Буровое шарошечное долото
Использование: бурение скважины и разведка, разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом. Сущность: отношение радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности 5 шарошек R1 находится в пределах 1,0 - 1,8. Угол наклона цапфы к горизонтальной плоскости находится в пределах 43,5 - 85,0. Шарошки 5 расположены вершинными частями 6 к периферии долота. 2 ил.
Изобретение относится к горной промышленности, предназначено для бурения скважин и может быть использовано при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.
Известно буровое шарошечное долото, включающее шарошечные конуса, расположенные под углом к оси долота, лапы и режущие зубки на венцах шарошки [1] . Наиболее близким из известных по своей технической сущности является шарошечное долото, содержащее корпус, прикрепленные к корпусу цапфы, располо- женные в плане радиально и под углом к оси долота, и установленные на цапфах конусные шарошки с вогнутой наружной поверхностью и вооружениях на венцах [2] . Общим недостатком шарошечных долот является то, что разрушение забоя скважин шарошками осуществляется только за счет значительных осевых давлений и вращательного движения долота, что является причиной больших энеpгозатрат при бурении скважин, снижает стойкость шарошечного долота и ограничивает скорость бурения скважин. Основная причина этих недостатков заключается в том, что принятая в практике геометрия поверхности конусных шарошек создана без учета использования энергии волн напряжений, излучаемых при разрушении забоя скважины зубчиками шарошек, концентрации этих волн в локальном объеме ядра уплотнения горной породы (под поверхностью шарошек), что приводит к большому рассеиванию и потерям волновой энергии в окружающую среду горных пород. Целью изобретения является повышение производительности долота. Достигается это за счет использования энергии упругих волн при деформации породы с отношением радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 в пределах 1,0-1,8, а угол наклона цапф к горизонтальной плоскости находится в пределах 43,5-80о, причем шарошки расположены вершинными частями к периферии долота. На фиг. 1 показан вертикальный разрез по продольной оси шарошечного долота, помещенного в скважине; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1. Устройство осуществляется следующим образом. На поверхность горной породы 1 опускается буровой инструмент 2, при осевом давлении и вращении долота 2 зубки 3 внедряются и разрушают горную породу 1, образуют при бурении забой вогнутой формы 4 в соответствии с вогнутой поверхностью шарошек 5 при отношении радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 в пределах 1,0-1,8 и наклоном цапф к горизонту в пределах 43,5-85о, причем шарошки расположены вершинными частями 6 к периферии долота 2. В процессе бурения за счет осевого давления и вращения шарошечного долота 2 осуществляется взаимодействие внедряемых зубков 3 с горной породой 1 по вогнутой поверхности, что сопровождается разрывом связей кристаллических решеток горных пород и выделением энергии упругих волн напряжений, отражающихся от образованной вогнутой поверхности забоя скважины, концентрируясь в объеме локального ядра уплотнения породы в фокусном расстоянии F. Величина фокусного расстояния F изменяется в зависимости от степени вогнутости поверхности шарошек, при котором радиус кривизны R принимается в соответствии с крепостью буримых пород. Образованная вогнутая поверхность забоя 4 в процессе бурения непрерывно перемещается с глубиной скважины, создавая стабильные условия для излучения упругих волн, концентрирующихся в ядре уплотнения буримой породы. Периодические циклы упругих колебаний горной породы от прохождения по ней волн напряжений приводят к непрерывным многоимпульсным знакопеременным нагружениям породы "напряжение - разгрузка" и необратимым процессам усталостного разупрочения горной породы, появлениям в ней дефектов в виде дислокаций и вакансий, сливающихся в микротрещины. Предварительное разупрочение горных пород от упругих волн облегчает последующий процесс механического разрушения забоя скважины 4 зубками 3 шарошек, ускоряя бурение скважины, увеличивая стойкость долота и повышая в целом производительность бурения скважин. Показатель волнового разупрочения горных пород (Пр) от крепости пород подчиняется зависимости: Пр = 0,005 Ктр. ( сж. + сдв. + р) + 0,5 где Ктр. - коэффициент трещиноватости горных пород; - объемный коэффициент; сж. - предельная нагрузка на сжимающие напряжения, кгс/см2; сдв. - предельная нагрузка на сдвигающие напряжения, кгс/см2; р - предельная нагрузка на растягивающие напряжения, кгс/см2. В соответствии с показателем разупрочения Пр все горные породы делятся на 5-ть классов, для каждой из которых соответствует определенная скорость прохождения упругих волн и степень концентрации их в объеме ядра уплотнения, которая регулируется величиной вогнутости, образованной экранирующей вогнутой поверхностью забоя в зависимости от принятого отношения радиуса долота R к радиусу кривизны поверхности шарошек R1, а также углом наклона цапф к горизонтальной плоскости. Экспериментально установленные оптимальные углы наклона цапф к горизонтальной плоскости в зависимости от скорости упругих волн в различных породах приведены в таблице. В соответствии с п. 1.05 (33-2-74) техническое решение признается обладающим существенными отличиями, если по сравнению с решениями известными в науке и технике на дату приоритета заявки оно характеризуется новой совокупностью, позволяющий получить положительный эффект. Исходя из данного определения, предлагаемое техническое решение характеризуется новой совокупностью признаков: отношение радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 в пределах 1,0-1,8; углом наклона цапф к горизонтальной плоскости в пределах 43,5-85,0о; шарошки расположены вершинными частями к периферии долота. (56) Д. М. Бронников. Выбор параметров взрывных скважин при подземной отбойке руд. Госгортехиздат, 1961, с. 21-25. Патент США N 2057026, кл. 175-256, 1936.Формула изобретения
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус, прикрепленные к корпусу цапфы, расположенные в плане радиально и под углом к оси долота, и установленные на цапфах конусные шарошки с вогнутой наружной поверхностью и вооружением на венцах, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности долота за счет использования энергии упругих волн от деформации породы, отношение радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 находится в пределах 1,0 - 1,8, а угол наклона цапф к горизонтальной плоскости находится в пределах 43,5 - 85,0o, причем шарошки расположены вершинными частями к периферии долота.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Буровое трехшарошечное долото // 1828897
Устройство для бурения скважин // 1808963
Буровое долото // 1788193
Многошарошечный бур // 1767149
Изобретение относится к породоразрушающему буровому инструменту, в частности к многошарошечным бурам, и повышает эффективность работы многошарошечного бура за счет более полного использования вооружения и опор
Бурильная головка // 1765348
Шарошечное долото // 1760071
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам
Буровое шарошечное долото // 1752913
Буровое шарошечное долото // 1752912
Одношарошечное долото // 1737096
Изобретение относится к породоразрушающему буровому инструменту, в частности к одношарошечным долотам, может быть использовано в нефтегазодобывающей и горной промышленности при бурении скважин и позволяет повысить эффективность работы долота за счет возможности увеличения надежности узла передачи загрузки на шарошку и долговечности узла фиксации шарошки
Буровое долото // 1709058
Опора бурового долота // 2107800
Изобретение относится к области бурения скважин и может найти применение в буровых шарошечных долотах с герметизированной опорой
Одношарошечное долото // 2109911
Изобретение относится к инструменту, применяемому на установках типа БУ ударно-вращательного бурения при бурении взрывных скважин в горнодобывающей промышленности
Одношарошечное долото // 2114275
Изобретение относится к одношарошечным долотам для бурения скважин в крепких, абразивных породах на установках ударно-вращательного бурения
Долотный бур // 2120019
Изобретение относится к бурению глубоких скважин большого диаметра и может быть использовано с породоразрушающим инструментом, работающим от индивидуального привода
Одношарошечное долото // 2142549
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к одношарошечным долотам
Буровое шарошечное долото // 2146754
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин большого диаметра
Одношарошечное долото // 2153568
Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, может применяться при строительстве нефтяных и газовых скважин, а также при бурении геологоразведочных скважин
Буровое шарошечное долото // 2160350
Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к шарошечным долотам для бурения скважин с продувкой сжатым газом или воздухом
Буровое долото // 2198281
Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к буровому породоразрушающему инструменту для планетарно-долотного бурения скважин
Шарошечное долото // 2199643
Изобретение относится к шарошечному долоту, предназначенному для бурения скважин