БУРОВОЕ ДОЛОТО РЕЖУЩЕ-СКАЛЫВАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2002 года по МПК E21B10/12 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режуще-скалывающего действия и преимущественно может быть использовано при бурении взрывных скважин в горных породах на карьерах, а также при проходке глубоких скважин.

Известны многошарошечные долота скалывающе-дробящего, действия, состоящие из корпуса, крепящейся к нему крестовины, четырех лап и шарошек, две из которых боковые наклонные, а две другие малые смонтированы на горизонтальной оси и имеют коническую форму, как и боковые. Шарошки имеют опоры качения (шариковые и роликовые). Образующие зубков боковых не пересекаются на оси долота, а в малых шарошках зубцы нарезают по спирали. Благодаря этим особенностям долото производит скалывающе-дробящее действие с элементами резания породы (Шацов Н. И. , Федоров B. C. и др. Бурение нефтяных и газовых скважин. М. : Гостехиздат, 1961, с. 78).

Однако использование известного устройства не позволяет устранить следующие недостатки: сложность конструкции, трудоемкость изготовления, высокая стоимость по сравнению с долотами режущего типа.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является долото режущего типа, содержащее корпус, закрепленные в корпусе оси и установленные на осях породоразрушающие диски, плоскость режущих граней которых расположена под углом к диаметральной плоскости корпуса, причем породоразрушающие диски установлены эксцентрично относительно осей посредством эксцентричных втулок, связанных с осями шлицевыми соединениями (Патент РФ 2081989, кл. Е 21 В 10/12, 10/62, Б. И. 17).

Недостатками долота является ограниченная область применения породами крепостью f = 7 - 10 вследствие высокого коэффициента скольжения и одинакового уровня погружения всех дисков в плоскость забоя и, кроме того, сложность конструкции и трудоемкость изготовления.

Основной задачей изобретения является расширение области рационального применения долота с дисковыми шарошками в сторону крепких пород путем изменения ориентации породоразрушающих дисков относительно корпуса, при котором создается комбинированное режуще-скалывающее действие на горную породу с элементами дробящего действия в периферийной (наиболее трудно отделяемой от массива) зоне забоя скважины. Другой задачей является упрощение конструкции, снижение стоимости по сравнению с долотами режущего действия.

Для решения поставленных задач буровое долото режуще-скалывающего действия содержит корпус и ребра, закрепленные в ребрах оси и установленные на осях эксцентрично относительно осей вращения (посредством эксцентриковых втулок) породоразрушающих дисков, плоскость режущих граней которых расположена под углом к диаметральной плоскости корпуса, причем долото оснащено парами породоразрушающих дисков, одна из которых установлена на осях, закрепленных одним концом в лапах, другим - в ребрах под углом к диаметральной плоскости с наклоном в сторону оси вращения долота, другая пара дисков установлена на осях, закрепленных в параллельных ребрах центральной диаметральной плоскости корпуса. Диски, установленные в лапах, выполнены в 1,5-2 раза больше дисков, установленных в ребрах.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: корпус оснащен двумя парами породоразрушающих дисков (периферийными и диаметрально расположенными), в каждом из которых диски установлены на двуопорных осях под углом к горизонтальной плоскости с наклоном в сторону оси вращения долота так, чтобы их зубья контактировали с забоем вблизи стенки скважины; диаметрально расположенная пара дисков установлена в общих ребрах по одной линии (в прототипе ребра для каждого диска расположены под углом); периферийные диски больше диаметрально расположенных дисков в 1,5-2 раза; ребра имеют отверстия для закрепления внутренних концов двух наклонных осей вращения периферийных дисков.

Между отличительными признаками и решаемой задачей существуют следующие причинно-следственные связи.

Периферийные диски, установленные в лапах под углом к плоскости забоя, в отличие от диаметрально установленных дисков перекатываются по периферии забоя скважины, разрушая породу смятием и сколом, создавая обширную свободную дополнительную кольцевую поверхность. Диаметрально расположенные по одной линии диски, установленные в ребрах, имея высокий коэффициент скольжения, разрушают породу в центре забоя не только резанием, но и сколом, так как эта часть забоя предварительно оконтурена кольцевым обнажением и находится в напряженном состоянии от непрерывного возмущения периферийными дисками. Использование дисков, соотношение диаметров которых меньше 1,5 и больше 2 раз приводит к неэффективной схеме разрушения забоя и не позволяет расширить область применения долот. Линейная ориентация ребер диаметральных дисков не только упрощает конструкцию корпуса, но и облегчает его изготовление, создает возможность размещения мощных опор периферийных дисков и создания высоких осевых нагрузок на них. Благодаря этим особенностям в сочетании с возможностью изменения с помощью эксцентрика вылета дисков по вертикали долото приобретает новые свойства для эффективного разрушения крепких пород.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг. 1 - буровое долото, вид снизу: на фиг. 2 - вид сбоку, а также схемы разрушения забоя в крепких и слабых породах.

Заявляемое изобретение состоит из корпуса 1 с ребрами 2, двух малых породоразрушающих (режущих) дисков 3, шлицевых втулок 4 и шлицевых осей 5 режущих дисков; по обе стороны от ребер находятся лапы 6 с закрепленными наклонными осями 7 для установки пары периферийных дисков 8.

Эксцентрики опор используются не только для изменения диаметра (как в прототипе) бурения, но и по новому назначению: для повышения эффективности разрушения горных пород. В крепких породах диаметральные диски с помощью эксцентрика устанавливаются с отставанием от периферийных дисков на величину h, поэтому диски 3 разрушают часть забоя 9, ослабленную кольцевым вырубом 10 с эффектом крупного скола. В слабых породах диаметральные диски с помощью эксцентрика устанавливают с опережением периферийных дисков на величину h, легко проникая в забой резанием и ослабляя участки забоя 9, которые благодаря образующему центральному вырубу активно разрушаются дисками 8 с элементами скола.

В целом долото создает комбинированное режуще-скалывающеe действие на забой скважины, расширяя область использования в сторону крепких пород по сравнению с прототипом, и в то же время является более простым по конструкции, чем многошарошечное долото.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режуще-скалывающего действия и преимущественно может быть использовано при бурении взрывных скважин в горных породах на карьерах, а также при проходке глубоких скважин. Буровое долото режуще-скалывающего действия содержит корпус и ребра, закрепленные в ребрах оси и установленные на осях эксцентрично относительно осей вращения при помощи эксцентриковых втулок породоразрушающие диски, плоскость режущих граней которых расположена под углом к диаметральной плоскости корпуса. Долото оснащено парами породоразрушающих дисков, одна из которых установлена на осях, закрепленных одним концом в лапах, другим - в ребрах под углом к диаметральной плоскости с наклоном в сторону оси вращения долота, другая пара дисков установлена на осях, закрепленных в параллельных ребрах центральной диаметральной плоскости корпуса. Диски, установленные в лапах, выполнены в 1,5-2 раза больше дисков, установленных в ребрах. Буровое долото позволяет расширить область рационального применения долот с дисковыми шарошками в сторону крепких пород путем изменения породоразрушающих дисков относительно корпуса, при котором создается комбинированное режуще-скалывающее действие на горную породу с элементами дробящего действия в периферийной (наиболее трудно отделяемой от массива) зоне забоя скважины, а также упростить конструкцию и снизить стоимость по сравнению с долотами режущего действия. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровое долото режуще-скалывающего действия, содержащее корпус, в ребрах которого закреплены оси и установленные на осях эксцентрично относительно осей вращения посредством эксцентриковых втулок породоразрушающие диски, плоскость режущих граней которых расположена под углом к диаметральной плоскости корпуса, отличающееся тем, что долото оснащено парами породоразрушающих дисков, одна из которых, периферийная, установлена на осях, закрепленных одним концом в лапах, другим - в ребрах под углом к горизонтальной плоскости, с наклоном в сторону оси вращения долота, другая, диаметральная пара, установлена на осях, закрепленных в параллельных ребрах центральной диаметральной плоскости корпуса. 2. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что диски, установленные в лапах, выполнены в 1,5-2 раза больше установленных в ребрах.