СБОРНО-РАЗБОРНОЕ БУРОВОЕ ДОЛОТО

Полезная модель относится к области горного дела и может быть использована при бурении глубоких скважин на нефть и газ.
Известны буровые долота, содержащие корпус с лапами и цапфами с размещенными на них породоразрушающими элементами в виде вращающихся конических шарошек с закрепленными в них породоразрушающими зубцами (Палий, Корнеев Буровые долота, Недра, 1985 г.)
Недостатками известных долот является невозможность оперативной замены породоразрушающих элементов в случае преждевременного выхода одного из них из строя. В этом случае долото выбраковывается полностью.
Известно также сборно-разборное буровое долото, содержащее пирамидальный усеченный корпус в виде ромбической в сечении лопасти узким торцом книзу с присоединительной к колонне труб резьбой на верхнем участке, каналами для промывочной жидкости и для снабженных радиально-упорными подшипниками и упорными головками съемных цапф вращаемых при бурении породоразрушающих сегментно-сферических элементов с закрепленными на их внешней поверхности породоразрушающими цилиндрическими зубцами, смещенных вдоль граней корпуса в сторону вращения до выхода кромок элементов за пределы корпуса (патент РФ №52069 МПК Е21В 10/12, опубл. 10.03.2006 г. - прототип).
Недостатком известного устройства, выбранного нами в качестве прототипа по большинству совпадающих признаков, является низкая проходка на долото особенно при бурении абразивных перемежающихся по твердости горных пород.
Задачей, решаемой использованием заявленной полезной модели, является повышение технико-экономических показателей работы долота.
Техническая сущность заявленного устройства заключается в том, что в известном сборно-разборном буровом долоте, содержащем пирамидальный усеченный корпус в виде ромбической в сечении лопасти узким торцом книзу с присоединительной к колонне труб резьбой на верхнем участке, каналами для промывочной жидкости и для снабженных радиально-упорными подшипниками и упорными головками съемных цапф вращаемых при бурении породоразрушающих сегментно-сферических элементов с закрепленными на их внешней поверхности породоразрушающими цилиндрическими зубцами, смещенных вдоль граней корпуса в сторону вращения до выхода кромок элементов за пределы корпуса, зубцы размещены под углом к сферической поверхности элементов по линиям правых архимедовых спиралей;
- количество спиралей выбирается не менее двух;
- оси съемных цапф породоразрушающих элементов размещены под углом к продольной оси не менее 60°, а цапфы зафиксированы в корпусе посредством параллельных оси долота винтов;
- поверхности упорных головок съемных цапф снабжены минимум тремя породоразрушающими зубцами с продольными осями, размещенными под углом к поверхности головок и к поперечному сечению долота, при этом угол между осями и поперечным сечением долота не превышает 30°;
- угол наклона зубцов к поверхности элементов выбирается равным 30°;
- плоские поверхности породоразрушающих элементов наплавлены противоизносным материалом.
Размещение зубцов под углом к сферической поверхности элементов по линиям правых архимедовых спиралей обеспечивает эффективное дробление горной породы при максимально возможном перекрытии площади забоя режущими элементами.
Количество архимедовых спиралей, по которым размещены оси зубцов, выбираемое не менее двух, обеспечивает необходимую полноту перекрытия площади забоя режущими элементами.
Размещение осей съемных цапф породоразрушающих элементов под углом к продольной оси не менее 60°, и фиксирование цапф в корпусе посредством параллельных оси долота винтов обеспечивает работу породоразрушающих элементов не только в режиме дробления-скалывания, но и в режиме резания с максимально надежным удержанием цапф в корпусе при бурении, а также оперативность при замене изношенных породоразрушающих элементов в производственных условиях.
Снабжение поверхностей упорных головок съемных цапф минимум тремя породоразрушающими зубцами с продольными осями, размещенными под углом к поверхности головок и к поперечному сечению долота, при этом угол между осями и поперечным сечением долота не превышает 30°, обеспечивает дополнительное воздействие на горные породы этими зубцами в режиме резания-скалывания.
Размещение зубцов к поверхности элементов под углом, равным 30°, обеспечивает эффективность разрушения горной породы в режиме резания-скалывания.
Наплавка плоских поверхностей породоразрушающих элементов противоизносным материалом обеспечивает повышение их стойкости, а также повышение стойкости кромок элементов, работающих в режиме резания.
На фиг.1 изображен продольный разрез заявленного устройства; на фиг.2 - вид по А на фиг.1; на фиг.3 - вид по Б на фиг.1; на фиг.4 - фрагмент поверхности породоразрушающего элемента с породоразрушающим зубцом.
Сборно-разборное буровое долото содержит корпус 1 с промывочными каналами 2 и присоединительной к колонне бурильных труб резьбой 3.
На набегающих гранях 4 пирамидального участка корпуса 1 посредством цапф 5 размещены породоразрушающие элементы в виде дисков 6 со сферической 7 и плоской 8 поверхностями таким образом, что часть плоской поверхности 8 выступает за торец корпуса 1.
Цапфы 5 размещены перпендикулярно граням 4, наклоненных под углом не менее 60° к продольной оси корпуса, закреплены в нем винтами 9, расположенными параллельно оси корпуса, а также снабжены упорными головками 10, армированными цилиндрическими резцами 11 с алмазно-твердосплавными пластинами (АТП) 12.
Между цапфой 5 и породоразрушающими элементами 6 расположены радиально-упорные подшипники 13. Плоские поверхности 8 элементов 6 наплавлены твердосплавным порошком типа «релит», а на сферических поверхностях 7 осями по линиям правых архимедовых спиралей размещены породоразрушающие цилиндрические зубцы 14. Угол наклона зубцов 14 к поверхности 7 элементов 6 выбирается равным 30°.
Заявленное устройство работает следующим образом.
В процессе бурения долото вращается вокруг своей продольной оси, разрушая горную породу резцами 11 с алмазно-твердосплавными пластинами (АТП) 12.
При этом породоразрушающие элементы в виде дисков 6 вращаются вокруг цапф 5, разрушая горную породу дроблением-скалыванием зубцами 14, размещенными на сферических поверхностях 7 дисков 6 по линиям правых архимедовых спиралей.
Выбранные направления размещения резцов 11 и зубцов 14 обеспечивают оптимальные условия для разрушения горных пород резанием (резцы 11) и дроблением-скалыванием (резцы 14). Благодаря этому возрастает проходка на долото и механическая скорость бурения.
Диски 6 своими острыми кромками, армированными «релитом», также участвуют в разрушении горных пород резанием.
Возможность оперативной замены быстроизнашиваемых резцов 11, размещенных на головках 10 цапф 5, и породоразрушающих элементов 6, армированных «релитом» и зубцами 14, и подшипников 13 обеспечивает возможность максимально длительной работы долота.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ИЛИ ИНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
1. Увеличение срока работы долота.
2. Снижение себестоимости метра проходки.
3. Обеспечение возможности «отверточной» сборки долот в производственных условиях.