Шарошечное долото Советский патент 1984 года по МПК E21B10/08 

Изобретение относится к горной промьшшенности и может быть применено при бурении сКважин. Известно шарошечное долото, вкл чающее Корпус и шарошки с вооружением ij .. Наиболее близким к изобретению является шарошечное долото, включа щее конический корпус с пазами по всей его высоте, дисковые шарошки с резцами, установленные в пазах корпуса подвижно на осях 2 . Недостатками известного долота являются сравнительно малые сроки службы долота и сравнительно низка производительность буровых работ. Целью изобретения является повышение надежности работы долота Поставленная цель достигается тем, что в шарошечнрм долоте. включающем конический корпус с пазами по всей его высоте, дисковы шарошки с резцами, установленные в пазах корпуса подвижно на осях, каждая шарошка выполнена со сквозными пазами под углом 8-12° к ее .оси вращения, причем ось каждой шарошки закреплена в корпусе с дву сторон, при этом передняя поверхность каждого резца выполнена под углом 40 - 60° к плоскости, перпен дикулярной плоскости резания, а задняя поверхность каждого резца выполнена под углом 15 - 25 к плос:;ости резания и угол между передней и задней поверхностями составляет 115-135 . На фиг. 1 представлен общий вид долота, разрезJ на фиг. 2 - то же, вид в планер на фиг. 3 - разрез по оси шарошки, на фиг. 4 - шарошка, вид сбоку. Шарошечное долото включает в себя корпус 1 в виде усеченного кор пуса, имеющего центральный сквозной канал 2 для подачи охлаждающей, жидкости и посадочную поверхность 3 дл соединения с буровой штангой. На наружной поверхности корпуса 1 обра зованы пазы 4,. в которых размещены шарошки 5, каждая из которых снабже на подшипником б качения, посаженно го на ось 7, размещеннуш в канале 8 образованном в теле корпуса 1 -перпендикулярно к его центральной ,оси. Каждьй канал 8 образован в противоположных стенках 9 и 10 паза 4 и выполнен с выступом 11, в которой уперт конец оси 7, другой конец которой зафиксирован упорной шайбой 13. Это позволяет быс.тро демонтировать шарошки 5. Шарошки 5 размещены на корпусе 1 рядами, начиная с его торца 13, имеющего меньший д аметр. При . шарошки 5 размещены в плане под,УГЛОМ 120 один к другому, а шарошки каждого последую щего ряда установлены в плане со смещением относительно предыдущего ряда на 60° . Калодая шарошка 5 выполнена с резцами 14, уотановленньми равномерно по ее периметру с наклоном сквозных пазов 15 между резцами или с наклоном резцов под углом оС 8 - 12° относительно оси 16 вращения шарошки. Передний угол -40 - 60°, заданный угол/3 15 а угол заострения 6 115 Долото работает следующим образом. После сообщения долоту вращения от привода (не показан) его шарошки 5, закрепленные на торцовой части корпуса 1, начинают разрабатывать грунт, причем каждая шарошка 5 получает двойное вращение за счет вращения самого долота и за счет того, что шарошка в режущей части имеет сквозные пазы, выполненные -под углом oi 8 - 12 к оси вращения шарошки. Грунт, попадая в эти пЬзы, заставляет вращаться шарошку. Это увеличивает скорость бурения. При разработке грунта каждая шарошка 5, поварачиваясь относительно своей оси 7, одновременно и охлаждается, поскольку не контактируемая с грунтом сторона подвергается обработке охлаждающей жидкостью, подаваемой по каналу 2, тем самым увеличивается срок службы шарошек 5. Кроме того, выполнение пазов под углом об 8 12 к оси вращения шарошки способствует увеличению долговечности работы шарошечного долота. Указанные данные получены опытным путем и их результаты приведены в табл. 1. При определении оптимальных углов наклона пазов к оси вращения шарошки передний угол резца - 50 , а задний угол Д 15 . Это минимальный угол, при котором задняя поверхность резца не касается поверхности забоя. Износ резцов шарошки определяется по снижению механической скорости проходки по отношению к начальной скорости. Таким образом, из табл. 1 видно, что .оптимальными угламиявл-шотся углы 8 - 12°. При этих-углах износ шарошки при бурении на одинаковую глубину минимальный. Расположение шарошек по всей длине корпуса 1 со- смещением по высоте относительно одна другой, т.е. в шахматном порядке, позволяет равномерней распределить нагрузку на долото, чтоповышает его долговечность и позволяет увеличить скорост; бурения скважин. Закрепление шарошки,с двух егл сторон в - корпусу долота значительно повышает надежность фиксации шарош

ки в корпусе по сравнению с ее консольным креплением. Это также увеличивает в целом срок службы долоту. Передний угол резцов If - 40 - 60°. При углах, отличающихся от указанных, срок службы шарошек резк уменьшается. При углах меньших -40 происходит интенсивное выкрашивание режущей кромки и облом вершины резца, при углах больших -60° происходит быстрое истирание езца. Оптимальный угол заточки переднего угла определяют при минимальном заднем угле резца р 15 (табл. 2) и оптимальном угле .наклона пазов к оси вращения шарошки od 10°.

Данные, полученные опытным путем, показывают, что при минимальном заданном угле 15° максимальный угол заострения может быть равен 135°, при переднем оптимальном угле - и минимальный угол заострения моЛет быть 115° при переднем угле-у -40°. Далее было определено какой может быть максимальный задний угол, который бы не лиял на срок службы шарошки отрицательно с учетом того, что угол заострения при этом остается постоянным и равен минимально допустимому углуб 115° (табл. 3). При данном условии можно получить достоверные данные.

Таким образом, допустимым задним углом может быть угол (Ь 15 - 25°.

Угол заострения 6 115 - 135.

Результаты испытаний показывают, что оптимальный режим резания скального грунта осуществляется именно при соотношении указанных углов резания, причем долговечность службы шарошек по сравнению с из- . . вестными ориентировочно увеличивается на 30%, а скорость, бурения увеличивается на 40%.

Предлагаемая конструкция долота исключает неравномерный нагрев наборных шарсяиек, поскольку их вращение осуществляется равномерно на оптимальной скорости вокруг оси и обеспечивает равномерный износ режущей кромки резцов за счет установки последних под углом 8 - 12° к оси шарошки, кроме того, обеспечивается охлаждение режущей кромки, находящейся в корпусе, а установка режущих шарошек на подшипниках обеспечивает их быстрый монтаж, и демонтаж что увеличивает долговечность долота/ а также повышает прюизводйтельность буровых работ. Установка подшипников на ось, укрепленную с двух сторон, равномерное распределение шарошек по корпусу долота и оптимальные углы, под которыми заточены резцы шарошек, также позволяют повысить долговечность долота. .

Таблица 1

ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, включа ющее конический корпус с пазгили п всей его высоте, дисковые шарошки с резцами, установленные в пазах корпуса подвижно на осях, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы долота, ка1ждая шарошка выполнена со сквозными пазами под углом 8 - 12 к ее оси вращения, причем ось каждой шарошки закреплена в корпусе с двух сторон, при этом передняя поверхность каждого резца выполнена под углом 40 - бО к плоскости, перпендикулярной плоскости резания, а задняя поверхность каждого резца выполнена под углом 15-25 к плоскости резания и угол между-передней и Зсщней поверхностями резца составляет 115-135.

15

-50

142

15

-50

142

15 -50

142 -50 142

15 15 15 15 15 -50 142 -50 142 -50 142 -50 142 -50 142

3 90 (долото шэишпо в негодность)

560

8 8 8 8 8 8 8 8

740

812 109 1211

.13 32 15 40 1В 70

Таблица 2

16

15

ФагЛ