Долото бурове

1. Долото бурове, 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, яке відрізняється тим, що різці, розташовані у радіальному напрямку, від периферії долота до його центральної частини по їх лініях 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 А (54) ДОЛОТО БУРОВЕ 41199 - 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 розта шування 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 твер достей, це ще в більшій мірі збільшить собівартість долота; - відоме долото не відрізняється універсальністю при бурінні порід з різними властивостями по глибині свердловини, в цьому ви падку нерівномірність зносу до лота в радіальному напрямку стає надто ве ликою й непередбаченою; - оскільки зносостійкий матеріал різців розташова но вздовж їх осей дуже важко реалізувати ефективну систему охолодження і очистки найбільш навантаженої частини долота, що призводить до суттєвого підвищення термонапруг. В основу ви находу покладено завдання такого удосконалення долота бурового, при якому за рахунок певного розташуван ня різців і вибору різної форми їх породоруй нівної части ни в радіальному напрямку забезпечується можливість поставити форму породоруй нівної части ни різців у відповідність з діючими навантаженнями і об'ємом породи, що вибурюєть ся, що призведе до підвищення рівномірності їх зносу, крім того покращується технологічність долота, досягається його універсальність при бурінні порід різних власти востей, підвищується ефективність охолодження робочого торця долота і, як наслідок, підвищується ефективність буріння і знижується собівартість долота. Для рішення цієї задачі у долоті буровому, що має корпус, армований оснащеними зносостійким матеріалом різцями, які складаються з державки і породоруйнівної частини, причому різці з породоруй нівною частиною у вигляді клина розміщені в центральній частині корпуса, згідно винаходу різці, розташова ні у радіальному напрямку, від периферії долота до його центральної частини по їх лі ніям різання мають різну по фор мі 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 частинам корпуса має форму конуса, діа метр якого дорівнює діаметру державки, при цьому оптимальним є, коли як зносостійким матеріалом різці оснащені алмазним полікриста лічним шаром, який закріплено на торцевій поверхні породоруйнівної частини різців; як зносостійкий матеріал використано алмазний полікристалічний шар, який закріплено принаймні на одній з граней породоруйнівної частини різців у вигляді клина; верши на конуса породоруйнівної частини різців, розташова них на периферії долота, зміщена відносно осі державки, а кут при вершині конуса породоруйнівної частини різців, розташованих між периферійною і в цент ральній частині корпуса розміщеними різцями змінюється в межах 80...100°. Причиново-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному. Завдяки вибору різної форми породоруй нівної частини різців і розташуван ню останніх згідно винаходу вперше в умовах буріння досягається можливість відповідати навантаженням, що використовують ся і об'єму гірничої породи, що вибурюється в кожній лінії різання. При цьому основною ріжучою кромкою різців, розташованих на периферії, є верши на зносостійкого матеріалу, переважно плоского алмазного полікристалічного шару утворена верши ною конуса з діаметром меншим за діаметри державки. Друга ріжуча кромка таких різців плоска, утворена плоскою гранню зносостійкого матеріалу у вигляді, наприклад, алмазного полікристалічного шару. Зга дана основна ріжуча кромка (верши на конуса) утворює на забої канавку, краї якої підрізаються розташова ною за нею другою ріжучою кромкою. В цьому випадку високі стискуючі наванта ження на верши ні різців не так небезпечні, оскільки алмаз і твердосплавна підкладка добре працюють на стискання і захи щають другу ріжучу кромку різця від руйнування. Таке сполучення двох різних ріжучих кромок забезпечує одночасне зменшення термонапруг, а значить і ймовірність відша рування зносостійкого матеріалу. Різці, розташова ні між периферійно і центрально розміщеними різцями, діаметр конічної поверхні яких співпадає з діаметром державки, утворюють лінії різання, що наближуються до центру, по мірі зменшення колових швидкостей і горизонтальної складової навантаження. Але контактна площа ци х різців невелика, тому для здійснення перекриття забою в центральній части ні долота розташовано різці з породоруйнівною частиною у вигляді клина, ріжуча кромка їх - 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 по казано у збільше ному масштабі виконання долота з різцями, розташованими на периферії долота в ста тиці 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, розташова ними у його центральній части ні, 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 породоруй нівної частини 7, при цьому породоруй нівна части на 7 різців 3, розташованих на периферійній частині головки 2 2 41199 корпуса 12 має форму конуса, діаметр якого dк менший за діаметр державки, породоруй нівна частина 7 різців 4, розташова них в центральній частині голівки 2 корпуса 12, має форму клина, а породоруйнівна части на 7 різців 5, розташованих міжпериферійно і в центральній части ні голівки 2 корпусу 12, розміщеними різцями 3, 4 відповідно, має форму конуса, діаметр якого дорівнює діаметру державки 6. Різці 3-5 оснащені зносостійким матеріалом 8, як зносостійкий матеріал використано алмазний полікриста лічний шар, який закріплено на всій торцевій поверхні породоруй нівної частини 7 різців 35, 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 12 з головкою 2 з одного матеріалу з хвостовиком 1. Кут при вершині конуса b породоруйнівної части ни 7 найкраще ви бирати в межах 80...100°. Ця вершина може бути зміщена відносно осі державки 6. Конструкція долота бурового (фіг. 2) відрізняється тим, що головка 2 може оберта тися навколо осі 0'0 на підшипниках кочення, розміщених на цапфі хвостовика 1 корпуса 12. Різці 3 (фіг. 3) мають циліндричну твердосплавну державку 6 і породоруйнівну частину 7 з алмазного полікристалічного ша ру з ріжучою кромкою 9, утвореною верши ною опуклої конічної поверхні породоруйнівної частини 7 з основою конусу dк 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 розміщува ти як на радіально розташованих лопастях 11 головки 2, так 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 3/4 площі) - розбурюєть ся різцями 3-5, рівнодіюча від навантажень для цих різців завжди буде направлена вздовж осі державки 6 і зносостійкий матеріал 8 (алмазний полікристалічний шар) буде витримува ти переважно стискаючі наванта ження. 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 уста новки різців 3 в лопатях 11 під кутами в межах a £ 20°. 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 ви конувати рівним або більшим за 80°, а для порід вище середньої твердості долото необхідно армувати різцями 5 з кутом b £ 100°. Робота долота представленого на фіг. 2 з різцями 3-5, розміщеними на голівці 2, яка обертається навколо осі 0'-0 цапфи корпуса 12; що являє собою варіант одношарошечного долота, відрізняється тим, що в залежності від кута редук ції (кута нахилу цапфи 0'-0 до долота) можна встановити різні величини діючих наванта жень на ріжучі частини різців 3-5 і використовувати це долото не тільки для буріння різних пород з використанням не тільки роторнонизькооборотного способа буріння, але і використовува ти 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 усіх випадках використання винаходу забезпечується, як показано вище, значне підвищення рівномірності зносу різців, покращення технологічності долота, можливість зробити конструкцію більш універсальною і підвищити е фективність охолодження робочого торця, що призведе до підвищення ефективності буріння і зниження собівартості долота. 3 41199 Фіг. 1 Фіг. 2 4 41199 Фіг. 3 Фіг. 4 Фіг. 5 Фіг. 6 Фіг. 7 Фіг. 8 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 5 41199 6