УСТРОЙСТВО РАБОЧЕГО ОРГАНА ЛОПАСТНОГО ДОЛОТА

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к буровым долотам и может быть использована при создании лопастных долот и шнековых буров для бурения сплошным забоем нефтяных, гидрогеологических, геологоразведочных, дренажных и других скважин технического назначения, проходимых в мягких и средней крепости горных породах.
Известно лопастное шнековое долото /шнековый бур/ для бурения скважин различного назначения без отбора керна, состоящее из корпуса с ребордами, на торцах которых попеременно размещены разрыхляющие и скребущие резцы. Разрыхляющие резцы свободно вращаются вокруг собственных осей и опережают скребущие резцы как по плоскости, так и по уровню забоя скважины /1/.
Основным недостатком таких долот является малая вооруженность периферийной части лопастей по сравнению с вооруженностью последующих венцов, расположенных к центру скважины, что заведомо снижает эффективность бурения скважин из-за значительного износа периферийного вооружения и, как следствие, потери диаметра долота при вполне работоспособном вооружении остальных венцов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является лопастное долото для вращательного бурения перемежающихся по крепости пород, состоящее из корпуса и лопастей ступенчатой формы, установленных с положительным передним углом относительно оси долота, у которого периферийные части лопастей выполнены с утолщением, а торцы задних половин утолщений лопастей по высоте расположены ниже торцов их передних половин /2/. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатков прототипа является невозможность замены износившихся породоразрушающих элементов лопастей на новые, что значительно снижает рабочий ресурс долота и увеличивает стоимость буровых работ.
Задача, решаемая полезной моделью в части устройства рабочего органа лопастного долота, заключается в обеспечении возможности замены изношенных породоразрушающих элементов на новые, а также возможность использования различных типов вооружения в зависимости от физико-механических свойств горных поро.
Технический результат состоит в увеличении рабочего ресурса долота и снижении стоимости буровых работ.
Достижению технического результата в части устройства рабочего органа лопастного долота способствует то, что в корпусе лопасти выполнены два сплошных паза - открытый и глухой, при этом ось открытого паза для сменного опережающего ножа лежит в плоскости параллельной плоскости лопасти, ось которой имеет угловое смещение относительно оси скважины, а ось глухого паза для сменного отстающего ножа лежит в плоскости под углом к плоскости, в которой лежит ось паза сменного опережающего ножа, а также тем, что все породоразрушающие элементы сменного отстающего ножа расположены ниже уровня породоразрушающих элементов сменного опережающего ножа относительно плоскости забоя скважины.
Полезная модель поясняется чертежом. На Фиг.1 представлено устройства рабочего органа лопастного долота - вид со стороны стенки скважины.
Перечень позиций.
1.Корпус лопасти.
2.Открытый паз.
3.Сменный опережающий нож.
4.Породоразрушающие элементы сменного опережающего ножа.
5.Глухой паз.
6.Сменный отстающий нож.
7. Породоразрушающие элементы сменного отстающего ножа.
8.Крепежные болты.
9.Калибрующие породоразрушающие элементы.
α - угол между осью лопасти и осью скважины.
β - угол между осью паза для опережающего ножа и осью паза для отстающего ножа.
Устройство рабочего органа лопастного долота состоит из лопасти 1, имеющей два паза - открытый 2, расположенный на внешней стороне лопасти 1, и глухой 5, расположенный на внутренней стороне лопасти 1. На внешней стороне лопасти выполнены резьбовые отверстия под стандартные болты 8 (на фиг.1 не показаны).
Открытый паз 2 имеет резьбовые отверстия под стандартные болты (на фиг.1не показаны) и служит для размещения опережающего ножа 3, имеющий соосные открытому пазу 2 отверстия. Опережающий нож 3 закрепляется в открытом пазу 2 при помощи стандартных болтов (на фиг.1 не показаны) с внутренней стороны лопасти 1. Опережающий нож 3 армирован породоразрушающими элементами 4 из износостойкого материала (предпочтительно из твердого сплава).
Глухой паз 5 служит для размещения отстающего ножа 6, имеющий соосные с лопастью 1 отверстия (на фиг.1 не показаны), в котором жестко закреплены породоразрушающие элементы 7, рабочая часть которых армирована износостойким материалом. Отстающий нож 6 закрепляется в пазу 5 на лопасти 1 стандартными болтами 8. На внешних поверхностях лопасти 1 и опережающего ножа 3 смонторованы породоразрушающие элементы 9, служащие для калибровки стенок скважины и поддержания номинального диаметра скважины при износе периферийных породоразрушающих элементов опережающего 3 и отстающего 6 сменных ножей.
При разработке конструкции лопастного долота угол установки лопасти на корпусе долота α, относительно диаметральной плоскости, и вид породоразрушающих элементов выбираются в соответствии с физико-механическими свойствами горной породы. Угловое смещение глухого паза 5 β относительно осевой плоскости лопасти 1 выбирается в зависимости от конструктивных особенностей породоразрушающих элементов 7 и способа разрушения породы.
Расположение породоразрушающих элементов 4 опережающего ножа 3 выше породоразрушающих элементов 7 отстающего ножа 6 относительно плоскости забоя скважины способствует повышения работоспособности последних, т.к. они разрушают породу, находящейся в стадии предразрушения от воздействия на нее породоразрушающими элементами 4 опережающего ножа 3. Следовательно, для этих породоразрушающих элементов можно использовать менее износостойкий материал, что снизит стоимость лопастного долота.
Таким образом, предлагаемое техническое решение устройства рабочего органа лопастного долота обладает следующими преимуществами перед известными конструкциями:
1.Обеспечивает возможность применения различных конструкций сменных ножей, образующих плоскую, выпуклую или вогнутую форму забоя скважины.
2.Обеспечивает возможность применения сменных ножей, армированных различными породоразрушающими элементами в зависимости от физико-механических свойств горных пород, не меняя корпус лопастного долота.
Источники информации
1. Патент ФРГ. Класс Е 21 В 10/44, DE 3228737 С2.
2.Патент РФ N22315850. Кл. Е 21 В 10/42. Опубл. 27.01.2008. Бюл. №3. Прототип.