Буровое долото режуще-скалывающего действия Советский патент 1992 года по МПК E21B10/42 

Изобретение относится к породоразру- шающему инструменту, а именно к буровым долотам режуще-скалывающего действия, и может быть использовано при бурении скважин

Известно лопастное долото, включающее корпус с промывочными каналами и режущими лопастями, передняя поверхность которых армирована твердосплавными элементами в виде трехгранных призм, одно из ребер которых выступает над телом режущей лопасти в сторону вращений долота,

Недостатком долота является низкая механическая скорость бурения вследствие высокой моментоемкости долота и невысокой прочности резцов-призм из-за неравномерности наложения нагрузок на противоположные грани призмы.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения путем снижения энергоемкости разрушения горной породы и повышения стойкости твеодосплав- ных элементов.

Это достигается тем, что в долоте режуще-скалывающего действия, содержащем корпус с промывочИьГмй кё нал§Ш и режущими лопастями, передняя поверхность которых армирована твердосплавными элементами в виде трехгранных призм, одно из ребер которых выступает над телом режущей лопасти в сторону вращения долота, согласно изобретению угол между касательной к каждой точке границы поперечного сечения призмы, выступающей над телом лопасти, и перпендикуляром, восстановленным к линиям, соединяющим центр долота с данными точками, должен быть постоянным и равным половине угла при вершине призм.

При этом угол между касательной к каждой точке границы поперечного сечения

VJ 00

ю ю о

4

СО

призмы, выступающей над телом лопасти, и перпендикуляром, восстановленным к линиям, соединяющим центр долота с данными точками, должен быть постоянным и равным половине угла при вершине призм.

Для выполнения призм необходимо сначала рассмотреть силы, действующие на призму при движении ее по прямой линии и по окружности (как в долоте).

Рассмотрим движения резца-призмы по прямой линии (см.фиг.2 а). На грани резца со стороны породы в каждой точке действуют силы П и Г2. Каждую из этих сил можно разложить на две составляющие: П и Г2 -силы, действующие перпендикулярно движению резца, Гк1 и Гк2 - силы, действующие по касательной к границе резца. Резец будет испытывать равномерные нагрузки с обоих сторон, если силы П и Г2 будут равны. Эти условие будет выполнять- ся, если призма в сечении будет представлять равнобедренный треугольник (как в прототипе). В таком случае угол между касательной силой и силой сопротивления будет равной а /2, где а - угол при вершине В призмы, В обратном случае силы П и Г2 будут различны по величине (фиг.2 б), что приведет к лишнему расходу энергии и, в конечном счете может стать причиной разрушения резца.

При движении резца по окружности имеем уже радиальное поле сил. Силы сопротивления, действующие со стороны породы на резец, уже не будут перпендикулярны основанию, а будут действовать по каса- тельной к окружностям, проведенным из центра долота О (см.фиг.З а), В таком случае при выполнении призм по прототипу, силы П и Г2 будут различны. Из рисунка видно, что при этом возникает значительное попе- речное усилие со стороны внутренней грани призмы. Условие П Г2 будет выполняться, если призмы выполнить так, чтобы угол между касательной силой и силой сопротивления был равен а /2 в каждой точке граней приз- мы, выступающей над телом лопасти, где «-угол при вершине В призмы (см.фиг.З б).

Выполнение резцов-призм по предлагаемому техническому решению приведет к тому, за счет оптимизации формы исключз- ется вредное поперечное сдвигающее усилие на резец и снижается момент на резец. В результате увеличится стойкость резцов и уменьшится работа по преодолеванию сопротивления породы, что приводят к умень- шению энергозатрат на бурение, а также позволит увеличить механическую скорость бурения- за счет более эффективного использования реализуемой мощности и возможности увеличения нагрузки на долото.

На фиг.1 показано предлагаемое долото, вид сбоку; на фиг.2 - резец и силы, действующие на него при движении по прямолинейной траектории; на фиг.З - резец и силы, действующие на него при движении по криволинейной траектории; на фиг.4- лопасть долота с установленными на ней резцами-призмами, рассчитанными на ЭВМ 1 ВМ PC/AT.

На корпусе долота 1 установлены лопасти 2. На рабочей поверхности лопасти установлены твердосплавные элементы 3 в виде трехгранных призм. Их выполнение на лопасти соответствует заявленному техническому решению. Из фиг.4 видно, что при этом конфигурация резцов изменяется в зависимости от их месторасположения вдоль радиуса долота. Буровое долото работает следующим образом.

В процессе бурения осуществляют вращение долота с осевой нагрузкой на него, разбуривая при помощи лопастей забой скважины. При вращении долота перед каждым выступающим ребром-клином порода испытывает сжатие с образованием трещи- новатости. При этом происходит постоянное разрушение ее по трещинам и одновременное выталкивание вверх в сторону свободной поверхности забоя.

Использование изобретения позволяет уменьшить энергозатраты на бурение скважины за счет уменьшения крутящего момента на долоте и уменьшения энергоемкости разрушения горной породы, увеличить механическую скорость бурения за счет более эффективного использования реализуемой мощности на долоте и возможности увели- .чения нагрузки на долото за счет уменьшения крутящего момента, а также увеличить стойкость резцов-призм и, следовательно, проходку на долото.

Формула изобретения

Буровое долото режуще-скалывающего действия, включающее корпус с промывочными каналами и режущими лопастями, передняя поверхность которых армирована твердосплавными элементами в виде трехгранных призм, одно из ребер которых выступает над телом режущей лопасти в сторону вращения долота, отличаю щее- с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем снижения энергоемкости разрушения горной породы и повышения стойкости твердосплавных элементов, ближняя к центру долота грань каждой призмы выполнена вогнутой, а дальняя

от центра долота грань каждой призмы выполнена выпуклой, при этом в плоскости, перпендикулярной оси долота, угол между касательной в каждой точке выпуклой и вогнутой граней призм и перпендикуляром восстановленным к линиям, соединяющим центр долота с данными точками, равен половине угла при вершине призм.

Использование: изготовление породо- разрушающего инструмента для бурения скважин. Сущность изобретения1 долото содержит корпус с промывочными каналами и режущими лопастями. Передняя поверхность лопастей армирована твердосплавными трехгранными призмами, одно ребро которых выступает в сторону вращения долота. Ближняя к центру долота грань каждой призмы выполнена вогнутой, а дальняя грань - выпуклой. В плоскости, перпендикулярной оси долота, угол между касательной в каждой точке выпуклой и вогнутой граней и перпендикуляром, восстановленным к линиям, соединяющим центр долота с данными точками, равен половине угла при вершине призм. 4 ил. & Ј

fi

/

- .

/;/-.

)Й7/ЫГЛ 1

х

L

3 AJ,

СП1. 3

а)

frr

,К | |Р«а1

-Z fahl& 2