Шарошка для бурения скважин большого диаметра Советский патент 1983 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к породоразрушаюему инструменту для бурения выработок большого диаметра.

Известна шарсяака для бурения скважин большого диаметра, включающая ось и смонтированный иа ней посредством подшипников корпус с клиновидными венцами, армированными твердым сплавом fl Недостатком данной шарошки является ограниченная область применения, так как она эффективно работает только при разбуривании мягких пород.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является шарошка для бурения скважин большого диаметра, содержащая корпус с венцами, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, режущая кромка.которых ориентирована вдоль венца, и ось, на которой посредством подшипников смонтирован корпус . . ,

Недостатком данной шарошки является высокая энергоемкость бурения вследствие больших значений сил сопротивления порода, что снижает эффёктивность ее работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы шарошки за счет Iснижения энергоемкости бурения.

5 Поставленная цель достигается тем, что шарошка снабжена твердосплавными зубьями с конической рабочей голоркой, закрепленными .на венцах че- . рез один с зубками с клиновидной ра О бочей головкой, при этом углы приострения клиновидных и конических рабо. ,чих головок выбраны в соответствии с соотношением

М..о,7-о,8 15 J

Тде-Т, и К - углы приострёния соответственно клиновидной и конической рабочих головок.

20

На фиг. 1 изображена предлагаемая шарсяяка, разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг4 1) на фиг. 3 - вариант для сравнения с -использованием зубков только с конической рабочей голов25 кой; на фиг. 4 - основная схема разрушения забоя с перекатыванием со смещением на один шаг; на фиг-. БЧсечение В-Б на фиг. 4; на Фиг 6 сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 7 30.схема paзpsmleния забоя с перекатыванием со смещением на полшага, нафиг, 8 - сечение Г-1 на фиг. 7,

Шарошка для бурения скважин большого диаметра состоит из корпуса 1, закрепленного на оси 2 -посредством подшипников 3. В камерах 4 между корпусом 1 и под1иипниками 3 установлены уплотнения (не показаны). На корпусе 1 по венцам 5, чередуясь через один, размещены зубки 6 с клиновидной режущей кромкой вдоль венца 5 и зубки 7 с конической рабочей головкой. При этом зубки б ,и 7 выполнены одинаковой высоты.

При бурении шарошкой венцы 5 перекатываются по одним и тем же концентрическим окружностям на забое скважины, последовательно углубляясь на некоторую величину, которая зависит от значения нагрузки на шарошку и сопротивления зубков в зависимости от глубины их внедрения, шага и величины перекрытия забоя.

Сравнивая предлагаемое расположение чередующихся зубков (фиг. 2) с вариантом расположения зубков с конической рабочей головкой по сплошной схеме (фиг. 3), легко заметить, что при одинаковом диаметре штырей d и шага L в предлагаемой схеме достигается большее перекрытие забоя .вдоль венца, т.е. Е L. В предлагаемой шарошке значение шага 2 следует выбирать таким образом, чтобы t .

Поворотно прокатываясь по забою, венец 5 может попадать вершинами зубков в ючки, совпадающие или смещенные относительно соответствующих точек предыдущего прохода. Посколь ку при этом клиновидные зубки б при прокатывании в свой след несколько соскальзывают вдоль него, а конические зубки 7 попадая в свои лунки разрушения, имеющие больший угол раствора, также имеют свободу некоторого скольжения, то наиболее вероятным является попадание клиновидного зубка б в лунку от конического 7 и наоборот. В ряде случаев такое смещение на величину шага можно достичь повторением в одном месте венца, например, конических зубков 7 подобно фиг. 3, а затем продолжить чередование согласно фиг. 2. При повторном прокатывании венца по указанной схеме (фиг. 4) клиновидные зубки 6 углубляют и удлиняют лунки, образованные коническими зубками 7, которые. в свою очередь углубляют и расширяют лунки, образованные клиновидными зубками б. Лобовое сопротивление в обоих случаях снижается по сравнению со случаями вдавливания зубков в свои же лунки, а o6beNM скола и величина углубления h за один проход возрастают, что, в результате, обеспечивает снижение энергоемкости разрушения крепких пород.

Однако в отдельных случаях возможно смещение соответственных точек венца при повторном прокатывании на величину, близкую к 1/2 шага (фиг. 7 и 8). При этом клиновидный зубок б попадает в перешеек между лунками от предыдущего прокатывания и удлиняет лунку, а конический зубок 7, попадая в смежный промежуток расширяет лунку, разрушая при этом и перешеек. Такой режим разрушения также энергетически более выгоден, чем в известных шарошках с клиновидными или коническими породоразрушающими зубками, так как за два прохода, венца создается зо.на разрушения с увеличенными глубиной h. и шириной Ь. Все другие случаи представляют большее или меньшее использование одного из описанных эффектов разрушения.

Использование режущих элементов различной формы требует выполнения условия равной нагрузки на них, иначе возникнут колебания, которые снизят эффективность разрушения и приведут к преждевременному выходу из строя одного из типов режущих элементов. Однако силы сопротивления зависят от глубины внедрения. С учетом этого, н.а основании экспериментальных данных установлено, что для обеспечения равных нагрузок при максимальной глубине внедрения зубков с конической и клиновидной рабочими головками угол приострения их должен выбираться в соответствии с соотношением

М1.,

0,7-0,g

g-Ti

где - угол приострения клиновидной рабочей головки,

/v - угол приострения коничес кой рабочей головки.

Предлагаемая шарошка обеспечивает по сравнению с известными при одинаковой осевой- нагрузке увеличение глубины разрушения за один оборот и снижение энергоемкости бурения.

Формула изобретения

Шарошка для бурения скважин большого диаметра, содержащая корпус с вёнца;ми, армированными твердосплавными зубками с клиновидной рабочей головкой, режущая кромка которых ориентирована вдоль венца, и ось на которой посредством подшипников смонтирован корпус, отличаюТц а я с. я тем, что, с .целью повышения эффективности ее работы за 5 счет снижения энергоемкости бурения,

она снабжена твердосплавными зубками с конической рабочей головкой, закрепленными на венцах через один с зубками с клиновидной рабочей головкой , при этом углы приострения клиновидных и конических рабочих , головок выбраны в соответствии с соотношением

Гл

-0,7-0 в,

-tg-Ta

где - - угол приострення клиновидной рабочей головки, 1рад,

-J - угол приострения конической рабочей головки, град. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.1. Патент США № 3191699, кл. 175-374, опублик. 1965. 2. Патент Великобритании

1 F , опублик. 1975

№ 1410534, кл. Е (прототип).