ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ЗУБОК
ROCK-DESTROYING TOOTH

Изобретение относится к буровым долотам, а именно к породоразрушающим зубкам, используемым для армировки буровых долот, предназначенных, преимущественно, для разрушения перемежающихся по твердости пород.
Известен породоразрушающий зубок, включающий рабочую головку с режущей кромкой и хвостовик с боковыми режущими кромками, при этом передняя часть зубка образована цилиндрической поверхностью, радиус которой больше радиуса цилиндрической поверхности задней части зубка (см. авт. СССР №794158, кл. Е21В 10/16, 1981 г.).
Недостатками этого зубка являются сложность изготовления, что ведет к удорожанию их стоимости, и ограниченная область применения, т.к. данный зубок эффективно работает только при разрушении пород не выше средней твердости, а при разрушении более твердых пород часто наблюдается скол режущих кромок и снижение ресурса работы бурового инструмента.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является породоразрушающий зубок, включающий рабочую головку и хвостовик (см. патент Великобритании №2441641, кл. Е21В 10/52, 2008 г.).
Данный зубок благодаря выполнению его с закругленными выпуклыми гранями меньше подвержен сколам, чем достигается повышение общего ресурса долота, оснащенного данными зубками. К недостаткам его следует отнести сравнительно высокую сложность изготовления, а следовательно, и высокую их стоимость, а также невысокую эффективность работы при бурении по перемежающимся породам, что связано с неоптимальной формой рабочей головки зубка.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы зубка за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы.
Указанный технический результат достигается тем, что в породоразрушающем зубке, включающем рабочую головку и хвостовик, согласно изобретению рабочая головка зубка образована пересечением двух цилиндров, установленных под углом один к другому, и эллипсоида вращения, ось которого совпадает с осью хвостовика зубка.
Достижению указанного результата способствует также и то, что радиус большего эллипса превышает радиус меньшего эллипса поперечного сечения зубка не менее чем в два раза.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид зубка, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 и на фиг.3 - схема образования рабочей части зубка.
Предложенный зубок включает рабочую головку 1 и хвостовик 2. Рабочая головка 1 зубка образована пересечением двух цилиндров 3 и 4, установленных под углом - α один к другому, и эллипсоида вращения 5, ось которого совпадает с осью хвостовика 2 зубка. При этом наиболее оптимальным вариантом, выявленным на основании проведенных экспериментальных исследований, является выполнение зубка с поперечным сечением, у которого радиус R большего эллипса превышает радиус r меньшего эллипса поперечного сечения зубка не менее чем в два раза.
Такое выполнение зубка позволяет значительно упростить конструкцию и повысить эффективность работы породоразрушающего инструмента, оснащенного предложенными зубками. Упрощение конструкции снижает затраты на изготовление зубков, в первую очередь за счет снижения расхода пресс-форм. Предложенная форма зубка позволяет также снизить энергоемкость процесса разрушения породы при бурении, преимущественно, по перемежающимся породам и тем самым повысить скорость и проходку при одинаковом расходе материала для их изготовления. При этом заявленная форма зубков обеспечивает объемное разрушение породы при сравнительно малых удельных нагрузках, что положительно сказывается как на стойкости самих породоразрушающих инструментов, так и на стойкости бурового вала в целом. Кроме того, зубки предложенной формы позволяют широко варьировать схемой поражения забоя как при использовании их в буровых коронках, так и при использовании их для вооружения шарошечных долот.
В целом все это снижает материальные, трудовые и финансовые затраты на проведение буровых работ.