Алмазное буровое долото

Полезная модель относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента применяемого для изменения направления проведения скважин с использованием отклонителей непрерывного действия фрезерующего типа.
Известен буровой породоразрушающий инструмент для использования с отклонителями непрерывного действия, включающие корпус с резьбой, породоразрушающие элементы [Нескоромных В.В. Направленное бурение и основы кернометрии: Учебник. - 2-е изд. - М.: ИНФРА-М; Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. с. 217-219]. К недостаткам таких долот относится высокая погрешность при выполнении работ по искривлению скважин, связанная с возникновением дезориентирующего усилия вследствие трения бокового вооружения породоразрушающего инструмента о породу и сопротивления породы разрушению.
Известен буровой породоразрушающий инструмент [каталог породоразрушающего инструмента компании НИН «БУРИНТЕХ», http://burintekh.ru/upload/iblock/4cd/4cdfdb68819dd588c11063e160267946.pdf], включающий наклонные боковые лопасти, содержащие породоразрушающие элементы. Недостаток данных долот заключается в отклонении плоскости набора кривизны от проектного направления при использовании с отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа ввиду неравенства усилий сопротивления горных пород разрушению боковым вооружением и упругой реакции породы осевому перемещению при прижатии долота к стенке скважины.
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение точности процесса искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа с использованием алмазных буровых долот.
Указанный технический результат достигается за счет конструктивных изменений бокового вооружения алмазного долота - расположения алмазного вооружения в виде алмазосодержащих штабиков с наклоном под определенным углом у, который находится из зависимости  в направлении вращения инструмента.
Совокупность признаков заявляемой полезной модели, а именно расположение бокового вооружения алмазного долота в виде наклонных алмазосодержащих штабиков и их наклон на угол у, который находится из зависимости  не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемого алмазного бурового долота критерию новизны.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показано заявляемое алмазное буровое долото;
на фиг. 2 показана схема силового воздействия на наклонный алмазосодержащий штабик в процессе работы.
На фиг. 1 и 2 обозначено:
резьба - 1; корпус алмазного бурового долота - 2; наклонный алмазосодержащий штабик - 3.
д
откл
д
откл
r
В процессе работы алмазного бурового долота, фиксируемого на отклонителе непрерывного действия фрезерующего типа с помощью резьбы 1, возникает отклонение плоскости набора кривизны от проектного направления за счет дезориентирующего усилия Р, которое предопределено процессом разрушения горной породы алмазными резцами на боковой поверхности алмазосодержащей матрицы под действием отклоняющего усилия Р. Совместное действие усилий Р и Р формирует результирующее усилие P.
Зависимость для оценки величины угла отклонения плоскости набора кривизны А (фиг. 1):
д
Условием точности процесса искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа с использованием алмазных буровых долот является минимизация дезориентирующего усилия Р.
д
д
Поскольку усилие Р вызвано сопротивлением горной породы резанию-скалыванию прижатой частью бокового вооружения алмазного долота, зависимость для Р выглядит следующим образом:
р
б
ск
ск
2
где Р - усилие резания-скалывания горной породы алмазным резцом, даН; h - глубина внедрения алмазного резца в породу, мм; d - диаметр алмазного резца, мм; n - количество прижатых к стенке скважины боковых алмазных резцов; γ - угол скалывания породы перед передней гранью резца, градус; σ - предел прочности горной породы на скалывание, даН/мм; μ - коэффициент трения алмазного резца о породу.
Глубина внедрения алмазного резца в породу может быть рассчитана из следующей зависимости:
ш
2
где р - твердость горной породы, даН/мм; ϕ - угол внутреннего трения горной породы, градус.
т
б
ос
откл
ос
i
Механизм работы долота с наклонным расположением алмазосодержащих штабиков 3 на боковой поверхности определяется силовым взаимодействием торцевых n и боковых n алмазных резцов с горной породой под воздействием осевого Р и отклоняющего Р усилий. С учетом того, что часть осевого усилия Р компенсируется силой прижатия резцов, на каждый торцевой и боковой алмазный резец будет действовать усилие P, определяемое как:
ос
т
где Р - осевое усилие, даН; n - количество торцевых алмазных резцов.
с
б
откл
Осевому внедрению алмазных резцов в штабике долота препятствует реакция разрушаемой горной породы Р, направленной от породы в направлении резцов, определяющих геометрию наклонного штабика. С учетом того, что сопротивление со стороны твердой горной породы вызвано в основном ее упругими реакциями, которые могут быть выражены через коэффициент внутреннего трения tgϕ, на все боковые резцы n, прижатые к стенке скважины силой Р, действует усилие сопротивления:
т
Поскольку боковые резцы, внедрившиеся в породу и образующие алмазосодержащий штабик, расположены с наклоном, часть силы сопротивления трансформируется в горизонтальную боковую силу Р, величина которой с учетом угла наклона γ определяется как:
г
д
С целью устранения угла отклонения плоскости набора кривизны Δ, а следовательно и повышения точности процесса искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа, необходимо обеспечить такую величину угла наклона алмазосодержащих штабиков γ, чтобы величина Р полностью компенсировала величину дезориентирующего усилия Р:
откуда величина угла наклона алмазосодержащего штабика γ определяется как:
д
г
с
Применение предложенного алмазного бурового долота позволит повысить точность искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа с использованием алмазных буровых долот за счет компенсирования дезориентирующего усилия Р, возникающего за счет прижатия бокового вооружения алмазного долота к стенке скважины, горизонтальной составляющей Р реакции разрушаемой горной породы Р.