ДОЛОТО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к горному делу, а именно к долотам для вращательного бурения, преимущественно шнековым способом, содержащим в центральной части долота забурник.
Известно долото для вращательного бурения, состоящее из корпуса с двумя режущими лопастями, оснащенными породоразрушающими вставками, и забурником (А.С. СССР №137481, класс 5b, 20 опубликовано Бюл. №8, 1961 г.). Данное долото для вращательного бурения за счет наличия только двух режущих лопастей имеет небольшой коэффициент заполнения забоя скважины телом долота, что обеспечивает своевременную выдачу буровой мелочи на шнек и способствует увеличению скорости бурения относительно мягких пород. Этому же способствует и установка породоразрушающих вставок с нулевым углом. При этом наличие забурника в центральной части долота не только обеспечивает центрацию долота по оси бурения и облегчает забуривание долота в крепких прослоях породы, но и способствует удержанию долота на оси бурения, например при повреждении одного из режущих лезвий.
Недостаток данного технического решения заключается в установке породоразрушающих вставок с нулевым углом, что снижает эффективность бурения перемежающихся по крепости пород т.к., при встрече с прослоями пород повышенной крепости будет увеличиваться количество поломок породоразрушающих вставок и приводить в связи с этим к прекращению процесса бурения.
Наиболее близким является долото для вращательного бурения, состоящее из корпуса с двумя режущими лопастями, оснащенными породоразрушающими вставками, выполненными с отрицательными передними углами, и забурником (.А.С. СССР №258197, класс МПК E21B, опубликовано Бюл. №1, 1970 г.). Данное долото за счет установки породоразрушающих вставок с отрицательными передними углами позволяет снизить поломки породоразрушающих вставок при бурении пород повышенной крепости.
Недостаток данного технического решения при бурении перемежающихся по крепости пород заключается в установке породоразрушающих вставок, выполненных с отрицательными передними углами, т.к., при бурении мягких прослоев породы(при неизменных силовых параметрах привода) будет снижаться скорость бурения. При этом, увеличение осевого давления на забой, в данном случае, будет неэффективно из-за роста стоимости бурения 1 м скважин в мягких породах.
Полезная модель направлена на повышение эффективности бурения перемежающихся по крепости пород, которая достигается за счет того, что в долоте для вращательного бурения, состоящем из корпуса с двумя режущими лопастями, оснащенными породоразрушающими вставками, выполненными с отрицательными передними углами, и забурником, одна из режущих лопастей выполнена неподвижной, а вторая комбинированной, состоящей из неподвижной и подвижной, в осевом направлении, частей, при этом подвижная часть конгруэнтно размещена в глухом продольном пазе, выполненном в неподвижной части, с образованием задней опорной стенки, передней стенки и опорной поверхности, установлена с опережением, в сторону забоя, неподвижной режущей лопасти и опирается торцом хвостовика подвижной части на упругий элемент, закрепленный в глухом продольном пазе между торцом хвостовика подвижной части и опорной поверхностью неподвижной части, при этом в хвостовике подвижной части, размещенном под передней стенкой неподвижной части, выполнено сквозное ориентированное в осевом направлении, продолговатое отверстие, длина которого не менее величины опережения подвижной части относительно неподвижной режущей лопасти, при этом подвижная часть закреплена посредством стопорного болта, проходящего через отверстие, выполненное в передней стенке неподвижной части, сквозное продолговатое отверстие хвостовика подвижной части, и закрепляемого в гнезде, выполненном в задней опорной стенке неподвижной части.
Указанное долото для вращательного бурения позволяет повысить эффективность бурения перемежающихся по крепости пород.
Выполнение у долота одной из режущих лопастей неподвижной, а второй комбинированной, состоящей из неподвижной и подвижной частей, позволяет с одной стороны обеспечить надежную жесткую связь неподвижной режущей лопасти с корпусом и забурником долота, что обеспечивает стабильность работы долота на забое, например при повреждении второй лопасти, а с другой, предопределяет возможность изменения удельного давления на режущих лезвиях долота, за счет подвижности одной из режущих лопастей, при изменении крепости буримых пород и придает ему свойство адаптивности.
Выполнение одной из режущих лопастей комбинированной, состоящей из неподвижной и подвижной, именно в осевом направлении, частей, и размещение подвижной части именно конгруэнтно в глухом продольном пазе, выполненном в неподвижной части, с образованием задней опорной стенки, передней стенки и опорной поверхности позволяет, во-первых, обеспечить надежное жесткое соединение неподвижной части с корпусом долота и, соответственно, надежную связь подвижной части с неподвижной через указанные элементы при ее перемещении в процессе бурения, с предотвращением попадания срезанной стружки породы внутрь глухого продольного паза, а, во-вторых, позволяет при перемещении подвижной части режущей лопасти, именно в осевом направлении, т.е., параллельно оси долота, не изменять заданные углы резания режущих лезвий.
Установка подвижной части с опережением, в сторону забоя, неподвижной режущей лопасти позволяет на мягких прослоях породы обеспечить рабочий контакт с забоем забурника и только одного, в данном случае комбинированного лезвия, а следовательно, увеличить удельные давления на одном режущем лезвии и повысить скорость бурения мягких прослоев долотом оснащенным породоразрушающими вставками, выполненными с отрицательными передними углами.
Наличие упругого элемента и контакт подвижной части торца хвостовика с упругим элементом, закрепленным в глухом продольном пазе между торцом хвостовика подвижной части и опорной поверхностью неподвижной части позволяет обеспечить опережение, в сторону забоя, подвижной части и за счет сил упругости адаптироваться к изменяющимся нагрузкам, т.е., к изменяющимся реакциям отпора пород различной крепости.
Выполнение сквозного продолговатого отверстия в хвостовике подвижной части, размещенном именно под передней стенкой неподвижной части, предотвращает попадание срезанной стружки породы в данное отверстие, ее уплотнение и, как следствие, повышает надежность работы подвижной части.
Закрепление подвижной части посредством стопорного болта, проходящего через отверстие, выполненное в передней стенке неподвижной части, сквозное продолговатое отверстие хвостовика подвижной части, ориентированное именно в осевом направлении, и закрепление стопорного болта в гнезде, выполненном в задней опорной стенке неподвижной части обеспечивает осевое перемещение подвижной части и позволяет надежно удерживать подвижную часть при ее перемещении в глухом продольном пазе как в процессе работы, так и при подъеме долота из скважины. При этом, ориентирование сквозного продолговатого отверстия именно в осевом направлении, меньше ослабляет поперечное сечение хвостовика подвижной части по сравнению с другими возможными вариантами размещения аналогичных продолговатых отверстий. Кроме того, вследствие конгруэнтного размещения подвижной части в глухом продольном пазе, выполненном в неподвижной части, в процессе бурения хвостовик подвижной части будет опираться на заднюю опорную и переднюю стенки, а, следовательно, диаметр сквозного продолговатого отверстия и, соответственно, стопорного болта могут быть уменьшены, что будет способствовать повышению прочности соединения.
Выполнение сквозного ориентированного в осевом направлении, продолговатого отверстия, длина которого не менее величины опережения подвижной части относительно неподвижной режущей лопасти позволяет гарантированно обеспечить перемещение подвижной части в сторону полного сжатия упругого элемента торцом хвостовика подвижной части и выхода подвижной части на один уровень с неподвижной режущей плоскостью в плоскости забоя без упора в тело стопорного болта.
Закрепление стопорного болта в гнезде, выполненном именно в задней опорной стенке неподвижной части также будет способствовать повышению надежности работы поскольку задние опорные стенки, как наиболее нагруженные, имеют большую толщину, а следовательно гнездо для крепления стопорного болта в данной стенке будет иметь большее число витков резьбы.
На фиг. 1 показано долото для вращательного бурения (установка подвижной части комбинированной лопасти при бурении мягких пород); на фиг. 2 показан разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показан разрез по Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 показано долото для вращательного бурения (установка подвижной части комбинированной лопасти при бурении крепких пород); на фиг. 5 показан разрез по В-В на фиг. 4; на фиг. 6 показан разрез по Г-Г на фиг. 5.
Долото для вращательного бурения, состоит из корпуса 1 с двумя режущими лопастями, оснащенными породоразрушающими вставками 2, выполненными с отрицательными передними углами, и забурником 3. Одна из режущих лопастей выполнена неподвижной 4, а вторая комбинированной 5, состоящей из неподвижной 6 и подвижной 7,в осевом направлении, частей. Подвижная часть 7 конгруэнтно размещена в глухом продольном пазе 8, выполненном в неподвижной части 6, с образованием задней опорной стенки 9, передней стенки 10 и опорной поверхности 11, установлена с опережением, в сторону забоя, неподвижной режущей лопасти 4 и опирается торцом 12 хвостовика 13 подвижной части 7 на упругий элемент 14(например, из резины), закрепленный в глухом продольном пазе 8 между торцом 12 хвостовика 13 подвижной части 7 и опорной поверхностью 11 неподвижной части 6. В хвостовике 13 подвижной части 7, размещенном под передней стенкой 10 неподвижной части 6, выполнено сквозное ориентированное в осевом направлении, продолговатое отверстие 15, длина которого не менее величины опережения подвижной части 7 относительно неподвижной режущей лопасти 4. Подвижная часть 7 закреплена посредством стопорного болта 16, проходящего через отверстие 17, выполненное в передней стенке 10 неподвижной части 6, сквозное продолговатое отверстие 15 хвостовика 12 подвижной части 7, и закрепляемого в гнезде 18, выполненном в задней опорной стенке 9 неподвижной части 6.
Предлагаемое долото для вращательного бурения работает следующим образом. В процессе вращательного бурения к долоту прилагается осевое усилие и крутящий момент, под действием которых и происходит непосредственно процесс бурения.
При бурении мягких прослоев породы осевое усилие незначительно, реакции отпора породы невелики и подвижная часть 7 комбинированной режущей лопасти 5, за счет выполнения с опережением, в сторону забоя, неподвижной режущей лопасти 4 одна, совместно с забурником 3, удерживающим долото на оси бурения, производит эффективное резание мягкой породы несмотря на размещение на ней породоразрушающих вставок с отрицательными передними углами. В этом случае резание мягкой породы осуществляется только подвижной частью 7,что уменьшает длину контакта режущего лезвия всего долота с забоем и обеспечивает увеличение удельного давления на забой необходимого для объемного разрушения мягких прослоев породы. Величина опережения подвижной части 7 комбинированной режущей лопасти 5 определяется расчетным путем с учетом крепости буримых пород и прочностных характеристик материала упругого элемента 13.
При встрече долота в процессе бурения с более крепкими прослоями породы реакции отпора породы будут возрастать и подвижная часть 7 комбинированной режущей лопасти 5, преодолевая силы упругости элемента 13, будет перемещаться вверх и занимать, при полном сжатии упругого элемента 13, крайнее верхнее положение, при котором подвижная часть 7 комбинированной режущей лопасти 5 располагается на одном уровне с неподвижной режущей лопастью 4 в плоскости забоя. В этом случае удельные нагрузки на единицу длины обоих режущих лезвий 4, 5 уменьшаться, что будет способствовать повышению их прочности. При этом, исходя из общепризнанных рекомендаций, с целью интенсификации процесса разрушения крепких прослоев породы осевое давление на режущие лезвия, оснащенные породоразрушающими вставками с отрицательными передними углами, может быть обосновано (с учетом стоимости бурения 1 м скважин в крепких породах) увеличено до заданных пределов.
Выполнение долота для вращательного бурения вышеуказанным способом позволяет повысить эффективность бурения перемежающихся по крепости пород.