Коронка для ударно-обертального буріння свердловин

Бурова коронка, що містить корпус, в якому встановлені центральні і периферійні штирки, по периметру якого розташовують циліндричні пази для винесення шламу, в якому проходить один продувальний канал, яка відрізняється тим, що циліндричні пази виготовляють з додатковими проточками, на виході продувального каналу розташований додатковий паз, радіус штирків визначають за формулою: 1 2 E 3 ×A 3 RSH < 0,85157 × × ψ, 2 Θi 3 де E - модуль Юнга породи; RSH - радіус штирка; 2 3 32569 2002. - вып. 78. - С.143-147]. Недоліком відомої конструкції є не ефективне розташування штирьків на робочій поверхні коронки, великий діаметр штирків, що значно знижує швидкість буріння при використанні малопотужних занурюючих пневмоударників. Ще одним недоліком є великі пази для винесення шламу, які знижують ефективність очищення призабійного простору. Завданням корисної моделі є удосконалення конструкції бурової коронки за рахунок поліпшення умов винесення шламу і збільшення об'єму породи відбитої за один удар, що дозволяє збільшити швидкість буріння і понизити знос коронки. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що бурова коронка, містить корпус, в якому встановлені центральні і периферійні штирки, по периметру якого розташовуються циліндричні пази для винесення шламу, в якому проходить один продувальний канал. Згідно корисної моделі циліндричні пази виготовляються з додатковими проточками, на виході продувального каналу розташований додатковий паз, радіус штирків приймається з наступної умови: 1 2 E 3 ×A 3 RSH á0,85157 × ×y 2 Qi 3 де E - модуль Юнга породи; RSH - радіус штирка; 4 ється із співвідношення: FS = (300 ¸ 900) + 35 × g де g - питома маса породи а радіус циліндрового паза визначається із співвідношення: 2 × S1 p причому кут повороту пазів і каналу рівний: a = 16 × g ¸ (10 - 50) Заявлену корисну модель ілюстровано наступними схемами, де на Фіг.1 зображена коронка, загальний вигляд; на Фіг.2 - робоча поверхня коронки; на Фіг.3 - додатковий паз продувального каналу. Коронка реалізована наступним чином. Бурова коронка призначена для ударнообертального буріння свердловин занурюючими пневмоударниками з осьовим вихлопом відпрацьованого повітря. Бурова коронка містить корпус 1, в якому встановлені центральні 3 і периферійні 2 штирки, периметром якого розташовуються циліндричні пази 5 для винесення шламу. У корпусі 1 проходить один продувальний канал 4. З метою поліпшення умов винесення шламу, циліндричні пази 5 виготовляються з додатковими проточками, на виході продувального каналу 4 розташований додатковий паз 6. Додатковий паз 6 на кінці продувального каналу 4 дозволяє рівномірно розподілю вати повітря при забійною зоною, що поліпшує A - енергія удару; видалення бурового шламу. Y , Qi - допоміжні змінні, які визначаються таЗ метою збільшення об'єму породи відбитої за один удар, радіус штирків 2, 3 приймається з наким чином: ступної умови: 2 ×m × h Y= 1 2 s × (1 - 2 × m) × s0 E 3 ×A 3 RSH á0,85157 × ×y - для порід середньої міцності 2 Qi 3 Q1 = 10-6 × æ8 × 10-5 × DK4 - 0,01886× DK 3 + 12849 × DK 2 ö де E - модуль Юнга породи; , ç ÷ è ø RSH - радіус штирка; R1 = - для порід підвищеної міцності A - енергія удару; Y , Qi - допоміжні змінні, які визначаються таQ2 = 10-6 × æ1286× 10-4 × DK 4 - 0,0293× DK 3 + 1,888 × DK2 ö ç, ÷ è ким чином: ø s0 - межа міцності породи при усесторонньому стисненні; DK - діаметр коронки; m - коефіцієнт Пуассона породи; s - межа міцності породи на стиснення; h - частка роботи, здійснюваною силою F із деформації ядра ущільнення і переданої від ядра ущільнення на руйнування породи; 2 × m2 h= 3 × (1 - 2 × m ) при цьому число штирків визначається з виразу: Qi z= ; 4 × RSH2 а площа пазів для винесення шламу визнача Y= 2 ×m × h s × (1 - 2 × m) × s0 - для порід середньої міцності Q1 = 10-6 × æ8 × 10-5 × DK4 - 0,01886× DK 3 + 12849 × DK 2 ö , ç ÷ è ø - для порід підвищеної міцності Q2 = 10-6 × æ1286× 10-4 × DK 4 - 0,0293× DK 3 + 1,888 × DK2 ö ç, ÷ è ø s0 - межа міцності породи при усесторонньому стисненні; DK - діаметр коронки; m - коефіцієнт Пуассона породи; s - межа міцності породи на стиснення; h - частка роботи, здійснюваною силою F із 5 32569 деформації ядра ущільнення і переданої від ядра ущільнення на руйнування породи, згідно [1]: 2 × m2 h= 3 × (1 - 2 × m ) Орієнтовно число штирків 2, 3 Qi z= ; 4 × RSH2 Компоновка робочої частини коронки Як базова методика розміщення штирків 2, 3 була вибрана методика Прядко - штирки 2, 3 розміщуються кільцеподібними зонами. Недоліком даної методики є те, що вона не враховує можливості спільної роботи штирків із руйнування породи. Тому автором, ґрунтуючись на базовій методиці, запропоноване наступне рішення. Радіус зовнішньої кільцеподібної зони: D RHAP = K - RSH 2 Число внутрішні х кільцеподібних зон: lp ö DK æ - çRSH + ÷ ç 2 è 2÷ ø NBH = lp де lp - крок установки штирків при послідовному заглибленні у породу, мм lp = 2,01 × Rl де Rl - радіус лунки виколу на поверхні, м [1]: 1 2 E 3 ×F 3 2 × m ×h Rl = × 2 s × (1 - 2 × m )× s0 3 × p × RSH 3 де F - сила удару, що доводиться на один штирок 2, 3, Н [1]: 2 × A ×E F= , z × s0 × RSH × p Радіуси внутрішні х кільцеподібних зон при русі від краю до центру: æ lp ö lp D R j = K - ç R SH + ÷ - (j × 2 - 1) × ç ÷ 2 è 2ø 2 Орієнтовне число штирків 2, 3 для кожної кільцеподібної зони, враховуючи і зовнішню: j-1 ö 4 æ z j = × ç z - å zn ÷ ç ÷ 7 n=1 ø è де z - загальне число штирків 2, 3. Кут установки штирків 2, 3 для j-й кільцеподібної зони: 360 aj = zj Далі згідно проведеним розрахункам штирки 2, 3 розташовуються по кільцеподібних зонах. Взаємний кут повороту між штирками 2, 3 сусідніх кільцеподібних зон вибирається так, щоб, відстань між двома або трьома штирками були рівні кроку установки штирків при одночасному заглибленні у породу відповідно 2 або 3 штирків. Крок установки штирків 2, 3 при одночасному заглибленні у породу двох штирків 6 lO 2 = 11 × lp , Крок установки штирків при одночасному заглибленні у породу трьох штирків 2, 3 lO3 = 1,15 × lO 2 Елементи коронки, що відповідають за винесення шламу Діаметр продувального каналу 4 рівний діаметру ви хлопного каналу на поршні-ударнику занурюючого пневмоударника. Кут на хилу каналу 4 складає 5°-30°. Загальна площа пазів 5 визначається з виразу FS = (300 ¸ 900) + 35 × g де g - питома маса породи Кількість пазів 5 рівне кількості штирків 2 зовнішньої кільцеподібної зони. Радіус циліндричного паза 5 2 × S1 p де S1 - площа одиничного паза 5S1 = FS z Кут повороту пазів 5 і каналу 4 a = 16 × g ¸ (10 - 50) Додаткові пази 6 покращують ефективність винесення шламу за рахунок перенаправления потоку стислого повітря в області з низькою швидкістю. Діаметр додаткового паз рівний діаметру продувального каналу, кут нахилу -10-40°. Коронка працює таким чином. По хвостовику корпусу 1 завдається удару від ударного механізму (занурюючого пневмоударника), енергія якого передається на центральні 3 і периферійні 2 штирки. Під дією цього удару штирки 2, 3 руйнують породу в процесі буріння. Далі через канал в поршні-ударнику занурюючого пневмоударника відпрацьоване стисле повітря через продувальний канал коронки 4 поступає в призабійну зону. Там, підхоплюючи частинки бурового шламу, через збільшені пази для винесення шламу 5, виносить їх на поверхню через затрубний простір. Технічна ефективність моделі полягає у кращому очищенні призабійного простору і збільшенні об'єму породи відбитої за один удар, що дозволяє збільшити швидкість буріння і понизити знос коронки. Це відбувається завдяки збільшеним пазам для виносу шламу та додатковій проточці на кінці центрального продувального каналу, а також урахування групової роботи штирків з руйнування породи при їх розташуванні на робочий поверхні коронки. Джерела інформації 1. Протасов Ю. И. Теоретические основы механического разрушения горных пород. М.:Недра, 1985. - 242с. 2. Прядко Ю. А. разработка методики проектирования коронок с цилиндросферическими твердосплавными вставками для штангового бурения: Автореф. дис. канд. тех. наук. - Новосибирск, 1988. 3. Эйгелес P. M., Стрекалова Р. В., Мустафина Н. Н. Выбор оптимальных размеров породоразрушающи х элементов и их рациональное размещеR1 = 7 32569 ние по поверхности забоя 136-149 Труды ВНИИБТ Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 8 1975 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601