ШАРОШКА БУРОВОГО ДОЛОТА Российский патент 2010 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к конструкции шарошек буровых долот.

Известна шарошка бурового долота, включающая корпус с венцами, армированными твердосплавными зубками (см. авт.св. СССР №1731930, кл. Е21В 10/16, 1992 г.).

Более близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является шарошка бурового долота, включающая корпус с периферийными, промежуточными и вершинными венцами, оснащенными твердосплавными зубками (см. патент РФ №2270318, кл. Е21В 10/16, 2006 г.).

Основным недостатком как аналога, так и прототипа является малая эффективность их работы.

У аналога это связано с недостаточной надежностью крепления зубков и как следствие этого - выпадением зубков на забой скважины из корпуса шарошки. Это ведет к нарушению схемы поражения забоя с образованием лысок на корпусе шарошек и быстрому выходу остальных зубков из-за попадания под них ранее выпавших зубков.

У прототипа надежность крепления обеспечена за счет увеличения глубины посадки зубков. Однако это ведет к уменьшению ударной нагрузки, создаваемой зубками при вращении вокруг продольной оси шарошки, и к уменьшению мощности опоры из-за необходимости обеспечения заданной толщины стенки между внутренней поверхностью шарошки и дном твердосплавных зубков.

Причина недостатков аналога и прототипа - одна. В обоих случаях установка твердосплавных зубков осуществляется без учета кривизны контура шарошки. Если в долотах большого диаметра это сказывается не очень сильно, то в долотах малого диаметра это имеет большое значение. Причем, чем меньше диаметр контура шарошки в зоне расположения зубков, тем больше это влияние.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет увеличения ударной нагрузки, воздействующей на породу через породоразрушающие элементы шарошек ,при одновременном обеспечении надежности крепления зубков.

Поставленный технический результат достигается тем, что в шарошке бурового долота, включающей корпус с периферийными, промежуточными и вершинными венцами,оснащенными твердосплавными зубками, согласно изобретению, диаметр промежуточных венцов определяется по формуле

D_i=D_pac+2h_c ,

где D_i - диаметр промежуточного i-го венца шарошки;

D_pac - диаметр контура шарошки по i-му венцу (рассчитанный по существующей методике);

h_c - величина стрелки дуги контура венца шарошки в пределах диаметра зубка расчетного венца (см. Выгодский М.Я. «Справочник по элементарной математике», М.: Наука, 1975 г., с.282-283), которая определяется по формуле

С - высота шарошки от основания до вершины основного конуса, мм;

Δ - расстояние от основания шарошки до оси расчетного зубка, мм;

α - половина угла основного конуса шарошки;

r₃ - радиус зубка, мм.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид шарошки в продольном разрезе, на фиг.2 - фрагмент сечения А - А на фиг.1.

Шарошка бурового долота содержит корпус 1 с вершинными 3, промежуточными 4 и периферийными 5 венцами, оснащенными породоразрушающими элементами в виде твердосплавных зубков 2. Как известно, сила удара зубка 2 о породу зависит при прочих равных условиях от радиуса расположения вершины зубка от оси шарошки. Следовательно, зубки 2 должны располагаться на максимально допустимом диаметре при обеспечении необходимой надежности крепления их в теле корпуса 1 шарошки. В предложенной шарошке это достигается благодаря тому, что диаметр промежуточных венцов 4 определяется по формуле

D_i=D_pac+2h_c ,

где D_i - диаметр промежуточного i-го венца шарошки;

D_pac - диаметр контура шарошки по i-му венцу (рассчитанный по существующей методике);

h_c - величина стрелки дуги контура шарошки в пределах диаметра зубка расчетного венца (см. Выгодский М.Я. «Справочник по элементарной математике», М.: Наука, 1975 г., с.282-283), которая определяется по формуле

С - высота шарошки от основания до вершины основного конуса, мм;

Δ - расстояние от основания шарошки до оси расчетного зубка, мм;

α - половина угла основного конуса шарошки;

r₃ - радиус зубка, мм.

При выполнении указанных условий контур промежуточных венцов 4 имеет максимально допустимый диаметр - D_i, что обеспечивает увеличение силы удара твердосплавными зубками 2 о породу при вращении шарошки. Благодаря же увеличению диаметра венцов 4, что ведет к увеличению толщины стенки корпуса 1 шарошки, обеспечивается и более надежное крепление зубков 2 в корпусе 1 шарошки. Если в существующих долотах вылет - Н зубка 2 над телом корпуса 1 шарошки определяется по оси зубка 2, то в предложенной шарошке предлагается учитывать такой фактор, как величина кривизны контура венца 4 в пределах радиуса зубка 2. Как следует из фиг.2, величина стрелки этой дуги h_c довольно существенна, особенно для долот малого диаметра. Так, например, в долотах диаметром 59 мм учет этого показателя позволяет увеличить диаметр корпуса 1 шарошки почти на 2 мм. При этом увеличение диаметра промежуточного венца шарошки от D_pac до D_i достигается при сохранении оптимальной величины вылета - h_pac рабочей части зубка 2 над корпусом 1 соответствующего промежуточного венца шарошки.

Применение долот с предложенной конструкцией шарошки позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ и тем самым снизить их себестоимость.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к конструкции буровых шарошечных долот, преимущественно малого диаметра. Технический результат - повышение эффективности разрушения породы, повышение надежности крепления зубков и снижение себестоимости буровых работ. Шарошка бурового долота включает корпус с периферийными, промежуточными и вершинными венцами, оснащенными твердосплавными зубками. Особенностью предложенной шарошки является оптимизация ее размеров по промежуточным венцам путем учета стрелы кривизны корпуса шарошки в пределах диаметра твердосплавного зубка, которая определяется по математической формуле. 2 ил.

Шарошка бурового долота, включающая корпус с периферийными, промежуточными и вершинными венцами, оснащенными твердосплавными зубками, отличающаяся тем, что диаметр промежуточных венцов определяется по формуле:
D_i=D_pac+2h_c,
где D_i - диаметр промежуточного i-го венца шарошки;
D_pac - диаметр контура шарошки по i-му венцу (рассчитанный по существующей методике);
h_c - величина стрелки дуги контура шарошки в пределах диаметра зубка расчетного венца, которая определяется по формуле:

где С - высота шарошки от основания до вершины основного конуса, мм;
Δ - расстояние от основания шарошки до оси расчетного зубка, мм;
α - половина угла основного конуса шарошки;
r₃ - радиус зубка, мм.