Одношарошечное долото Советский патент 1982 года по МПК E21B10/08 

I . - , Изобретение относится к горному делу, конкретно к технике бурения промысловых, разведочно-поисковых, взрывных и других скважин. Известно одношарошечное буровое долото, состоящее из корпуса с наклонной цапфой, на которой с помощью подшипников смонтирована сферическая шарошка. Центр сферы шарошки лежит на оси корпуса долота р . Недостатком такого долота является низкая стойкость вооружения шарош ки ввиду ее неудовлетворительной кинематики и динамики. При обкатывании шарошкой стенок забоя точки ее сферической поверхнос ти имеют равные линейные скорости. Чем дальше от оси вращения шарошки, тем эти скорости выше и наоборот. В точке выхода оси шарошки на ее повер ность линейные скрости равны нулю, а дальше (от этой точки и до центра забоя) направление вектора скоростей протиэоположно направлению относительного перемещения частиц забоя, и суммарная скорость породоразрушаюих элементов равна . , линейная скрость конца оси где на поверхности шарошки; линейная скорость породо- : разрушающих элементов на стороне, противоположной рабочей стороне (прижимаемой к стенке забоя. В результате указанные элементы вооружения шарошки вступают в режим чистого резания. Элементы центральной части шарошки (примыкающей к центру забоя) описывают длинные траектории, испытывают высокие боковые нагрузки (на срез) и к тому же воспринимают основную часть осевых нагрузок от подачи долота. Наиболее близким к предлагаемому является одношарошемное буровое долото, состоящее из корпуса с эксцент391рично смещенной относительно оси кор пуса цапфой, на которой посредством подшипников смонтирована сферическая шарошка 2, Недостатком этих долот является отмеченная выше низкая стоимость вооружения шарошек, ввиду неудовлетворительной кинематики и динамики доло та, что обусловлено расположением цент ра сферы шарошки на геометрической оси корпуса и возникающим при этом встре ным по отношению стенок забоя направ лением векторов линейных скоростей элементов вооружения шарошки в центральном секторе (анализ скоростей см. вь1ше. В результате эти элементы работают в режиме резания и к тому же испытывают значительные осевые усилия от подачи корпуса,что вызывает преждев ременный опережающий.износ этих элементов (эти элементы обычно не рассчитаны на боковые тангенциальные усилия/. Цель изобретения - повышение эффе тивности разрушения высокопрочных пород и увеличение при этом стойкости вооружения путем исключения режим резания и боковых тангенциальных уси лий на элементах вооружений централь ного сектора шарошки. Указанная цель достигаетсяо тем, что в одношароШе.чном буровом долоте, состоящем из корпуса с эксцентрично смещенной относительнЬ его оси цапфой, на которой посредством подшипников смонтирована сферическая шарошка,последняя выполнена с конусной поверхностьюу вершины,сопряженной со сферичесг кой поверхностью,причем ось корпуса пересекается с осью шарошки в вершине конуса. На чертеже изображено предлагав-. мое долото, Одношарошечное буровое долото содержит корпус 1, наклонную цапфу 2, подшипники 3, шарошку 4, вершину 5 канал для промывки 6, твердосплавные штыри 7- Наклонная цапфа 2 эксцентрич но смещена относительно геометрической оси вращения корпуса 1 так, чтоэта ось пересекает геометрическую ось цапфы 2 в точке О, лежащей на наружной поверхности сферы шарошки в ее вершине 5- Вершина 5 выполнена в виде конуса, поверхность которого сопрягается со сферической поверхнос тью шарошки . Корпус 1 имеет коничес кий хвостовик с резьбой для соединения ( навинчиванием ) с буровой штйнгой 4 Внутри корпуса и цйпфы имеется сквозной канал 6 для промывочной жидкости. Шарошка вооружена твердосплавными штырями 7 и имеет внутреннюю расточку для посадки на цапфу 2, причем шарошка удерживается на цапфе двумя рядами подшипников 3. обойками которых служат поверхности расточки и цапфн. Расточка соединяется сквозными отверстиями в ее центральном секторе с наружной поверхностью шарошки. Одношарошечное буровое долото работает следующим образом. При вращении корпуса 1 эксцентрично смещенная цапфа 2 начинает вращаться вокруг геометрической оси корпуса, описывая при этом телесный угол (конус) с вершиной, исходящей из вершины 5 шарошки. В результате этого края шарошки 4 последовательно прижимаются к стенкам забоя, а вершина 5 постоянно находится в центре воронки. Размеры воронки при этом превышают диаметр сферы шарошки, за счет чего породоразрушающие элементы на стороне, противоположной той, которая прижимается цапфой к забою, свободны от зацепления со стенками забоя- и, следовательно, не находятся в режиме резания с характерными для этого режима боковыми (тангенциальными) усилиями. Твердосплавные штыри работают только в режиме обкатки, при котором преобладают осевые нагрузки, действующие со стороны забоя. Таким образом, применением долота предлагаемой конструкций исключается режим резания за счет совмещения конца оси вращения шарошки с осью вращения корпуса. В результате этого размеры воронки становятся значительно больше размеров сферы шарошки и твердосплавные штыри на стороне, противоположной рабочей, выходят из зацепления со стенками забоя. Кроме того, улучшается режим работы твердосплавных штырей, исключается их интенсивный износ в центральном секторе шарошки (за счет разгрузки от тангенциальных усилий), увеличивается эффективность разрушения горных пород высокой Прочности. Предлагаемое одношарошечиое буровое долото дешевле существующих, проще по конструкции и вооружению и имеет большой срок службы. Годовой экономический эффект от их применения. . на карьерах Украины составляет 200 тыс.руб.

Формула изобретения Одношарошечное долото, вклочающее корпус с эксцентрично смещенной относительно его оси цапфой и установленную на цапфе посредством подшипников s сферическую шарошку, отличающееся тем, что, с целью повышения стойкости вооружения шарошки, последняя выполнена с конусной поверхностью у вершины,, сопряженной со сфе-О рической поверхностью, причем ось корпуса пересекается с осью шарошки в

вершине конуса.

сИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР , fr ZtSsee. кл. Е 21 В 9/08, 1567..

2. Зубарев А. В. и др. Одношарошеные долота. М., Недра, 1971. § 3, с. 151 прототип).