БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
ROLLER BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, применяемому в бурении скважин, а именно к шарошечным долотам.
Известно шарошечное долото, включающее шарошки с вооружением, выполненным в виде зубьев, рабочая поверхность которых согласуется с образующими поверхностями конусов шарошки [1]. Поверхность забоя повторяет образующие рабочей поверхности вооружения шарошек (зубьев).
Шарошки, как утверждается в [2], выполняются, в основном, двухконусными. Рабочие поверхности зубьев таких шарошек размещены под углом к плоскости забоя перпендикулярно оси долота и поэтому при нагружении создают меньшее напряженное состояние в горной породе забоя, чем, если бы они были перпендикулярны оси долота, в силу большей площади приложения равнодействующей нагрузки.
Указанные недостатки частично устранены в двухшарошечных долотах с двухконусными шарошками, у которых рабочие поверхности зубчатого вооружения конусов при вершинах шарошек выполнены перпендикулярно оси долота в месте контакта с забоем.
Известное шарошечное долото [3], принятое за прототип, включает двухконусные шарошки, у которых рабочие поверхности зубчатого вооружения конусов при вершинах шарошек в месте контакта с забоем выполнены перпендикулярно оси долота, а рабочие поверхности зубчатого вооружения периферийных конусов согласованы с образующей этих конусов. В таком случае более ¾ площади забоя разрушается менее эффективным способом без нормального приложения нагрузки и скола формирующейся ступенчатой поверхности забоя.
Целью изобретения является повышение показателей эффективности работы долота, а именно увеличения механической скорости бурения.
Указанная цель достигается тем, что в известном двухшарошечном долоте, а также одно- и многошарошечных долотах, включающих многоконусные шарошки, рабочая поверхность зубчатого вооружения каждого венца в месте контакта с забоем выполняется перпендикулярной оси долота, образуя между вооружением шарошек ступенчатую поверхность. В конструкцию шарошек вводятся венцы, рабочая поверхность каждого зуба которых в месте контакта с забоем перпендикулярна оси долота. Это позволяет увеличить нагрузку разрушения за счет уменьшения площади контакта долота с породой, а также формировать на забое многоступенчатую поверхность, которая разрушается с меньшими энергетическими затратами в силу скола края ступеньки. Указанные изменения обеспечивают увеличение скорости бурения.
Увеличение удельной контактной нагрузки для повышения скорости бурения вполне реализуемо при уменьшении площади контакта зуба с поверхностью забоя. При постоянстве притупления зуба снизить площадь контакта можно уменьшив длину его рабочей поверхности, что достигается размещением этой поверхности в плоскости, перпендикулярной оси долота в месте контакта его с забоем в рамках многоконусности шарошек (фиг.1).
Исследования по разрушению ступеньки указывают на то, что размещение рабочих поверхностей вооружения отдельных венцов в плоскостях, перпендикулярных оси долота, находящихся на разных уровнях, может способствовать повышению эффективности бурения за счет скола части формируемой при этом ступеньки. Сама ступенька разрушается с меньшими энергетическими затратами, чем плоский забой.
Для уточнения эффективности предлагаемого изобретения разработана конструкция со схемой поражения забоя, приведенной на фиг.1, и изготовлена малая промышленная партия долот 2Э215, 9Т-ПВ (фиг.2), за базу для конструирования которых принято серийное долото с двухконусными шарошками 215, 9Т-ПВ.
На фиг.1 показана схема поражения забоя I, II, III шарошкой предлагаемого долота 2Э215, 9Т-ПВ.
На фиг.2 представлено долото 2Э215, 9Т-ПВ.
Отработка долот 2Э215, 9Т-ПВ производилась на станках 2СБШ-200 в карьерах Докучаевского флюсодоломитного завода. В среднем, превосходство по механической скорости на разных карьерах предприятия составило от 40 до 70%, причем это преимущество позволило поднять проходку на долото не менее чем на 30%. В отдельных случаях, в частности на карьерах Новотроицкого рудоуправления ДФДЗ, где бурение велось на станке БСВ с винтовым компрессором, превосходство по скорости бурения достигало 160%.
Источники информации
1. Палий П.А., Корнеев К.Е. Буровые долота, М., "Недра", 1971, 446 с.(аналог).
2. Мокшин А.С., Владиславлев Ю.Е., Комм Э.А. Шарошечные долота, М., "Недра", 1971, 215 с.
3. Патент США №2032575. Шарошечное долото (03 Март 1936).