена конусообразная втулка, внутренний канал которой выполнен с эксцентриситетом, многогранного сечения относительно оси крепления, при этом втулка на оси закреплена замковым венцом с резьбой. Породоразрушающие диски в наборе выполнены или треугольной, или клиновидной и другой рациональной формы рабочей поверхности.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: эксцентриковые втулки свободно насажены на оси многогранного сечения, закрепленные одним концом в лапе резьбовым соединением с котргайкой и возможностью радиального поворота, причем внешние поверхности втулок служат подшипниками скольжения для рабочих буровых дисков, которые установлены с возможностью вращения. Породоразрушающая часть выполнена в виде набора буровых дисков с треугольной, трапециевидной и другой рациональной формой рабочей поверхности, чередуемых цилиндрическими шайбами, насаживаемого на конусообразную втулку с поверхностью скольжения и внутренним каналом многогранного сечения, относительно оси крепления и выполненным с эксцентриситетом; при этом втулка закрепляется на оси замковым венцом с резьбой.

Между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Рабочие буровые диски установлены на конусообразных втулках, изготовленных с эксцентриситетом. Втулки свободно смонтированы на осях многогранного сечения, закрепленных одним концом в лапе. При установке конусообразных втулок на оси многогранного сечения с различным эксцентриситетом возможно регулирование диаметра долота. При установке дополнительных цилиндрических шайб между рабочими буровыми дисками на конусообразной втулке возможно регулирование шага между венцами.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг. 1 - буровое дисковое долото скалывающе-раздавливающего типа; на фиг. 2 - верхняя промежуточная установка эксцентриситета, разрез долота по А-А; на фиг. 3 - нижняя промежуточная установка эксцентриситета; на фиг. 4 - нижняя вертикальная установка эксцентриситета; на фиг. 5 - горизонтальная установка эксцентриситета.

Заявляемое изобретение состоит из корпуса 1, в верхней части которого расположен резьбовой присоединительный ниппель 2, а в нижней части - закрепленные в лапах 3 оси 4 и установленные на осях 4 эксцентрично относительно осей посредством эксцентриковых втулок 5 буровые диски 6. Между лапами 3 и рабочими буровыми дисками 6 установлены на конусообразной втулке 5 цилиндрические регулировочные шайбы 7.

Рабочие диски 6 смонтированы на конусообразных втулках 5 с возможностью вращения. При этом поверхности втулок 5 служат для рабочих дисков 6 подшипниками скольжения. Внутренние отверстия втулок 5 и осей 4 имеют некруглое сечение, например, шестигранное. Посаженные на многогранную ось 4 конусообразные втулки 5 не имеют возможности вращения.

Внутренние отверстия втулок 5 выполнены с эксцентриситетом относительно поверхностей скольжения. Ось 4 закреплена в лапах 3 корпуса 1 и удерживается в них при помощи гайки 8. Конусообразная втулка 5 закреплена на оси 4 замковым венцом 9 с резьбой.

Регулирование диаметра долота и величины смещения осей шарошек для регулирования скалывающих свойств осуществляют перед бурением скважины за счет изменения величины эксцентриситета путем различного расположения втулок 5 на осях 4.

Регулирование шага между рабочими буровыми дисками 6 осуществляют с помощью цилиндрических регулировочных шайб 7, для плавного регулирования шага выполняют несколько комплектов регулировочных шайб 7 с различной толщиной.

Регулирование диаметра долота, величины смещения осей шарошек и шага между буровыми дисками расширяет технологические возможности бурового дискового долота.

При бурении горных пород крепких (f = 6-8) и монолитных целесообразно устанавливать наименьшие значения диаметра долота, смещение осей и шага между венцами (фиг. 2). При бурении горных пород средней крепости (f = 4-6) целесообразно устанавливать увеличенные значения диаметра долота и шага между венцами, смещение осей шарошек в горизонтальной плоскости относительно оси долота соответственно наименьшее и нулевое (фиг. 3 и 4). При бурении горных пород небольшой крепости (f<4) целесообразно устанавливать максимальные величины диаметра долота, смещение осей и шага между венцами (фиг. 5).

Пример. При установке конусообразных втулок 5 на оси 4 многогранного сечения с различным эксцентриситетом возможно регулирование диаметра долота.

1. При верхней промежуточной установке эксцентриситета (f=6-8) диаметр долота составляет d = 242,5 мм, смещение осей шарошек наименьшее.

2. При нижней промежуточной установке эксцентриситета (f = 4-6) диаметр долота составляет d = 246,5 мм, смещение осей шарошек наименьшее.

3. При нижней вертикальной установке эксцентриситета (f = 4-6) диаметр долота составляет d = 248,5 мм, смещение осей шарошек нулевое.

4. При горизонтальной установке эксцентриситета (f < 4) диаметр долота составляет d = 250,5 мм, смещение осей шарошек максимальное.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое долото позволяет в зависимости от условий бурения, не меняя корпуса изменять величину смещения осей вращения набора дисков, диаметр долота в целом, а также устанавливать диски с различной формой рабочей поверхности (в том числе штыревой) и различным шагом между ними.

Это означает существенное расширение технологических возможностей долота. Съемность оси открывает возможность множественного использования корпуса долота с разными комплектами дисков, осуществления ремонта. Упрощает процесс изготовления, сборки новых и восстановления изношенных долот. Значительная поверхность контакта отверстия диска с поверхностью эксцентриковой втулки снижает контактные нагрузки и позволяет иметь простую опору скольжения вместо сложных подшипников качения.

Изобретение относится к породоразрушающему буровому инструменту и может быть использовано при бурении взрывных скважин в горных породах на карьерах, шахтах, а также при глубоком бурении. Долото содержит корпус, в верхней части которого расположен резьбовой присоединительный ниппель, а в нижней части - закрепленные в лапах оси крепления породоразрушающих шарошек. Ось крепления породоразрушающей шарошки имеет форму многогранника в сечении и одним концом закреплена в лапе с помощью резьбового соединения с контргайкой с возможностью радиального поворота. На оси насажена конусообразная втулка, внутренний канал которой выполнен с эксцентриситетом, многогранного сечения относительно оси крепления, при этом втулка на оси закреплена замковым венцом с резьбой. Породоразрушающие диски в наборе выполнены или треугольной, или клиновидной формы рабочей поверхности. Повышается эффективность бурения, упрощается конструкция. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Буровое дисковое долото скалывающе-раздавливающего типа, содержащее корпус, в верхней части которого расположен резьбовой присоединительный ниппель, а в нижней части, на закрепленных в лапах осях - породоразрушающие шарошки, отличающееся тем, что ось крепления породоразрушающей шарошки имеет форму многогранника в поперечном сечении и одним концом закреплена на лапе с помощью резьбового соединения с контргайкой с возможностью поворота, на ось насажена конусообразная втулка, внутренний канал которой выполнен с эксцентриситетом, многогранного сечения относительно оси крепления, при этом на втулке установлен набор породоразрушающих дисков, чередуемые шайбами, с возможностью вращения, а втулка на оси закреплена замковым венцом с резьбой. 2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что породоразрушающие диски в наборе выполнены или треугольной, или клиновидной формы рабочей поверхности.