Бурове шарошечне долото для реактивно-турбінного буріння

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении скважин большого диаметра, преимущественно реактивнотурбинным способом. Известно буровое трехшарошечное долото, содержащее лапы с цапфами и установленные на них шарошки. Твердосплавные зубки установлены на центральных, и периферийных венцах. Одна шарошка оснащена однорядным периферийным венцом, а две другие двухрядными периферийными венцами, состоящих из внешнего и внутреннего рядов. Зубки внутреннего ряда одной или двух шарошек размещены попарно в свету зубков внешнего ряда, При попарном расположении зубков на двух шарошках пары зубков внутреннего ряда на одной шарошке размещены через один зубок внешнего ряда, а на другой шарошке - через два зубка внешнего ряда (см.: А.с. СССР №1627643, кл. E21B10/18). Недостатком такого долота является его низкая долговечность, обусловленная преждевременным износом периферийных венцов шарошек, особенно тех участков, которые непосредственно образуют и калибруют ствол скважины. При реактивно-турбинном бурении в работе участвуют только периферийные венцы, режущая кромка зубков которых образует с продольной осью долота острый угол. При этом зубки, перемещаясь по забою, испытывают в поперечном сечении сжатие и знакопеременный изгиб, а на поверхности зубьев, соприкасающихся с горной породой, возникают значительные по величине контактные напряжения, вызывающие значительные удельные нагрузки, приводящие к разрушению зубков путем выкрашивания и сколов рабочей поверхности, а также их значительный износ, что в конечном счете снижает долговечность долота. Известно буровое трехшарошечное долото (А.с. СССР №1361290, кл. E21B10/16), состоящее из трех шарошек, закрепленных на цапфе корпуса посредством подшипников. Каждая из шарошек имеет периферийный венец с зубьями, длина каждого из которых равна а притупление Длина зубьев периферийных венцов и их притупление удовлетворяют условиям: где - номер шарошки. Долото работает следующим образом. При бурении зубья периферийных венцов каждой шарошки, выполненные по указанной зависимости, изнашиваются равномерно за счет их равнопрочности, что улучшает техникоэкономические показатели. Основным недостатком этого долота является быстрый износ шарошек. Зубья периферийного венца расположены под углом к оси вращения долота и контактируют с породой по касательной, расположенной под углом к оси долота. Это приводит к тому, что удельная величина скольжения на зуб, а именно на площадь притупления, очень велика, так как зуб периферийного венца разрушает породу узким клиновидным торцом. Такое расположение зуба ведет к интенсивному истиранию, скалыванию зубьев и быстрому износу периферийных венцов шарошек. Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является долото для реактивно-турбинного бурения (см.: А.с. СССР №1350319, кл. E21B10/16). Долото содержит корпус с лапами, на опорах которых установлены шарошки. Каждая шарошка имеет один периферийный венец, зубья которого соединены в лары наружными перемычками, имеющими рабочую кромку и твердосплавную наплавку. В каждой паре зубья выполнены различной длины, при этом соседние зубья в соседних парах выполнены одинаковой длины и соединены внутренней перемычкой с рабочей кромкой, образующей с рабочими кромками зубьев и наружных перемычек непрерывный рабочий контур. Твердосплавная наплавка расположена на поверхности внутренней перемычки, обращенной к оси долота. Устройство работает следующим образом. Долото вращается вокруг собственной оси, при этом зубья перекатываются по породе при вращении шарошки и одновременно происходит их периодическое скольжение по забою. При перекатывании и скольжении шарошки, породу разрушают не только зубья долота, но и кромки внутренней и наружной перемычек, чем достигается более равномерное поражение забоя. Так как зубья выполнены разной длины, и внутренние перемычки шарошки находятся на разном расстоянии от оси долота, это приводит к объемному разрушению породы. Основным недостатком долота является его низкая долговечность за счет быстрого и неравномерного износа зубьев шарошек. В начальный момент взаимодействия зуба с породой, зуб работает на изгиб как консольная балка, испытывая максимальные по величине растягивающие напряжения на набегающей грани и максимальные сжимающие напряжения на противоположной грани, В момент, когда венец опирается на один зуб, возникают максимальные контактные давления, приводящие к изгибу зуба. Так как зуб разрушает породу узким клиновидным торцом, то вся нагрузка приходится на вершину зуба, что приводит к интенсивному изнашиванию твердосплавной наплавки, выкрашиванию и сколам. Нарушение целостности верхней части зуба в начальные моменты времени приводит к дальнейшему разрушению зуба, так как в контакт вступает металл, прочностные свойства которого ниже твердосплавной наплавки. Таким образом, скорость износа зубьев этого долота высока, что снижает его долговечность. В основу изобретения поставлена задача создать буровое шарошечное долота для реактивно-турбинного бурения, которое за счет определенного конструктивного расположения шарошки обеспечивает равномерное распределение удельных нагрузок по кромке зуба, повышающих износостойкость. Поставленная задача решается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем корпус с лапами, закрепленные на опорах лап шарошки с периферийным зубчатым венцом, шарошка закреплена относительно оси долота так, что режущая кромка зуба периферийного венца расположена в плоскости перпендикулярной оси долота. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлено буровое долото, общий вид; на фиг.2 - вид А по фиг.1. Буровое шарошечное долота для реактивнотурбинного бурения содержит корпус 1, на котором закреплены лапы 2. На лапах 2 закреплены шарошки 3 с помощью подшипникового узла 4. Долото имеет ось 5. Ось 6 шарошки 3 закреплена относительно оси 5 долота под углом. Шарошка 3 имеет периферийный зубчатый венец 7. Режущая кромка 8 зуба 9 шарошки 3 расположена в плоскости 10 перпендикулярной оси 5 долота. Долото установлено в горизонтальном забое 11. Буровое шарошечное долото работает следующим образом. Долото вводят в контакт с горизонтальным забоем 11 так, что ось 5 долота перпендикулярна горизонтальному забою 11. При этом режущая кромка 8 зуба 9, расположенная в плоскости 10, устанавливается параллельно горизонтальному забою 11. Долоту сообщают вращательное движение и прикладывают определенную осевую нагрузку на корпус 1 долота для разбуривания породы. Осевая нагрузка, приложенная к корпусу 1 долота через лапу 2 и подшипниковый узел 4 передает нагрузку на шарошку 3, следовательно, на зуб 9 шарошки 3 периферийного венца 7. Зуб 9 шарошки 3 внедряется в породу режущей кромкой 8, расположенной в плоскости перпендикулярной оси 5 долота. Возникают максимальные давления от реакции забоя 11. которые перераспределяются по всей длине режущей кромки 8 зуба 9, уменьшая удельные нагрузки на зуб. Когда периферийный венец 7 коснется горизонтального забоя 11 очередным зубом 9, его режущая кромка 8 также будет расположена в плоскости перпендикулярной оси 5 долота и произойдет очередное перераспределение максимальных напряжений по всей режущей кромке 8 зуба 9. Увеличение контактной поверхности режущей кромки зуба с разрушаемой породой обеспечивает стойкость шарошек к износу. Предлагаемая схема размещения зубьев на шарошке позволила увеличить проходку за счет увеличения срока службы шарошек и сократить непроизводительные спуско-подъемные работы.