Буровая коронка Советский патент 1982 года по МПК E21B10/52 

(54; БУРОВАЯ КОРОНКА

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровым коронкам для ударно-вращательного бурения.

Известна бурова коронка, содержащая корпус, износостойкие вставки с породоразрушающими кромками, ориентированными по кривой линии ij.

Недостаток известной коронки заключается в том, что она не обеспечивает при бурении равномерного распределения энергии осевого удара и момента вращения бурового механизма по площади забоя скважины, что ведет к потерям энергии и снижению скорости бурения.

Цель изобретения - повышение, механической скорости бурения путем равномерного распределения.энергии осевого усилия и момента вращения по площади забоя.

Указанная цель достигается тем, что форма кривой линии описывается следующим уравнением

- drctgrp

(r/rol W-t-oy -.)2 .

где (Q.г) цилиндрические координаты с осью Z., направленной по оси коронки, град, м соответственно)

-радиус коронки, м;

-расстояние от оси коронки до вставки, м;

а

10

м - момент вращения бурового механизма, кгм;

Ц - угол поворота коронки после каждого удара, град;

15

Q - осевое усилие бурового механизма, кг.

На фиг. 1 показан осевой разрез буровой коронки; на фиг. 2 - торец буровой коронки со сплошяамя криво20линейными вставками; на фиг. 3 - торец буровой коронки с криволинейными вставками, размещенными вдоль линий предложенной кривизны.

Буровая коронка состоит из корпу25са 1 и твердосплавных вставок 2, запрессованных в корпус 1 коронки. Каждая вставка 2 имеет постоянное поперечное сечение режущей кромки 3 с криволинейной средней линией 4, опре10деляемой предлагаемой зависимостью. В коронке имеются также водяные кана лы 5 . Для доказательства необходимости предлагаемой формы средней линии 4 составим дифференциальное уравнение соответствующее равенству элементов удельных сил, действующих на элемент площадки dS сектора забоя с углом у с одной стороны, и удельных сил, дей ствующих вдоль элемента дуги d L сред ней линии 4, расположенного внутри элемента площади dS, с другой сторон 4 CdQ)(pidl.%inot) ( 1 Р--ttdTF (, Ads; где Q осевое усилие удара коронки по забою, кг; (Q.r) цилиндрические координаты осью Z, направленной по ос коронки, град, м соответст венно; Ч - угол поворота коронки посл каждого удара, град; р - давление, создаваемое на з бое моментом вращения буро вого механизма; t constHO - параметр, зависящий от фо мы поперечного сечения реж щей кромки 3, от глубины е внедрения в породу и определяющий площадь контакта режущей кромки с забоем скважины. За отсутствием н обходимости структура t не раскрывается. dLW.(if-)V-/7 д9Г - элемент длины дуги; угол наклона касательной к средней линии 4 в точке (Q ,)) . с учетом обозначений по4S W -f (AQ vF ) При ударно-вращательном бурении осевое усилие удара и момент вращения бурового механизма вносят сравниваемые между собой вклады в процесс разрушения горной породы, а по тому, зададимся законами распределенияdQ--C,irdri Р-СаГ, yinrj-rj) ) n - число вставок в коронке; Y-Q - расстояние от оси коронки до ближайшей точки вставки, м; If - радиус коронки, м; М - момент вращения бурового механизма, кгм. С учетом (3) выражение (2) имеет да. 4 V-I-F C ( о ) 3wy - г t .10 Решение () , обеспечив ающее г/шниум длины твердосплавной вставки (с целью экономии твердого сплава), имеет вид e--5 arcsiv, «C ol - WtHro). «-о Vi-oMroIr) . - -1-ПГ-Г4 гг 2-VcHro): -/1-o Cf/Гк) г l(-/ro)) Cлeдyeт иметь в виду, что-урав.нение (1) при г- о несправедливо, так как при , (), а (). Поэтому (5) справедпивс при Го больших некоторой величины. Практические расчеты показывают, что Го должно быть больше 0,3 . Делать К)., еще меньшим нет смысла, так как центральная часть забоя, как правило, разрушается скалыванием далке при отсутст-/ ВИИ резцов на оси коронки. Поэтому в центре коронки может быть использована небольшая прямолинейная вставка. Кроме того, (5) справедливо только при а si. Таким образом, (5) имеет огт аничения а-so Первое ограничение показывает, что конкретная форма средней линии вставок должна рассчитываться с учетом технических характеристик бурового механизма (момента вращения М, осевого усилия Q, угла поворота коронки после каждого удара V и величин Го и 1 ) или же величины и М,- должны в процессе бурения регулироваться таким образом, чтобы обеспечивалось соответствие d формуле (5), где i - переменный индекс. В таблице приведены координаты точек средней линии вставок, выполненных в соответствии с предлагаемой зависимостью (5) для трех коронок (индексы 1, 2, 3): (01,1l / ifK) - «V о -0,7 к- 0,-1; Qep.WOi479. С ,Г2.|1к)-н/ bi 074 -aa-0/707 j . Qep.iV ()-й/7м. Го ол к-аъ--о,5 i где Qfcp.i . i,, приведены в единицах) . Возможны различные варианты исполнения коронок с криволинейными вставками предлагаемой кривизны:

вдоль линий лредлагаемой кривизны таким образом, что промежутки в сплошные вставки (фиг. 2) и разделенные (фиг. 3), которые размещены одной , линии перекрываются вставкам следу мцей длины. Все вставки должны быть обращены вогнутостью в сторону вращения коронки.

Бурение коронкой осуществляется следующим образом.

бурового механизма в направлении забоя и одновременным вращением коронки на угол режущая ,кромка 3 вставки 2 внедряется в породу, осуществляя ее разрушение сжатием и скалыванием. Затем буровой механизм отводит коронку от забо и снова наносит удар по забою с одновременным поворотом коронки на угол f .

Оценим приближенно увеличение скорости бурения V Р использоваНИИ вставок со средней линией предлагаемой кривизны в сравнении со скоростью бурения V известной корокой.

Длина вставок от О, до 0,5Гц примерно одинакова и равна 0,5-,.

О

1,6

5,5

0,450,60

0,3

14,237,0

Формула изобретения

Буровая коронка, содержащая корпус, износостойкие вставки с породор lзpyIIJaющи ли кромками, ориентированными по кривой линии, отличающаяся тем, что, с целью повышения механической скорости бурения путем равномерного распределения энергии осевого усилия и момента вращения по площсши забоя, форма кривой линии описывается следующим уравнением

Ц

i

ГаСГо|го-/(ПГо)« п,

в « аго

т(-а(ЫПс1

(/)1

1 Г --ro-cigli-(r/fb)(ht) J

где (Q,- )

- цилиндрические координаты с осью Z, напДлина вставок от 0,5Гц до г : у npeдлaгae юй вставки 1,1 б г. измерена графически по координатам/в из Таблицы , а у известной не 6oJiee . Соотношение полезно распределенной по площади забоя энергии у предлагаеьюй А и известной Л коронок равно

Д.а Q9.,6 ft, Cl50;1.

Таким образом, у известной коронки 63% энергии распределяется не по назначению, из которой на потери уйдет половина, т.е. 31,5%. Будем считать, что СКОРОСТЬ бурения hi пропорциональна -/А, тогда , -1,147, т.е. скорость бурения предлагаемой коронкой возрастает на 14,7%.

. Для взрывания 1 млн. т пород .С1зедней крепости требуется пробурить 40000 п. м скважин при стоимости 1 п. м пород средней крепости 2 руб. Тогда за год экономический эффект. составляет 11,7 тыс. руб/1 млн.т.

12,4

16,5

25,3

0,6750,75

0,8250,90 1,00

64,0. 77,592,2 111,5

50,3

равленной по оси короики, град, м соответственно;

- радиус коронки, м;

- расстбяние от оси коронки до вставки, м;

ь(3M«f /i Сго/Гк)

г

aQ«oV ttreir «/T)

момент вращения буровомго механизма, кгм;

У Qугол поворота коронки после К 1ждого удара, трад; осевое усилие бурового механизма, кг. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

J «