Долото бурове

Корисна модель відноситься до області буріння глибоких нафтови х і газових свердловин, а саме до породоруйнівного інструменту , бурови х доліт. Відоме долото бурове [див. авт. св. № 946410, М. кл. Е21В 10/46, опубл.23.07.1982, Бюл. № 27], що містить корпус з центральним каналом і виконану із зносостійкого матеріалу робочу головку з промивними каналами, причому зносостійка головка оснащена різцями виконаними у вигляді державки і породоруйнівної частини, передня кромка державки армована алмазами, а задня має можливість взаємодії з опорними виступами, виконаними на робочій головці. Форма породоруйнівної частини однакова від периферії до центра головки. Недоліком такого інструменту слід вважати нерівномірний знос різців, обумовлений різним розподілом зусиль ,діючих на роботі кромки, різним об'ємом породи, що вибурюється в кожній лінії різання різця і різними умовами очистки і тепловідводу різців .внаслідок чого на робочій головці утворюються кільцеві канавки. Відоме також найбільш близьке за технічною суттю до корисної моделі долото бурове [див. Авт. Св. № 466315, МПК Е21В 9/02, опубл. 05.04.75. Бюл. № 13], що містить корпус, армований оснащеними зносостійким матеріалом різцями, які складаються з державки і породоруйнівної частини, при тому різці з породоруйнівною частиною у вигляді клина розміщені в центральній частині корпуса, а також і на його периферії по спіралі між витками промивної канавки, причому різці зорієнтовані таким чином, що лезо їх робочих головок складає з дотичною до спіралі в місті розташування різця кут 0... 20. Недоліки описаного інструменту такі: - інтенсивний знос периферійної частини головки внаслідок розташування різців по спіралі; - в процесі роботи спостерігається ефект наклепу-зміцнення гірничої породи в зоні контакту з інстр ументом, тому для ефективного руйнування породи необхідні високі осьові навантаження на долото, що призведе до нерівномірного зносу різців з породоруйнівною частиною у вигляді клина; - оскільки колові швидкості на периферії долота вищі, ніж в центральній частині, величина миттєвого навантаження на різці в центральній частині буде набагато більша за периферійну, тому знос різців буде нерівномірним; - недостатня технологічність такого долота бурового у зв'язку з великою складністю реалізації умови розташування різців під певними кутами при їх виготовленні, що значно збільшує собівартість відомого долота; - внаслідок особливостей конструкції такого долота виникає необхідність окремого виготовлення доліт з використанням відповідної оснастки. А також різних наступних способів буріння цими долотами порід різних твердостей, це ще в більшій мірі збільшить собівартість долота; - відоме долото не відрізняється універсальністю при бурінні порід з різними властивостями по глибині свердловини, в цьому випадку нерівномірність зносу долота в радіальному напрямку стає надто великою й непередбаченою; - оскільки зносостійкий матеріал різців розташовано вздовж їх осей дуже важко реалізувати ефективну систему охолодження і очистки найбільш навантаженої частини долота, що призводить до суттєвого підвищення термонапруг . В основу корисної моделі покладено завдання такого удосконалення долота бурового, при якому за рахунок певного розташування різців і вибору різної форми їх породоруйнівної частини в раціональному напрямку забезпечується можливість поставити форму породоруйнівної частини різців у відповідність з діючим навантаженнями і об'ємом породи, що вибурюється, що призведе до підвищення рівномірності їх зносу, крім того покращується те хнологічні долота, досягається його універсальність при бурінні порід різних властивостей, підвищується ефективність охолодження робочого торця долота і, як наслідок, підвищується ефективність буріння і знижується собівартість долота. Для вирішення цього завдання у долоті буровому, що має корпус, армований оснащеними зносостійким матеріалом різцями, які складаються з державки і породоруйнівної частини, причому різці з породоруйнівною частиною у вигляді клина розміщені в центральній частині корпуса, згідно корисної моделі різці, розташовані у радіальному напрямку, від периферії долота до його центральної частини по їх лініям різання мають різну по формі породоруйнівну частину, при цьому породоруйнівна частина різців, розташованих на периферії корпуса долота, має форму конуса, діаметр якого менший за діаметр державки, а породоруйнівна частина різців, розташованих між периферією і центральною частинами корпуса має форму конуса, діаметр якого дорівнює діаметру державки, при цьому оптимальним є, коли як зносостійким матеріалом різці мають алмазним полікристалічним шаром, який закріплено на торцевій поверхні породоруйнівної частини різців; як зносостійкий матеріал використано алмазний полікристалічний шар, який закріплено принаймі на одній з граней породоруйнівної частини різців у вигляді клина; вершина конуса породоруйнівної частини різців, розташованих на периферії долота, зміщена відносно осі державки, а кут при вершині конуса породоруйнівної частини різців, розташованих між периферійною і в центральній частині корпуса розміщеними різцями змінюється в межах 80...100. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному. Завдяки вибору різної форми породоруйнівної частини різців і розташуванню останніх згідно винаходу вперше в умовах буріння досягається можливість відповідати навантаженням, що використовуються і об'єму гірничої породи, що вибурюється в кожній лінії різання. При цьому основною ріжучою кромкою різців, розташованих на периферії, є вершина зносостійкого матеріалу, переважно плоского алмазного полікристалічноо шару утворена вершиною конуса з діаметром меншим за діаметри державки. Друга ріжуча кромка таких різців плоска, утворена плоскою гранню зносостійкого матеріалу у вигляді, наприклад, алмазного полікристалічного шару. Згадана основна ріжуча кромка (вершина конуса) утворює на забої канавку, краї якої підрізаються розташованою за нею другою ріжучою кромкою. В цьому випадку високі стискуючі навантаження на вершині різців не так небезпечні, оскільки алмаз і твердосплавна підкладка добре працюють на стискання і захищають другу ріжучу кромку різця від руйнування. Таке сполучення двох різних ріжучих кромок забезпечує одночасне зменшення термонапруг, а значить і ймовірність відшарування зносостійкого металу. Різці, розташовані між периферійне і центрально розміщеними різцями, діаметр конічної поверхні який співпадає з діаметром поверхні державки, утворюють лінії різання, що наближуються до центру, по мірі зменшення колових швидкостей і горизонтальної складової навантаження. Але контактна площа цих різців невелика, тому для здійснення перекриття забою в центральній частині долота розташовані різці з породоруйнівною частиною у вигляді клина, ріжуча кромка її - лінія. При цьому можливе розташування шару зносостійкого матеріалу лише на одній з граней, звернутій в напрямку обертання долота. Як показали експериментальні дослідження, найоптимальніший розподіл сил, а, відтак, і найбільша рівномірність зносу різців досягається, коли кут при вершині конуса і породоруйнівної частини різців змінюється в межах 80...100°. На кресленнях проілюстровано даний винахід, де на фіг. 1, 2 представлено поздовжній розріз долота бурового (два варіанти виконання); на фіг. 3, 4 показано у збільшеному масштабі виконання долота з різцями, розташованими на периферії долота в статиці і в динаміці, відповідно; на фіг. 5 - виконання долота з різцями розташованими між периферією і центральною частиною долота; на фіг. 6-8 - виконання долота з різцями, розташованими у його центральній частині, з породоруйнівною частиною у вигляді клина як на одній з граней (фіг. 6), так і на обох (фіг. 5) в різних проекціях. Долото бурове містить корпус, який має хвостовик 1 і головку 2 армовану різцями 3-5, які складаються з державки 6 і породоруйнівної частини 7, при цьому породоруйнівна частина 7 різців 3, розташованих на периферійній частині головки 2 корпуса 1-2 має форму конуса, діаметр якого сік менший за діаметр державки, породоруйнівна частина 7 різців 4, розташованих в центральній частині голівки 2 корпуса 1-2, має форму клина, а породоруйнівна частина 7 різців 5, розташованих між периферійне і в центральній частині голівки 2 корпусу 1-2, розміщеними різцями 3, 4 відповідно, має форму конуса, діаметр якого дорівнює діаметру державки 6. Різці 3-5 мають зносостійким матеріалом 8, як зносостійкий матеріал використано алмазній полікристалічний шар, який закріплено на всій торцевій поверхні породоруйнівної частини 7 різців 3-5, який можна закріплювати лише на одній з граней породоруйнівної частини 7 різців 4. Хвостовик 1 і головку 2 виконано окремо з різних матеріалів. Але можливий варіант суцільного корпуса 1, 2 з головкою 2 з одного матеріалу з хвостовиком 1. Кут при вершині конуса (3 породоруйнівної частина 7 найкраще вибирати в межах 80...100°. Ця вершина може бути зміщена відносно осі державки 6. Конструкція долота бурового (фіг. 2) відрізняється тим, що головка 2 може обертатися навколо осі 0'0 га підшипниках кочення, розміщених на цапфі хвостовика 1 корпуса 1-2. Різці 3 (фіг. 3) мають циліндричну твердосплавну державку 6 і породоруйнівну частину 7 з алмазного полікристалічного шару з ріжучою кромкою 9, утвореною вершиною опуклої конічної поверхні породоруйнівної частини 7 з основою конусу d k і ріжучою кромкою 10, утвореною плоским алмазним полікристалічним шаром, розміщеним під кутом a від нормалі до поверхні забою. У варіанті долота бурового згідно фіг. 2 з головкою 2, що обертається, різці 3 розташовано перпендикулярно до поверхні головки 2 і забою і вісь державки 6, що проходить через вершину конуса, співпадає при бурінні з нормальною складовою навантаження. Різці 3-5 можна розміщувати як на радіальне розташованих лопастях 11 головки 2, гак і на різної форми виступах або ребрах (не показано), які виконуються на головці 2 під різними кутами різання a від нормалі до поверхні забою. Калібруюча поверхня долота оснащена різцями 13 циліндричної форми. Долото бурове працює так. Йому надають обертального руху і осьового навантаження. В процесі буріння основна частина поверхні забою (більш ніж ¾ площі) - розбурюється різцями 3-5, рівнодіюча від навантажень для цих різців завжди буде направлена вздовж осі державки 6 і зносостійкий матеріал 8 (алмазний полікристалічний шар) буде витримувати переважно стискаючі навантаження. Завдяки виконанню зносостійкого матеріалу 8 саме з алмазного полікристалічного матеріалу у вигляді шару на конічній поверхні породоруйнівної частини 7 різців 3, 5 термонапруги в ріжучій кромці 9 майже не виникають, значно зменшуються і термонапруги в ріжучій кромці 10 різців 3, оскільки вже не існує точкового контакту з забоєм. Крім того розтягуючи напруги, що виникають на ріжучій кромці 10 теж будуть значно менші внаслідок того, що горизонтальна складова навантажень буде діяти не на вершину зносостійкого матеріалу 8, а на його бокові поверхні, тобто по дузі. Зміщення вершини конуса породоруйнівної частини 7 різців 3 в бік ріжучої кромки 10 має сенс для випадку установки різців 3 в лопатах 11 під кутами в межах a £ 20o. Величина кута при вершині різців 5 b буде залежати від виду породи, що розбурюється, при цьому для порід м'якої і середньої твердості кут b найкраще виконувати рівним або більшим за 80°, а для порід вище середньої твердості долото необхідно армувати різцями 5 з кутом b £ 100 o. Робота долота представленого на фіг. 2 з різцями 3-5, розміщеними на голівці 2, яка обертається навколо осі 0'-0 цапфи корпуса 1-2; що являє собою варіант одношарошечного долота, відрізняється тим, що в залежності від кута редукції (кута нахилу цапфи 0'-0) до долота можна встановити різні величини діючих навантажень на ріжучі частини різців 3-5 і використовувати це долото не тільки для буріння різних пород з використанням не тільки роторно-низькооборотного способу буріння, але і використовувати при бурінні турбобури і гвинтові двигуни. Вже на цьому прикладі видно, що конструктивні відрізняльні особливості згідно даного винаходу можна поширювати на різні типи долот. В усі х випадках використання винаходу забезпечується, як показано вище, значне підвищення рівномірності зносу різців, покращення технологічності долота, можливість зробити конструкцію більш універсальною і підвищення ефективності буріння і зниження собівартості долота.