БУРОВОЕ ТРЕХШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2010 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым трехшарошечным долотам, преимущественно малого диаметра.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки с твердосплавными зубками на венцах (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота. М.: Недра, 1971 г., с.161, рис.У1.5).

Недостатком этого долота является малый ресурс его работы из-за низкой эффективности разрушения породы в центральной части забоя.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением и дополнительными вершинными конусами с одним твердосплавным зубком (см. авт.св. СССР №1460177, кл. E21B 10/16, 1989 г.).

Данное долото благодаря более рациональной схеме расположения вершинного твердосплавного зубка повышает ресурс работы долота.

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы, что связано с образованием рейки в центральной части забоя. Это особенно сказывается при использовании долот малого диаметра, в которых все размеры элементов вооружения строго ограничены, причем, в первую очередь, это относится к вооружению вершинной части шарошек.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы путем оптимизации схемы расположения зубков на близлежащем к вершинному зубку венце.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом трехшарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением и дополнительными вершинными конусами с одним твердосплавным зубком, согласно изобретению расстояние S₁ от точки пересечения оси зубка венца, близлежащего к вершинному зубку, с образующей основного конуса корпуса до оси долота определяется по формуле:

S₁=(30d_з·sinα)±1, мм,

где d₃ - диаметр зубков венца, близлежащего к вершинному зубку, мм;

α - угол наклона зубков к горизонтальной плоскости, определяемый по формуле:

α=φ+0.5β-90°,

где φ - угол наклона цапфы к оси долота, °;

β - угол основного конуса шарошки, °.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что количество зубков n на близлежащем к вершинному зубку венце определяется по формуле:

n=(360°/β±5°)-1.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид долота. Буровое трехшарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, на которых посредством замковых подшипников 3 установлены конические шарошки 4 с твердосплавным вооружением и дополнительными вершинными конусами 5 с одним твердосплавным зубком 6. В целях исключения образования рейки в предложенном долоте расстояние S₁ от точки пересечения оси зубков 7 венца, близлежащего к вершинному зубку 6, с образующей основного конуса корпуса 1 до оси долота определяется по формуле:

S₁=(30dз·sinα)±1, мм,

где d_з - диаметр зубков венца, близлежащего к вершинному зубку, мм;

α - угол наклона зубков к горизонтальной плоскости, определяемый по формуле:

α=φ+0.5β-90°,

где φ - угол наклона цапфы к оси долота, °;

β - угол основного конуса шарошки, °.

Для повышения эффективности работы долота большое значение имеет вооруженность венца, близлежащего к вершинному зубку 6, определяемое количеством зубков 7, расположенных на указанном венце. Оптимальное количество n зубков 7 на этом венце определяется в соответствии с формулой: n=(360°/β±5°)-1. Величина допуска (±5°) принимается в зависимости от зазоров между донышками зубков 7, а также от их диаметра и величины угла β основного конуса шарошки 4. Угол β связан с углом установки γ зубков 7 (см. фиг.2) зависимостью: γ=β±5°.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 4 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом зубки 7 венца, количество которых определено по указанной формуле, максимально приближены к вершинному зубку 6, что увеличивает вооруженность шарошек в центральной части забоя и тем самым повышает стойкость долота в целом. Не менее важно и то, что предложенная схема обеспечивает разрушение забоя без образования рейки в центральной части забоя. Разрушение центральной части забоя представляет значительную трудность, особенно по твердым и крепким породам, и связано с образованием так называемой «сахарной головки», резко снижающей механическую скорость бурения. Более эффективное разрушение центральной части забоя значительно снижает энергоемкость процесса разрушения породы.

Таким образом, применение предложенного долота благодаря более оптимальной схеме вооружения вершинной части шарошек позволит повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым трехшарошечным долотам, преимущественно малого диаметра. Технический результат - снижение энергоемкости разрушения породы за счет исключения рейки на забое, что приведет в свою очередь к повышению проходки и механической скорости бурения. Буровое трехшарошечное долото включает лапы с наклонными цапфами и установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с дополнительными вершинными конусами, на которых закреплен один твердосплавный зубок. Расстояние S₁ от точки пересечения оси зубков венца, близлежащего к вершинному зубку, с образующей основного конуса корпуса до оси долота определяется по математической формуле. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением и дополнительными вершинными конусами с одним твердосплавным зубком, отличающееся тем, что расстояние - S₁ от точки пересечения оси зубков венца, близлежащего к вершинному зубку, с образующей основного конуса корпуса до оси долота определяется по формуле
S₁=(30d₃·sinα)±1, мм,
где d₃ - диаметр зубков венца, близлежащего к вершинному зубку, мм;
α - угол наклона зубков к горизонтальной плоскости, определяемый по формуле
α=φ+0.5β-90°,
где φ - угол наклона цапфы к оси долота, °;
β - угол основного конуса шарошки, °.

2. Буровое трехшарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что количество зубков - n на близлежащем к вершинному зубку венце определяется по формуле
n=(360°/β±5°)-1.