БУРОВОЕ ДОЛОТО

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к буровым долотам и может быть использовано при создании лопастных долот для бурения сплошным забоем нефтяных, гидрогеологических, геологоразведочных, дренажных и других скважин технического назначения, проходимых в мягких и средней крепости горных породах.
Известны лопастные долота типа для бурения скважин различного назначения без отбора керна /1/. Эти долота имеют две лопасти, армированные вставками из твердого сплава.
Основным недостатком таких долот является малая эффективность бурения скважин из-за значительной потери диаметра при бурении абразивных пород.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является долото для вращательного бурения, у которого каждый режущий элемент смещен относительно плоскости, проходящей через радиус долота, на определенный угол, при этом, передняя грань каждого резца лежит на плоскости, проходящей через радиус этого резца /2/. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является недостаточная износостойкость режущих элементов лопастей, работающих в условиях, когда реакция от забоя скважины направлена перпендикулярно передним плоскостям резцов, что увеличивает сопротивляемость горной породы разрушению.
Задача, решаемая полезной моделью в части бурового долота, заключается в обеспечении увеличения износостойкости породоразрушающих элементов лопасти и долота в целом.
Технический результат состоит в увеличении рабочего ресурса долота.
Достижению технического результата в части бурового долота способствует то, что в буровом долоте, состоящем из корпуса и лопастей ступенчатой формы с породоразрушающими элементами, передние поверхности которых расположены в плоскостях с угловым смещением относительно диаметральной плоскости и направлены в сторону вращения долота
Полезная модель поясняется чертежами. На Фиг.1 представлено буровое долото в плане с видом сверху; на Фиг.2 представлена лопасть долота с видом по А.
Перечень позиций:
1. Корпус бурового долота (далее - долото).
2. Отверстие для промывочной жидкости.
3. Лопасть долота.
4. Основные породоразрушающие элементы (далее - резцы).
5. Калибрующие резцы.
6. Стенка скважины.
7. Кольцевые участки забоя скважины, разрушаемые каждым резцом.
8. Кольцевой участок забоя скважины, разрушаемый задними гранями периферийных резцов.
9. Передние поверхности основных резцов.
10. Периферийные поверхности резцов.
11. Внутренние поверхности резцов.
12. Передние грани боковых периферийных поверхностей периферийных резцов.
13. Задние грани боковых периферийных поверхностей периферийных резцов.
α - угол смещения плоскости, в которой лежат передняя грань резца.
R - радиус скважины,
r - радиус скважины, образуемый передними гранями боковых периферийных поверхностей периферийных резцов.
V - направление вращения резца.
Рп - усилие на резец со стороны разрушаемого массива.
Рc - усилие на резец со стороны стенки скважины.
Ррез - результирующая сила резания.
Долото состоит из корпуса 1 с каналами для промывочной жидкости 2, лопастей 3 с основными 4 и калибрующими 5 резцами (Фиг.1). Основные резцы 4 имеют передние поверхности 9, лежащие в плоскостях с угловым смещением α по отношению к диаметральной плоскости долота и направлены в сторону его вращения V, боковые периферийные поверхности 10 и боковые внутренние поверхности 11 (Фиг.1 и Фиг.2), перпендикулярные передним поверхностям 9. Передние грани 12 боковых периферийных поверхностей резцов 10, разрушая забой скважины радиусом r, создают зону предразрушения 8, значительно облегчая условия разрушения этой зоны задним граням 13 боковых периферийных поверхностей периферийных резцов 10 и формируют стенку скважины 6 радиусом R (Фиг.2). Такая конструктивная особенность периферийного вооружения долота способствует увеличению его износостойкости и рабочего ресурса долота в целом.
Работа всех остальных резцов долота аналогична работе периферийного резца, т.к. они имеют идентичные параметры и разрушают на забое кольцевые участки равные по ширине кольцевому участку 7. Но объемная работа этих резцов меньше объемной работы периферийного резца, а износостойкость больше, что не влияет на общую работоспособность долота, которая зависит главным образом от рабочего ресурса периферийного резца.
Угловое смещение передних поверхностей резцов 4 на величину α относительно диаметральной плоскости долота обеспечивает облегченные условия разрушения породы за счет создания касательных напряжений в массиве разрушаемой породы. Это наглядно подтверждается схемой сил, действующих на породу при поступательном движении резца, представленную на (Фиг.2). Результирующая сила резания Ррез, являющаяся производной от усилия на резец со стороны разрушаемого массива Рп и усилия на резец со стороны стенки скважины Рс, направлена в сторону центра скважины под углом к разрушаемому массиву. В результате порода разрушается по касательной линии, направленной в сторону обнаженной плоскости забоя, образованной предыдущим резцом, расположенным на лопасти с меньшим радиусом от центра долота и на несколько низшем уровне по отношению к вышерасположенному резцу. Следовательно, согласно теории разрушения горных пород, разрушение данного кольцевого участка забоя происходит в облегченных полублокированных условиях резания, на что затрачивается меньше энергии и уменьшается интенсивность износа резца.
Таким образом, предлагаемое техническое решение бурового долота обеспечивает более эффективный режим разрушения горной породы резцами, облегченные условия разрушения периферийной части забоя скважины и, тем самым, увеличивает рабочий ресурс долота.
Источники информации
1. А.с. №378618. Кл. Е21В 9/06. Опубл. 18.04.1973. Бюл. №19.
2. Патент РФ №2186193. Кл. Е21В 10/42. Опубл. 27.07.2002. Бюл. №21.