ЛОПАСТЬ ЛОПАСТНОГО ДОЛОТА

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к буровым долотам и может быть использована при создании лопастных долот для бурения сплошным забоем нефтяных, гидрогеологических, геологоразведочных, дренажных и других скважин технического назначения, проходимых в мягких и средней крепости горных породах.
Известно долото для вращательного бурения, у которого каждый режущий элемент смещен относительно плоскости, проходящей через радиус долота, на определенный угол, при этом, передняя грань каждого резца лежит на плоскости, проходящей через радиус этого резца /1/.
Недостатком прототипа является недостаточная износостойкость режущих элементов лопастей, работающих в условиях, когда реакция от забоя скважины направлена перпендикулярно передним плоскостям резцов, что увеличивает сопротивляемость горной породы разрушению.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является долото для вращательного бурения, состоящее из корпуса и лопастей ступенчатой формы с породоразрушающими элементами, передние поверхности которых расположены в плоскостях с угловым смещением относительно диаметральной плоскости и направлены в сторону вращения долота /2/. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком данной конструкции долота является расположение всех породоразрушающих элементов, размещенных на лопастях ступенчато, на одном уровне относительно радиуса лопасти, т.е. все они лежат в одной радиальной плоскости. В результате разрушение горной порода хоть и происходит в облегченных условиях бокового сдвига, но ни один из резцов не имеет дополнительной обнаженной плоскости, которая бы еще более облегчила разрушение породы и обеспечила повышение рабочего ресурса породоразрушающих элементов и долота в целом.
Задача, решаемая полезной моделью в части лопасти лопастного долота, заключается в обеспечении увеличения износостойкости породоразрушающих элементов лопасти и долота в целом.
Технический результат состоит в увеличении рабочего ресурса долота и повышении механической скорости бурения.
Достижению технического результата в части лопасти лопастного долота способствует то, что на лопасти ступенчатой формы с породоразрушающими элементами, передние поверхности которых расположены в плоскостях с угловым смещением относительно диаметральной плоскости, центральный резец размещен на с опережением следующего за ним резца на величину как минимум 1,5s, а опережение центрального резца относительно всех остальных резцов составляет величину 1,5S×(n-1), где S-толщина породоразрушающего элемента, а n-количество этих элементов на лопасти.
Полезная модель поясняется чертежом. На Фиг. 1 представлена лопасть бурового долота вид сверху.
Лопасть лопастного долота выполнена ступенчатой формы, армирована центральным резцом 4 и, расположенными на больших радиусах, резцами 5, 6, 7 и 8.
Центральный резец 4 отстает от центра скважины на некоторую величину, в результате чего в центре забоя при бурении образуется рассечка 3, параметры которой определяются главным образом диаметром долота. Образующийся при бурении столбик керна в центре скважины, разрушается за счет поперечных колебаний долота, на что затрачивается минимальное количество энергии, поступающей к долоту.
Тем не менее центральный резец лопасти работает практически в условиях зажатой среды, т.е. в блокированных условиях, на что затрачивается до 15% энергии, потребляемой долотом. Но здесь необходимо отметить, что центральные резцы лопастей долота выполняют гораздо меньшую объемную работу разрушения, чем резцы размещенные на больших радиусах. Поэтому их рабочий ресурс практически сопоставим с ресурсом рядом расположенных резцов и на общую износостойкость не влияет.
Центральный резец 4 с передней гранью 2, лежащей в плоскости с угловым смещением α относительно диаметральной плоскости, при вращательном и одновременно поступательном движении лопасти образует на забое скважины канавку 1, в которую при определенных условиях, а именно, при наличии дополнительной обнаженной плоскости для следующего за центральным 4 резца 5. Тогда возможен сброс разрушенной породы резцом 5, работающего по принципу бокового сдвига горной породы, т.к. его передняя грань, также как и всех остальных породоразрушающих элементов лопасти, лежит в плоскости расположенной под углом α к диаметральной плоскости долота в канавку 1.
Образование дополнительной обнаженной плоскости для резца 5 возможно только при наличии опережения центрального резца 4 на величину как минимум равную 1.5S, где S толщина породоразрушающего элемента лопасти. Резец 5 образуют на забое канавку 2, резец 6 канавку 3 и т.д. При этом резец 4 образует дополнительную обнаженную плоскость Б для резца 5, а резец 5 дополнительную обнаженную плоскость В для резца 6 и т.д. при условии, что резец 4 опережают резец 5, а резец 5 опережает резец 6 и т.д. на величину 1.5S, т.е. каждый последующий резец, работающий на большем расстоянии от центра лопасти относительно предыдущего, должен отставать от опережающего его резца на величину 1.5S.
Что касается центрального резца 4, то опережение его по отношению к остальным резцам 5, 6 и т.д., расположенных на больших радиусах, можно определить из аналитического выражения 1.5S×(n-1), где n количество резцов на лопасти.
Поясним сказанное. Если толщина резца на лопасти равна 5 мм, то центральный резец 4 опережает рядом расположенный 5 на 1.5S, т.е. на 1.5×5=7.5 мм, а относительно резца 6, следующего за резцом 5, опережение его составляет величину 1.5S×(3-1)=15 mm, т.к. резец 6 третий по счету от резца 4. Опережение центрального резца 4 относительно резца 7 составит величину 1.5S×(4-1)=22,5 mm, а резца 8-1.5S×(5-1)=30 mm.
Кроме того необходимо отметить, что каждый резец на лопасти благодаря угловому смещению передней грани создает для следующего резца не только дополнительную плоскость обнажения Б, В и т.д., но и создает область предразрушения Г для последующего резца, что облегчает работу разрушения дополнительной плоскости обнажения каждым последующим резцом.
Таким образом, предлагаемое техническое решение лопасти лопастного долота имеет следующие преимущества перед известными:
1. Увеличивается износостойкость вооружения и в целом рабочий ресурс лопастного долота в горных породах мягких и средней крепости.
2. Повышается средняя механическая скорость бурения за счет облегченных условий разрушения породы каждым резцом, отстоящим от центрального, работающим в режиме бокового сдвига породы при наличии дополнительной обнаженной плоскости.
Источники информации.
1. Патент на изобретение РФ №2186193. Кл. E21B 10/42. Опубл. 27.07.2002. Бюл. №21.
2. Патент РФ на полезную модель №100545. Кл. E21B 10/42. Опубл. 20.12.2010. Бюл. №35.