ШАРОШКА БУРОВОГО ДОЛОТА
DRILLING BIT ROLLER CUTTER

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к конструкции шарошек буровых долот.
Известна шарошка бурового долота, включающая венцы, армированные зубьями с площадками притупления на концевых участках, оснащенными твердосплавными вставками (см. авт. св. СССР №1789007, кл. E21B 10/16, 1993 г.).
К недостаткам этой шарошки следует отнести ограниченную область ее применения, а также и то, что в некоторых случаях концевая армировка зубьев ведет к усложнению конструкции и неоправданному перерасходу дорогостоящего материала. Так, например, армировка зубьев периферийного венца со стороны оси долота ничем не оправдана, т.к. эти участки даже при обычной армировке имеют вооружение, кратно превышающее вооружение венцов основного конуса, которые и выходят первыми из строя.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является шарошка бурового долота, включающая корпус с опорными поверхностями и венцами, периферийный из которых вооружен твердосплавными вставками с цилиндрическим хвостовиком и рабочей головкой (см. патент РФ №2185490, кл. E21B 10/16, 2002 г.).
К недостаткам данной шарошки бурового долота следует отнести сравнительно низкую эффективность ее работы и сложность конструкции. Эти недостатки связаны со специальной схемой расположения калибрующих зубков на периферийном венце и неодинаковой нагруженностью венцов.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы долота путем обеспечения равномерной загрузки венцов шарошки по радиусу долота.
Поставленный технический результат достигается тем, что в шарошке бурового долота, включающей корпус с опорными поверхностями и венцами, периферийный из которых вооружен твердосплавными вставками с цилиндрическим хвостовиком и рабочей головкой, согласно изобретению рабочая головка вставки периферийного венца выполнена в виде клиновидной призмы, между которой и цилиндрическим хвостовиком, расположенным параллельно режущей кромке, выполнена, по меньшей мере, одна выемка, ориентированная параллельно оси хвостовика, причем вставка со стороны стенок скважины снабжена поперечной частью с выступами на наружной поверхности, продольная ось которых расположена во фронтальной плоскости параллельно или под углом к радиусу шарошки, при этом периферийный венец шарошки выполнены с продольными цилиндрическими каналами, сообщенными с наружной поверхностью венца пазами, конгруэнтными наружной поверхности вставок.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- твердосплавные вставки выполнены с конусообразным участком, расположенным между ее поперечной и продольной частями;
- выступы на наружной поверхности вставки в поперечном сечении имеют клиновидную, или трапецеидальную, или прямоугольную, или полусферическую форму.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен фрагмент шарошки в продольном разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на 3 вид Б на фиг.1.
Шарошка бурового долота содержит корпус 1 с опорными элементами 2 в виде подшипников и венцами 3, оснащенными износостойкими породоразрушающими вставками 4 с цилиндрическим хвостовиком 5 и рабочей головкой 6. Рабочая головка 6 периферийного венца 3 выполнена в виде клиновидной призмы и расположена параллельно оси цилиндрического хвостовика 5. При этом, по меньшей мере, с одной стороны породоразрушающей вставки 4 выполнена выемка 7, ориентированная параллельно оси цилиндрической поверхности хвостовика 5. Предпочтительно использование вставок 4 с двухсторонним расположением выемок 7, что гарантирует симметричную нагрузку на узел соединения вставок 4 с корпусом 1. Bce периферийные вставки 4 со стороны стенок скважины снабжены поперечной частью 8 с выступами 9 на наружной поверхности. Продольная ось выступов 9 расположена во фронтальной плоскости параллельно или под углом α к радиусу шарошки, при этом периферийные венцы 3 шарошки выполнены с продольными цилиндрическими каналами 10, сообщенными с наружной поверхностью венца 3 пазами 11. Каналы 10 и пазы 11 в корпусе 1 шарошки имеют форму, конгруэнтную наружной поверхности вставок 4. Твердосплавные вставки 4 выполнены с конусообразным участком 12, расположенным между ее поперечной 8 и продольной частями. Выступы 9 на торцевой поверхности вставки 4 в поперечном сечении могут иметь клиновидную, трапецеидальную, прямоугольную, полусферическую или другую форму. Угол наклона - α выступов 9 и форму их поперечного сечения выбирают в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород. При бурении по твердым и абразивным породам предпочтительно использовать выступы 9 с прямоугольным и трапецеидальным поперечным сечением, а при бурении по пластичным породам - выступы 9 с треугольным и полусферическим сечением.
Принцип работы устройства заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 4 венцов 3 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом благодаря выполнению рабочей головки 6 периферийного венца 3 в виде клиновидной призмы и расположению ее параллельно оси цилиндрического хвостовика 5 обеспечивается полное перекрытие периферийной части забоя лезвием периферийной вставки 4 шарошки, что значительно упрощает конструкцию шарошки, технологию изготовления и армировки ее по сравнению с использованием многорядного вооружения для периферийных венцов. Предложенная схема расположения хвостовика 5 гарантирует надежное соединение вставок 4 с корпусом 1 даже при наличии значительных ударно-вибрационных нагрузок, что исключает выпадение вставок 4 и тем самым повышает технико-экономические показатели долота в целом. Наличие поперечной части 8 позволяет увеличить калибрующую способность шарошек, что имеет особое значение при бурении по твердым и абразивным породам. Этому же способствует и выполнение поперечной части 8 вставки 4 с выступами 9, наклонное расположение которых при наличии большого количества шлама позволяет улучшить эффективность удалять его с забоя скважины. Выполнение вставки 4 с коническим участком 12 позволяет исключить скол поперечной части 8 под действием радиальных нагрузок, направленных со стороны стенок скважины в сторону центра, т.к. при указанном варианте выполнения большая часть радиальной нагрузки воспринимается именно конусообразным участком 12.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что применение долот с предложенной конструкцией шарошки позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ и тем самым снизить их себестоимость.