БУРОВОЕ ТРЕХШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
THREE-CONE ROLLING DRILLING BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно для бурения мягких пород и пород средней категории твердости.
Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями и боковые промывочные узлы со сменными насадками (см. Масленников И.К. «Буровой инструмент». М.: Недра, 1989, с.141-142, рис.2.1.63).
Недостатком этого долота является низкая эффективность работы из-за несбалансированности его двух основных систем - геометрии вооружения и опорных узлов.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых расположены под углом относительно образующей (см. Масленников И.К. и Матвеев Г.И. Инструмент для бурения скважин. М.: Недра, 1981, стр.40-41).
Данная конструкция долота благодаря новой схеме расположения зубьев обеспечивает более эффективное разрушение забоя.
К недостаткам данного бурового инструмента следует отнести вероятность отклонения долота от заданного направления в процессе бурения, так как предложенная схема расположения зубьев не устраняет отклоняющего усилия на долоте, а также способствует повышенному износу подшипниковых узлов, связанному с возникновением дополнительной осевой нагрузки в подшипниковых узлах долота не только вследствие воздействия осевой нагрузки на долото, но и от сил разрушения породы, возникающих при проскальзывании вооружения по забою. Это, в свою очередь, снижает эффективность работы бурового долота и ведет к удорожанию буровых работ.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет увеличения ресурса работы подшипниковых узлов и оптимизации отвода шлама из зоны бурения зубьев шарошек с одновременным обеспечением проходки скважины строго по заданному направлению.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом трехшарошечном долоте, включающем лапы с параллельно смещенными наклонными цапфами, установленные на них посредством замкового подшипника шарошки с венцами, литые или фрезерованные зубья которых установлены под углом к продольной оси цапфы, согласно изобретению каждая шарошка оснащена зубьями с правым и левым наклоном, выполненными с таким расчетом, чтобы осевая нагрузка на подшипниковый узел каждой шарошки долота, возникающая вследствие усилия разрушения породы наклоненных зубьев венцов шарошки одного направления, компенсировалась такой же по величине и противоположной по направлению осевой нагрузкой, одновременно возникающей при работе остальных венцов на той же шарошке.
Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 представлен общий вид долота; фиг.2 - схема размещения вооружения.
A
B
C
A
B
C
Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными параллельно смещенными цапфами (не показаны), на которых установлены конические шарошки 2 с литыми или фрезерованными зубьями 3, и промывочные узлы 4, размещенные между шарошками 2 и направляющими поток промывочной жидкости на забой скважины. При этом зубья 3 на каждой шарошке 2 выполнены с противоположным (т.е. с правым и левым) наклоном относительно продольной оси шарошки 2. Суммарные осевые составляющие для каждой из трех шарошек N, N и N от соответствующих усилий разрушения породы F, F и F наклоненных зубьев, возникающих при их контакте с забоем, должны удовлетворять следующему условию (равенству):
A
A1
A2
A3
N-N+N+N=0;
B
B1
B2
N=N+N=0;
C
C1
C2
N=N+N=0;
где:
A1
A2
A3
A1
A2
A3
N, N и N = осевая нагрузка на опорные узлы - A (1-й шарошки долота), возникающая вследствие усилия разрушения породы - F, F, и F зубьев с наклонным вооружением соответственно перового, второго и третьего венцов шарошки - А при его проскальзывании по забою.
B1
B2
B1
B2
N и N = осевая нагрузка на опорный узел - B (2-й шарошки долота), возникающая вследствие усилия разрушения породы - F и F зубьев с наклонным вооружением перового и второго венцов шарошки - В при их проскальзывании по забою.
C1
C2
C1
C2
N и N = осевая нагрузка на опорный узел - С (3-й шарошки долота), возникающая вследствие усилия разрушения породы - F и F зубьев с наклонным вооружением перового и второго венцов шарошки - С при их проскальзывании по забою.
Выполнение этого условия достигается за счет целого ряда конструктивных решений, таких как: изменения количества наклонных зубьев; использования наряду с наклонными зубьями также и зубьев, ориентированных вдоль оси шарошки; изменением угла наклона зубьев, а также их длины для каждого отдельного венца каждой шарошки.
Такое выполнение геометрии вооружения шарошек обеспечивает взаимное погашение усилий, действующих вдоль оси шарошки долота и направленных в противоположные стороны, возникающих при разрушении породы право и левосторонними зубьями. Это гарантирует увеличение долговечности подшипниковых узлов, а также сохранение заданного направления бурения.
Предложенная схема вооружения шарошек бурового долота может быть использована в долотах с любым количеством шарошек.
Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента зубья 3 шарошек 2 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. Разрушенная порода удаляется на поверхность промывочной жидкостью, подаваемой на забой скважины через промывочные узлы 4. Благодаря выполнению вооружения долота с указанными параметрами на долоте не возникает отклоняющих усилий, и скважина сохраняет заданное направление бурения.
Таким образом, применение предложенного долота позволит повысить эффективность его работы и тем самым снизить себестоимость буровых работ.