БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Советский патент 1970 года по МПК E21B10/08 

Известны буровые шарошечные долота, оси шарошек которых смеш,ены относительно главных осей симметрии окружности долота. Благодаря этому смещению улучшается проскальзывание венцов шарошек по забою при бурении пластичных пород.

Долота со смещенными осями шарошек характеризуются нерациональным раснределением величин скольжений по длине образующих шарошек. Величина скольжения щарошки на забое за один оборот долота, вызванная с.мещением ее оси, постоянна для всех точек образующей конуса щарошки, в то время как длииы окружиостей забоя, обрабатываемых этими точками от центра к периферии, растут пропорционально радиусу последнего.

Предлагаемое долото отличается тем, что каждая шарошка сиабжена ведущим венцом с увеличенными зубками, обеспечивающим перекатывание этого венца на забое без скольжения, и веицами со скольжением. Ведущие венцы смещены относительно друг друга по радиусу скважины и перекрыты венцами со скольжением других шарошек, которые расположены по направлению оси долота выше перекрываемых ими ведущих венцов.

Эти особенности долота повышают эффективность бурения в пластичных породах.

точку пересечения осей шарошки и оси долота и вершину соответствующего ведущего венца.

На фиг. 1 изображен разрез долота по лапе

/ и шарошке 2, а также даиы частичные разрезы остальных двух шарошек; иа фиг. 2 дана кинематическая схема работы . элементов щарошки при вращении долота. На каждой шарошке имеется по одному

ведущему венцу б с увеличенными зубками.

входящими в зацепление с породой. Зубки

перекатываются по забою без скольжения,

оставляя неразбуреиную «рейку.

Чтобы ведущий венец перекатывался на

забое без скольжения в каждый данный момент, момент сопротивления нроскальзывлиию ведущего венца относительно оси шарошки OL должен превышать такие же моменты венцов, расположенных ннже и выше

мгновенной оси вращения шарощки ОМ в отдельности. При этом иоложение мгновеиной оси вращеиия ОМ совпадает с линией, проходящей через точку О иересечения осей долота и оси шарошки (см. фиг. 2) и через вершину зубка ведущего веица б.

Скорость вращеиия шарошки относительно оси цапфы где RB и rs - соответственно радиус шарошки в точке Б на образующей венца б и радиус окружности на забое, контактирующей с точкой Б; (Од-скорость вращения долота. Кратчайшее расстояние от любой рассматриваемой точки шарошки в момент ее контакта с забоем до мгновенной оси ее вращения определяется выражением. ;, - л/р ,- л . х- Q(X - ч где 1 - передаточное отношение от долота к шарошке; Q-мгновенная угловая скорость вращения шарошки; Ry. и Гд.- соответственно радиусы шарошки в рассматриваемой точке и соответствующей окружности забоя. Скорость скольжения рассматриваемой точки V Q hjc - Шд (R - fj. i). Абсолютную величину нутн скольжения можно получить интегрированием последнего выражения по углу поворота долота. Для одного оборота долота будем иметь s 2(). ;: Полученное абсолютное значение скольжения венца по забою не может характеризовать венец с точки зрения эффективности разбуривания соответствуюшей кольцевой площадки забоя, поскольку одна и та же величина скольжения, обесиечивающая полное-разрушение малой кольцевой площадки забоя за один оборот долота на глубину внедрения зубьев в породу, на большей кольцевой площадке может оказаться далеко недостаточной для подобного рода разрушения. Эффективность бурения тем или иным веицом в нластичных нородах определяется удельной величиной скольжения, т.. е. величиной скольжеиия, приходящейся на единицу длины окружностн площадки забоя, соответствующей рассматриваемому венцу шарошки. Удельная величина скольжения в процентах от общей длины рассматриваемой окрул ностн забоя выражается формулой S, R.. Таким образом, если задаться ведущим венцом, т. е. иаправленнем мгновенной осп вращения и величинами удельных скольл ений, построить соответствующий профиль шарошки. Чтобы скорость бурения не органнчивалась кольцевыми площадками забоя, по которым без скольжения перекатываются ведущие венцы, профили шароЩек должны быть такими, чтобы площадка, соответствующая ведущему венцу одной шарошки с некоторым отставанием в нанравлении оси долота, разбуривалась скользяшим венцом другой шарошки. В этом случае ведущий венец образует свою «рейку на забое, а скользящий венец другой щарошки снимает вершинки выступов этой «рейки. Величина отставания скользящих венцов от соответствующих ведущих венцов в зависимости от механических свойств породы быть такой, чтобы момент сопротивления проскальзыванию ведущего венца б относительно оси шарошки превыщал момеиты сопротивления венцов со скольжением, расположенных ниже и выше мгновенной вращения в отдельности.г На фиг. 1 буквами б обозначены ведущне венцы; нунктирнымн линиями - расчетные панравления мгновенных осей вращения; лиНИИ OL показывают расположение осей шарошек; линии ОТ представляют собой след плоскости, иернендикулярной Оси долота и проходящей через точку нересечення осей цапф с осью долота. В приведеииой схеме у второй и третьей шарошек ведушими являются периферийные венцы с одинаковыми зубками, образующие одну «рейку. Вершины выступов этой «рейкп разрушаются скользящим периферийным венцом первой шарошки. Выступы «рейки первой шарошки разрушаются средним скользяшим вепцом второй шарошки. Предмет изобретения Буровое шарошечное долото, . отличающееся тем, что, с целью увеличения эффективностн бурения в пластичных нородах, каждая шарошка спабжена ведущим венцом с увеличенными зубками, обеспечивающими перекатывание этого венца на забое без скольл ения, н венцами со скольжением, причем ведущие венцы смещены относительно друг друга по радиусу скважины и перекрыты венцами со скольл енпем других шарошек, которые располол ены по направлению осп долота выше перекрываемых пми ведущих венцов. 2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что скользящпе венцы расположены на расчетном расстоянии от линии, проходящей через точку пересечения осей шарошки и долота и вершину соответствующего ведущего венца.

Ж шарошка

fi/г. /

us.2