БУРОВОЕ ДОЛОТО ДЛЯ УДАРНОГО БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОРОД
DRILLING BIT FOR PERCUSSION HARD ROCK DRILLING

Настоящее изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения твердых пород, особенно для бурения бурильным молотком, согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретения.
Из патента США №5890551 известно буровое долото для твердых пород, которое имеет соответствующую буровую штангу. Буровое долото для твердых пород на своей передней поверхности снабжено твердосплавными вставками, которые воздействуют на породу, ударяя о нее при одновременном вращении. В передней поверхности образована полость, и канал для текучей среды проходит через буровое долото для подачи промывочной жидкости к этой полости. Полость полностью ограничена бесконечной фаской. Некоторые из вставок установлены в фаске. Другие вставки установлены в полости для их охлаждения и промывки подушкой промывочной жидкости, созданной в полости. В некоторых случаях каналы в буровом долоте закупориваются обломками породы.
Целью настоящего изобретения является создание бурового долота для твердых пород, имеющего длительный срок службы, обеспечивающего эффективное удаление породы, имеющего эффективную промывку и возможность легкого перезатачивания, имеющего каналы для жидкости, являющиеся трудно закупориваемыми и трудно деформируемыми, обеспечивающего возможность бурения против часовой стрелки и по часовой стрелке.
Эта цель достигается тем, что в буровом долоте для ударного бурения твердых пород, содержащем корпус долота, головную часть, определяющую продольную центральную ось и содержащую переднюю поверхность, имеющую наружную часть поверхности и внутреннюю часть поверхности, расположенную радиально внутрь от наружной части поверхности и частично утопленную посредством выемки относительно наружной части поверхности, множество каналов для текучей среды, проходящих через головную часть и сообщающихся с выемкой для прохождения к ней промывочной среды, согласно изобретению внутренняя часть поверхности содержит приподнятую часть, несущую множество вставок, и воображаемая окружность, пересекающая центры каналов для текучей среды, также пересекает равное число вставок.
Отверстия каналов для текучей среды могут быть расположены в одной плоскости ниже приподнятой части.
Выемка может оканчиваться у периферийных канавок в корпусе долота.
Периферийные вставки могут быть установлены в головной части радиально наружу от наружной части поверхности и расположены, по существу, по кольцу вокруг продольной оси бурового долота, и передние вставки установлены в передней поверхности радиально внутрь от периферийных вставок.
Периферийные канавки могут быть выполнены между парами периферийных вставок в корпусе долота.
Приподнятая часть может иметь, по существу, треугольную форму с закругленными угловыми частями, содержащими вставки.
Приподнятая часть может содержать, по меньшей мере, пять, предпочтительно шесть передних вставок, из которых одна вставка предпочтительно пересекает продольную центральную ось.
Шесть передних вставок могут быть установлены на передней поверхности радиально наружу от окружности.
Девять периферийных вставок могут быть установлены на передней поверхности радиально наружу от окружности.
Ниже приведено описание варианта выполнения бурового долота для твердых пород согласно изобретению со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1А изображает вид спереди бурового долота для твердых пород согласно настоящему изобретению;
фиг.1В - вид бурового долота для твердых пород в разрезе по линии В-В на фиг.1А;
фиг.2 - вид сбоку бурового долота для твердых пород; и
фиг.3 - вид сзади бурового долота для твердых пород.
Буровое долото 1 для твердых пород, показанное на фиг.1-3, содержит корпус 2, имеющий бурильную головку 3 и хвостовик или юбку 5. Бурильная головка 3 и юбка 5 выполнены за одно целое. Как предполагается, буровая штанга (не показана) соединена резьбовым соединением с буровым долотом 1 для твердых пород. В буровой штанге обычным образом выполнен сквозной канал для промывочной жидкости. На фиг.2 показана продольная центральная ось CL бурового долота 1 для твердых пород.
Как наиболее ясно видно на фиг.2, буровое долото 1 для твердых пород снабжено внутренней резьбой 9, предназначенной для соединения с наружной резьбой на одном конце буровой штанги.
Бурильная головка 3 бурового долота 1 для твердых пород согласно настоящему изобретению снабжена элементами для удаления породы в виде вставок 11, 12, 13, 14 и 15 из металлокерамического твердого сплава. Во внутренней части бурового долота 1 между внутренней резьбой 9 и передней поверхностью бурильной головки 3 выполнен ряд каналов 16, 17 и 18 для охлаждающей среды. Кроме того, во внутренней части выполнена первая упорная поверхность 19, так называемый нижний упор, для свободного конца буровой штанги.
Как наиболее ясно показано на фиг.3, на заднем конце бурового долота 1 выполнена вторая упорная поверхность 20, так называемый заплечиковый упор, который предназначен для взаимодействия с заплечиком буровой штанги, так называемым заплечиковым нижним упором. Это означает, что буровая штанга изготовлена с такими допусками, что при образовании резьбового соединения между буровым долотом 1 для твердых пород и буровой штангой свободный конец буровой штанги вначале будет упираться в нижний упор 19. После сравнительно короткого времени прирабатывания резьбового соединения заплечик буровой штанги также будет упираться в заплечиковый упор 20, т.е., будет происходить стыковка бурового долота 1 для твердых пород и буровой штанги как по нижнему упору 19, так и по заплечиковому упору 20. Это означает, что передача энергии ударной волны от буровой штанги к буровому долоту 1 для твердых пород будет происходить как через нижний упор, так и через заплечиковый упор.
Как наиболее ясно видно на фиг.1А и 2, буровое долото 1 для твердых пород на своей наружной стороне снабжено рядом прямых передних периферийных канавок 21, 22 и задних периферийных канавок 23 для частиц выбуренной породы, которые проходят в осевом направлении бурового долота 1. Каждая передняя канавка 21, 22 для частиц выбуренной породы расположена симметрично относительно линии, параллельной центральной оси CL. В корпусе долота передние канавки 21, 22 расположены между каждой парой периферийных вставок 11. На передней поверхности 24 бурового долота установлено девять периферийных вставок 11. Каждая вставка наклонена относительно центральной оси CL. Периферийная вставка имеет сравнительно большой диаметр. Периферийные вставки 11 расположены тремя группами, т.е. по три периферийные вставки в каждой группе. В кольце периферийных вставок каждая группа отделена от другой соседней группы передней канавкой 22, глубина и ширина которой больше, чем соответствующие размеры передней канавки 21. Передняя канавка 21 расположена между двумя периферийными вставками в группе. Канавки 21, 22 обеспечивают возможность прохождения частиц выбуренной породы от передней поверхности. Каждая задняя канавка 23 для частиц выбуренной породы расположена асимметрично относительно линии, параллельной центральной оси. Каждая задняя канавка 23 для частиц выбуренной породы имеет первую поверхность для обломков и вторую поверхность для обломков, которые, по существу, перпендикулярны друг другу. Геометрия заднего конца бурового долота подробнее описывается в патенте Швеции С2-520036, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки. Втягиваемые зубья расположены на максимальном диаметре бурового долота, а также внутри него, т.е. на конце, по существу, обращенном от конца для удаления породы бурового долота для твердых пород. Назначение заднего конца бурового долота - это обеспечение направления бурового долота 1 в буровой скважине посредством частей, связанных с концами бурового долота 1 для твердых пород, и уменьшения сопротивления удалению частиц выбуренной породы. Канавки 21, 22, 23 для частиц выбуренной породы предназначены для транспортировки наружу буровой пыли, образующейся впереди бурового долота 1 для твердых пород.
Головная часть 3 содержит переднюю поверхность 24, имеющую наружную часть 25 поверхности и внутреннюю часть 26 поверхности, расположенную радиально внутрь от наружной части поверхности. Внутренняя часть поверхности частично утоплена относительно наружной части 25 поверхности посредством выемки. Выемка 27 окружает приподнятую часть 28 и образована тремя канавками 29, каждая из которых открывается в большую канавку 22 для частиц выбуренной породы. Каждая канавка 29 предпочтительно фрезерована для образования дна и заплечиков. Эти заплечики оканчиваются вблизи периферийных вставок у каждой стороны самой глубокой части канавки 22.
Шесть передних вставок 12 установлены на передней поверхности в ее наружной части 25 радиально внутрь от кольца из периферийных вставок 11, но они установлены радиально наружу от окружности С. Диаметр каждой вставки 12 меньше, чем диаметр периферийной вставки. Вставки 12 расположены парами в местах внутрь от групп периферийных вставок, т.е. по две вставки вблизи каждой группы периферийных вставок.
Приподнятая часть 28 содержит, по меньшей мере, пять, предпочтительно шесть передних вставок 13, 14 и 15, из которых более центральная вставка 15 пересекается продольной центральной осью CL. Приподнятая часть 28 имеет, по существу, треугольную форму с закругленными угловыми частями, содержащими вставки 13, и с плоской верхней поверхностью. Диаметр каждой вставки 13, 14 и 15 меньше, чем диаметр периферийной вставки 11. Диаметры вставок 14 и 15 предпочтительно равны и меньше, чем диаметр вставки 13. В приподнятой части между центральной вставкой 15 и двумя вставками 13 расположены две промежуточные вставки 14.
Воображаемая окружность С пересекает центры каналов 16, 17 и 18 для текучей среды и, кроме того, пересекает равное число вставок 13, т.е. три вставки 13. Шесть передних вставок 13, 14 и 15 установлены на передней поверхности радиально наружу от окружности С. Окружность С может быть концентрична оси CL бурового долота.
Три канала 16-18 для текучей среды сообщаются с выемкой для подачи промывочной среды к ней. Отверстия каналов для текучей среды расположены центрально между двумя передними канавками 22, т.е. в средней части линии, пересекающей две канавки 22. Отверстия каналов для текучей среды расположены в одной плоскости Р ниже приподнятой части 28. Выемка 27 предпочтительно проходит до некоторой степени между каждой парой вставок 12. Линия, как например, радиально внутренняя часть сечения В-В на фиг.1А, одновременно пересекает среднюю часть канавки 22, центральную ось CL и канал 18.
Буровое долото согласно настоящему изобретению имеет многочисленные преимущества. Благодаря центрально расположенным отверстиям каналов для текучей среды текучая среда будет перемещаться на сравнительно большое расстояние, проходя через канавки 21, 22. Это означает, что промывка передней поверхности 24 будет более эффективной. Благодаря наличию выемки 27 вокруг вставок 13-15 последние будет легче перезатачивать, так как не нужно удалять много стали во время заточки этих вставок. Это в какой-то степени справедливо также в отношении вставок 12. Отверстия каналов 16-18 утоплены относительно приподнятой части 28, так что эти отверстия будут труднее закупориваться или деформироваться. Относительная симметрия передней поверхности делает переднюю поверхность пригодной для буровых долот для бурения против часовой стрелки и по часовой стрелке, которое применяется в случае, соответственно, бурения сверху бурильным молотком и бурения с погружным пневмоударником. При испытаниях проходка бурового долота согласно настоящему изобретению продлена с 500 м для обычных долот до 600 м, т.е. проходка увеличивается на 20%.