Шарошка бурового долота Советский патент 1992 года по МПК E21B10/16 

фиг. 5

Изобретение относится к технике и тех- юлогии бурения нефтяных, газовых и дру- их скважин и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации буровых шарошечных долот.

Известна шарошка бурового долота с фрезерованными зубьями, имеющая смещение своей оси относительно оси долота в направление его вращения, сконструированная для бурения пород с реализацией режу щесд вига ющего действия.

Недостаток конструкции шарошки заключается в низком показателе надежности (часовой стойкости) фрезерованных зубьев, что выражается в их поломке и абразивном износе, резко снижающем первоначальную агрессивность клиновидных зубьеп.

Наиболее близок к изобретению является шарошка бурового долота с фрезерованными зубьями, имеющая смещение своей оси относительно оси долота в направлении его вращения, сконструированная для бурения пород с реализацией дробяще-сдвигающего действия.

Недостаток известной шарошки заключается в том. что разный угловой шаг размещения зубьев на вершинном венце по сравнению со средним венцом приводит к периодическому отрыву от забоя зубьев вершинного венца шарошки, что снижает эффективность разрушения породы в этой части забоя, а также вызывает неравномерное нагружение контактирующих зубьев между венцами, интенсифицируя их износ. Кроме того, малый шаг зубьев по венцам шарошки, создавая эффект дробления, сокращает время взаимодействия зуба с породой и снижает динамической удар его о породу, что затрудняет процесс создания усталостных напряжений в зоне контакта зуба с породой и последующего усталостного разрушения особенно твердой и крепкой породы. Все это существенно снижает показатели надежности фрезерованного вооружения (часовую стойкость и назначения механическую скорость за рейс) шарошечного долота в целом в процессе бурения скважин.

. Цель изобретения - повышение эффективности работы шарошки за счет усиления динамического воздействия на забой скважины и увеличения стойкости зубьев.

Указанная цель достигается тем, что в шарошке бурового долота, содержащей клиновидные зубья, расположенные на средних и вершинных венцах, зубья на средних венцах выполнены с уменьшенной высотой и расположены чередованием с зубьями нормальной высоты, причем вершины зубьев с уменьшенной высотой расположены на линии, соединяющей вер иины соседних зубьев вершинного венца выполнены в плоскостях расположения зубьев нормальной высоты средних венцов. .

На фиг. 1 показана шарошка с учетом ее

пространственного расположения в конструкции бурового долота; на фиг. 2 - схема взаимодействия зубьев известной шарошки с поверхностью забоя скважины забоя сква0 жины и конструктивные параметры этих

зубьев; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг, 2; на фиг. 4 и 5 - схема взаимодействия зубьев . предлагаемой шарошки.

Шарошка бурового долота 1 содержит

5 клиновидные зубья 2-4 вершинного, среднего и периферийного венцов, выступающие над корпусом шарошки на высоту h. В иззе- стной шарошке зубья 2 вершинного венца имеют значительно больший угловой шаг/J i

0 по сравнению с угловым шагом (5 ч, зубьев 3 .среднего венца, т.е. /3 1 . что объясняется малыми геометрическими размерами вершинного венца. Это приводит к тому, что зубья среднего 3 и вершинного 2 венцов

5 шарошки не попадают в одну диаметральную плоскость, что вызывает периодический отрыв от забоя зубьев 2 вершинного венца шарошки S. и, как следствие, снижает эффективность разрушения породы в этой

0 части забоя. Кроме того, такой отрыв приводит к неравномерному перераспределению наг рузки между другими венцами зубьев 3 и 4. что усиливает их износ, а также, в силу перекоса шарошки из-за отсутствия опор5 ной точки (точка т, фиг. 2), отрицательно сказывается на элементах опоры шарошки.

В предлагаемой конструкции шарошки - (фиг. 4) в количественном отношении зубьев на среднем венце расположено в 2 раза

0 больше, чем на вершинном венце1,т.е./ 1 . 2/3 2. При этом зубья на средних венцах расположены чередованием зубьев 3 с нормальной высотой h и зубьев 3 с уменьшенной высотой h1. ограниченной прямой

5 линией cd. соединяющей вершины двух соседних зубьев 3 с нормальной высотой h. Причем зубья 2 на вершинном венце шарошки выполнены в плоскостях расположения зубьев 3 нормальной высоты средних

0 венцов (плоскости по линии сто. dno и. т.д.).

Такая конструкция новой шарошки дает следующие преимущества по сравнению-с известной шарошкой.-

5 Большой шаг зубьев 3 среднего венца IB в шарошке новой конструкции 9фиг. 4) по сравнению с шагом зубьев 3 среднего венца tA в известной шарошке 9фиг. 2) (IB tA) обеспечивает большой ударный импульс.

«3

что необходимо для создания зон предраз- рушения о массиве горной породы забоя.

Конструктивное выполнение зубьев 3 и 3 среднего венца в шарошке новой конструкции (фиг. 4) обеспечивает большое оре- 5

-мя взаимодействия зубьев 4 с нормальной высотой h, т.е. (фиг. 46) (р л (фиг. 2). Это ведет созданию усталостных напряжений в зоне контакта 3 среднего венцэ новой конструкции шарошки с породой и О последующему ее усталостному и устачост-

но-объемному разрушению.

Без уменьшения количества зубьео на среднем венце в шарошке, что необходимо для реализации эффекта дробления, в кон- 15 струкции шарошки повышается надежность

зубьев среднего венца, так как в фазе наибольшего изгиба с породой контактируют одновременно 3 зуба, что уменьшает удельную нагрузку на один зуб. 20

В конструкции шарошки дополнительно повышается надежность зубьео среднего - венца, поскольку зубья З1 с уменьшенной высотой h в момент контакта с породой работа ют толь ко на осевое сжатие, а предел 25 прочности металла на сжатие значительно выше предела прочности на изгиб. . Выполнение зубьев 2 на вершинном венце шарошки предлагаемой конструкции в одних и тех же диаметральных плоскостях 30 с зубьями 3 нормальной высоты среднего венца устраняет отрыв от забоя зубьев 2 вершинного венца при перекатывании ша- рошки. Это обеспечивает равномерное по- рэжение породы по профилю забоя, 35 равномерное нагружение контактирующих с породой зубьев вершинного, среднего 3 и периферийного 4 венцов, равномерное распределение нагрузки между элементами

. опоры шарошки, что повышает надежность 40 вооружения и опоры шарошки и усиливает эффективность разрушения горной породы на забое скважины.

. Шарошка оаботает следующим образом.45 При перекатывании шарошки под осе. вой нагрузкой по поверхности забоя в процессе бурения скважины, благодаря конструктивному выполнению зубьев 3 среднего венца и зубьев 2 вершинного вен- 50 ца в одной диаметральной плоскости, зубья

2-4 постоянно без отрыва от забоя контак тируют с горной породой, обеспечивая равномерное разрушение породы по радиусу скважины, снижая при этом удельную на- 55

грузку на один контактирующих зуб. что повышает его надежность. Разрушение породы осуществляется путем реализации эффекта дробления, который усиливается большим шагом IB зубьев 3 среднего венца. что обеспечивает большой ударным импульс, необходимый для создания зон пред- разрушения. Выполнение зубьев среднего венца путем чередования зубьев 3 с нормальной высотой h и зубьев З1 с уменьшенной высотой h , ограниченной прямой линией cd, соединяющей вершины двух соседних зубьеа 3 с нормальной высотой h. обеспечивает работу зубьев З1 только на осевое сжатие и распределение при этом осевой натруски между тремя одновременно контактирующими зубьями, вместо двух что повышает их надежность. При этом большое время взаимодействия зубьев 3 в новой конструкции шарошки( 9°А) обеспечивает создание усталостных напряжений в зоне контакта зубьев с породой и последующему ее усталостному и усталостно-объемному разрушению.

Таким образом, в предлагаемой конструкции шарошки повышается надежность фрезерованных зубьев и ускоряется процесс разрушения горной породы. При зтом увеличивается проходка на долото и механическая скорость бурения зг .

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано практически в любой конструкции шарошечного доло1а с фрезерованным вооружением. .

Формула изобретения

1.Шарошка бурового долота, содержащая клиновидные зубья, расположенные на средних и вершинных венцах, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности в работе шарощки. за счет усиления динамического воздействия на забой скважины, зубья на средних венцах вы- полнены с уменьшенной высотой и расположены с чередованием с зубьями нормальной высоты, причем вершины зубьев с уменьшенной высотой расположены на линии, соединяющей вершины соседних зубьев.

2.Шарошка по п. 1.отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы шарошки за счет увеличения стойкости зубьев, зубья вершинного венца выполнены в плоскостях расположения зубьев нормальной высоты средних венцов.

(О

СО

ю

.

,Изобретение относится к буровому по- родорззрушающому инструменту. Цель изо- .бретения - повышение эффективности работы шарошки (Ш) за счет усиления динамического воздействия. Ш бурового долота содержит клиновидные зубья вершинного венца (ВВ) 2, среднего венца (СВ) 3 и периферийного венца 4. Зубья на СВ 3 выполнены с уменьшенной высотой и расположены чередованием с зубьями нормальной высоты. Вершины зубьев с уменьшенной высотой расположены на линии, соединяющей вершины соседних зубьев. Зубья В В 2 выполнены в плоскости расположения зубьез нормальной высоты СВ 3. При перекатыва- нии Ш1 под осевой нагрузкой по поверхности забоя в процессе бурения скважинь- благодаря конструктивному выполнению зубьев СВ 3 и зубьев В В 2 в одной диамет-- ральной плоскости зубья постоянно без отрыва от забоя контактируют с горной породой, обеспечивая равномерное разрушение породы по радиусу скважины, снижая мри этом удельную нагрузку на оди.; контактирующий зуЬ, что повышает его надежность. Разрушение породы осущсстсля- ется путем реализации зффекта дробления. который усиливается по сравьпншо с прототипом. Таким образом, в новой конструкции шарошки повышается надежность фрезерованных зубьев и ускоряется процесс раэру-. шения горной породы. При этом увеличиваются проходкя на долото и механическая скорость бурения за рейс. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. сл с

A-A

: :-

Ярофиль забоя