ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
ROLLING DRILLING BIT

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа.
Известно шарошечное долото, содержащее корпус с цапфами, на которых смонтированы посредством подшипников шарошки с породоразрушающими элементами, расположенными на венцах шарошек (авт. св. СССР №1509503, кл. Е21В 10/16, 1987 г.).
Недостатком данного долота является малая эффективность его работы при бурении по крепким породам из-за образования «сахарной головки» в центральной части забоя. Это объясняется тем, что скорость вращения вершинной части шарошек приближается к нулю и для разрушения породы требуется приложение значительных осевых нагрузок, приводящих к заклиниванию шарошек и поломке цапф.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является шарошечное долото, содержащее корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с вогнутой сферической вершиной, армированной породоразрушающими зубками (см. патент РФ №73432, кл. Е21В 10/16, 1949 г.).
К недостаткам данного инструмента можно отнести низкую эффективность, связанную с разрушением породы в центральной части забоя методом истирания. Если при бурении по мягким породам этот недостаток сказывается мало, то при бурении пород средней твердости и особенно более твердых пород это приводит к образованию так называемой «сахарной головки» и долото практически зависает на центральном выступе. Это резко снижает как проходку, так и скорость бурения.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым.
Указанный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с вогнутой сферической вершиной, армированной породоразрушающими зубками, согласно изобретению породоразрушающие зубки выполнены съемными и с утолщением на хвостовике, при этом вершинная часть шарошки выполнена с каналами для размещения съемных зубков, а торец цапфы - с несколькими концентрическими рядами в виде кулачковых венцов, взаимодействующих с хвостовиками съемных зубцов.
Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- кулачковые венцы в сечении, перпендикулярном продольной оси цапфы, имеют трапецеидальную форму.
- утолщения хвостовиков породоразрушающих зубков выполнены в виде выступов сферической формы.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид фрагмента шарошечного долота в продольном разрезе, на фиг.2 - развертка по линии А-А на фиг.1.
Шарошечное долото содержит корпус 1 с цапфой 2, на которой посредством подшипников 3 установлена шарошка 4 с вогнутой сферической вершиной 5, армированной породоразрушающими зубками 6. Породоразрушающие зубки 6 выполнены съемными и с утолщением 7 на хвостовике, при этом вершинная часть шарошки 3 выполнена с каналами 8 для размещения съемных зубков 6, а торец цапфы 2 - с несколькими концентрическими рядами в виде кулачковых венцов 9, взаимодействующих с утолщениями 7 хвостовиков съемных зубцов 6. Утолщения 7 хвостовиков выполнены, преимущественно, в виде сферических выступов, а кулачковые венцы 9 в сечении, перпендикулярном продольной оси цапфы 2, - в виде трапеций (см. фиг.1). Однако возможны и другие варианты выполнения выступов 7, например в виде кольцевых или другой формы буртов.
Принцип работы предложенного долота заключается в следующем. При приложении к долоту осевой нагрузки и крутящего момента разрушение породы происходит по двум поверхностям: горизонтальной и вертикальной. В первом случае разрушение породы происходит в результате дробления за счет перекатывания зубков 6 по забою. Во втором случае происходит скалывание породы, так как зубки 6, расположенные на вогнутой поверхности вершины 5 шарошки 4, приобретают принудительное вращение от перекатывания ее в перпендикулярном к торцу направлении. При этом благодаря расположению зубков 6 с возможностью осевого перемещения за счет выполнения торца цапфы 2 с кулачковыми венцами 9 зубки 6 оказывают на породу ударное воздействие, что значительно повышает эффективность разрушения центральной части забоя. Одновременно с этим зубки 6 контактируют с породой периодически, что позволяет избежать температурного воздействия на зубки 6 и значительных изгибающих нагрузок. Кроме того, шарошки 2 с предложенной схемой расположения зубков 6, опираясь на центральный выступ забоя, облегчают работу опоры, так как в этом случае шарошка 2 одновременно контактирует как с центральным выступом забоя, так и с боковым стенкам скважины. Это разгружает нагрузку на опору шарошки.
В целом применение предложенного долота позволит повысить эффективность его работы. Это позволит снизить затраты на проведение буровых работ.