Бурова головка з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера

Реферат: Бурова головка включає робочі органи, які виконані з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера і включають калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по бічній конічній поверхні корпуса, і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по торцевій горизонтальній і бічній конічній поверхнях корпуса, які утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів, розміщених радіально на торцевій поверхні, і завершуються двома калібрувальними елементами по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними перпендикулярно до вертикальної осі корпуса з виступом за межі корпуса на віддаль, що відповідає діаметру свердловини. Всі робочі і калібрувальні елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресованих у кріпильні планки, жорстко закріплені на поверхні корпуса. Ролики мають кріпильну ділянку і робочу поверхню з різальною кромкою, що виступає за корпус бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса по бічній конічній і торцевій горизонтальній поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок різальних елементів з розбурюваною породою під заданим кутом різання, який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні і поступовому збільшенню цього кута по торцевій поверхні радіально від периферії до центру. UA 72337 U (12) UA 72337 U UA 72337 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої промисловості, а саме до бурових інструментів, і може бути використана при бурінні свердловин у нафтогазовій промисловості. Відома бурова коронка для ударного буріння і головка для нього, що містить твердосплавне тіло, яке має задню встановлювану ділянку і передній кінець, що виступає за корпус коронки, передній кінець напівсферично зігнутий і визначений радіусом, початок якого розміщено аксіально позаду від площини, що визначає найбільший діаметр головки, конічна проміжна поверхня утворює в поперечному перерізі гострий кут 13-19° з поверхнею, що охоплює задню встановлювальну ділянку [Буровая коронка для ударного бурения и головка для него, патент РФ 2301318, Е21В 10/56, 20.06.2007 г.]. Однак ця бурова коронка для ударного буріння і головка для нього в багатьох випадках є малопродуктивною, оскільки затрудняє вибір оптимальних режимів буріння у відповідності до реальних умов і не передбачає можливості реалізації генераторної схеми різання гірських порід зі зменшенням собівартості спорудження свердловин. Найбільш близькою до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю, є бурова головка американської фірми BAKER CHRPSTENSEN COMPANY, що включає циліндричний корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, виконаними з нахилом в бік бокової стінки свердловини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з ріжучими елементами, виконаними у вигляді роликів з ріжучою кромкою, розміщеними на торцевій поверхні корпуса на виступах, що дугоподібно відходять від центру до периферії [Офіційний сайт американської фірми BAKER CHRPSTENSEN COMPANY http://www.bakerhughes.com/products-and-services/drilling/drill-bit-systems]. Однак і ця бурова головка в багатьох випадках є малопродуктивною, оскільки не передбачає можливості реалізації і оптимізації генераторної схеми різання гірських порід зі зменшенням собівартості спорудження свердловин завдяки можливому вибору оптимальних режимів буріння у відповідності до реальних умов. В основу корисної моделі поставлено задачу винайти нову конструкцію бурової головки шляхом конструктивного вирішення робочих органів і їх розміщення в конструкції спіральною формою пера забезпечити можливість реалізувати і оптимізувати генераторну схему різання гірських порід зі зменшенням собівартості спорудження свердловин можливим підбором оптимальних режимів буріння у відповідності до реальних умов. Поставлена задача корисної моделі вирішується тим, що бурова головка, яка включає корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, виконаними з нахилом в бік бокової стінки свердловини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з ріжучими елементами, згідно з корисною моделлю, має робочі органи з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, що включають калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по бічній конічній поверхні корпуса, і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по торцевій горизонтальній поверхні корпуса, при цьому калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені по бічній конічній поверхні корпуса таким чином, що утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів, розміщених радіально на торцевій поверхні, і завершуються щонайменше двома калібрувальними елементами по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними перпендикулярно до вертикальної осі корпуса з виступом за межі корпуса на віддаль, що відповідає діаметру свердловини, всі робочі і калібрувальні елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресованих у кріпильні планки, жорстко закріплені на поверхні корпуса, ролики мають кріпильну ділянку і робочу поверхню з різальною кромкою, що виступає за корпус бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса по бічній конічній і торцевій горизонтальній поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок різальних елементів з розбурюваною породою під заданим кутом різання , який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні у відповідності до умов буріння і поступовому збільшенню цього кута по торцевій поверхні радіально від периферії до центру. Завдяки пропонованим суттєвим ознакам, зокрема виконання робочих органів з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, які включають калібрувальні і ріжучі елементи, основне зусилля сприймають ріжучі елементи, розміщені на торцевій горизонтальній поверхні корпуса. Виходячи з цього, ріжучі елементи, впресовані в кріпильній планці, встановлюють під заданим кутом різання  по бічній конічній поверхні у відповідності до умов буріння і з поступовим збільшенням цього кута від периферії до центру по торцевій поверхні. Завдяки цьому осьове навантаження при контакті ріжучих елементів з розбурюваною породою розподіляється рівномірно по всій торцевій горизонтальній поверхні і 1 UA 72337 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 бічній конічній поверхні головки. Одночасно це дозволяє промивальній рідині надходити через центральний промивальний отвір і малі промивальні отвори, що мають нахил в бік бокової стінки свердловини, захоплюючи і направляючи розбурену породу разом з промивальною рідиною на поверхню. При цьому розміщення різальних елементів радіально на торцевій горизонтальній поверхні з спіральним продовженням по бічній конічній поверхні корпуса створює оптимальні канали для руху промивальної рідини, спіралеподібна конфігурація яких по вертикалі створює додатковий ефект турбулентності і зменшує осьове навантаження на бокові ріжучі елементи, які формують стінки свердловини кожним наступним ріжучим елементом зі збільшеним діаметром. Таким чином реалізується і оптимізується генераторна схема руйнування гірської породи. Калібрувальним елементам залишається тільки довести діаметр свердловини до заданого розміру і надати стінкам свердловини правильної форми. Отже сукупністю відомих і пропонованих суттєвих ознак отримуємо технічний результат, достатній для виконання поставленої задачі корисної моделі, тобто така конструкція бурової головки дозволяє реалізувати і оптимізувати генераторну схему різання гірської породи, що зменшує собівартість спорудження свердловин і дозволяє вибирати оптимальні режими буріння у відповідності до реальних умов. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На Фіг. 1 наведена конструкція бурової головки з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера в розрізі. На Фіг. 2 - вигляд робочого пера з торця. Бурова головка з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера включає циліндричний корпус 1 з центральним 5 і торцевими 6 отворами подачі промивальної рідини. Корпус (1) головки споряджений приєднувальним пристосуванням 7 з конічною різьбою і робочими органами з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, які включають калібрувальні 2 і ріжучі 3 елементи, розміщені на кріпильних планках 4. При цьому калібрувальні (2) і ріжучі (3) елементи, розміщені по бічній 8 конічній поверхні корпуса (1) таким чином, що утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів (3), розміщених радіально на торцевій поверхні 9, і завершуються щонайменше двома калібрувальними елементами (2) по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними перпендикулярно до вертикальної осі корпуса (1) з виступом за межі корпуса на віддаль, що відповідає діаметру свердловини. Всі робочі (3) і калібрувальні (2) елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів впресовані у кріпильні планки (4), жорстко закріплені на поверхні корпуса (1). Ролики 2 і 3 мають кріпильну ділянку 10 і робочу поверхню з різальною кромкою 11, що виступає за корпус (1) бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса (1) по бічній конічній (8) і торцевій горизонтальній (9) поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок (11) різальних елементів (3) з розбурюваною породою під заданим кутом різання , який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні у відповідності до умов буріння і поступово збільшується по торцевій поверхні (9) радіально від периферії до центру. При виготовленні бурової головки з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера кут  задають в залежності від геологічних умов буріння (типу розбурювальних порід та розрахункових режимів буріння). Як приклад, для порід середньої твердості вибрано долото діаметром D=0,2553 м з рекомендованою швидкістю обертання бурової головки об=80 об/хв, при цьому величина розрахункового кута  від периферії до центру наведена в Таблицях 1 і 2. Таблиця 1 б, м/год. 1 3 6 об, М/С 0,00028 0,00083 0,0017 tg  0,0000038 0,0000112 0,000023 , градус 0,0002 0,00064 0,0013 Таблиця 2 б, м/год. 3 3 3 об, м/с 0,00083 0,00083 0,00083 tg  0,0000112 0,0000129 0,0000154 2 , градус 0,00064 0,00074 0,00089 UA 72337 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Бурова головка з генераторною схемою буріння і спіральною формою робочого пера працює так. Прокалібровану бурову головку з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, вибрану для конкретних геологічних умов і підібраних режимів буріння, пристосуванням 7 з конічною різьбою приєднують до бурової колони (на кресл. не наведено) і опускають у свердловину. Режим буріння здійснюють робочими органами з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера, які включають калібрувальні 2 і ріжучі 3 елементи. При цьому основне зусилля сприймають ріжучі елементи 3, розміщені радіально на горизонтальній торцевій 9 поверхні корпуса 1. Завдяки встановленню ріжучих елементів 3 в кріпильних планках 4 під заданим кутом  таким чином, що цей кут в кожному ріжучому елементі 3 поступово збільшується від периферії до центру (див. Табл. 1 і 2). Осьове навантаження при контакті ріжучого елемента 3 з розбурюваною породою розподіляється рівномірно по всій торцевій поверхні 9 головки. Одночасно промивальна рідина надходить через центральний промивальний отвір 5 і малі промивальні отвори 6, нахил яких в бік бокової стінки свердловини дозволяє захоплювати і направляти розбурену породу разом з промивальною рідиною на поверхню. При цьому розміщення різальних елементів 3 на бічній конічній поверхні 8 корпуса 1 таким чином, що вони утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів (3), розміщених радіально на торцевій поверхні 9, а впадини між кожним пером утворюють оптимальні канали для руху промивальної рідини, спіралеподібна конфігурація яких створює додатковий ефект турбулентності і зменшує осьове навантаження на бокові ріжучі елементи 3, які також розміщені під заданим кутом , формують стінки свердловини кожним ріжучим елементом з більшим діаметром, завдяки конічній бічній поверхні 8. Таким чином реалізується генераторна схема різання, яка дозволяє зменшити осьове навантаження на бурову головку в цілому, рівномірно розподіляючи зусилля на кожний різальний елемент 3 конструкції. Калібрувальним елементам 2 залишається тільки довести діаметр свердловини до заданого розміру і надати стінкам свердловини правильної форми. В процесі буріння робочі елементи 2 і 3 бурової головки рухаються навколо її осі з швидкістю об і поступально вздовж осі головки із швидкістю буріння б. Для забезпечення контакту робочих елементів 2 і 3 з породою по нормалі до робочої поверхні осі цих елементів розміщують під заданим кутом , який визначають залежності  tg  б  об де  б - швидкість буріння,  об - швидкість обертання бурової головки, рівнозначна    Dn , об де n - частота обертання бурової головки, D - діаметр розміщення ріжучого елемента на буровій головці. Розміщені таким чином робочі елементи 2 і 3 під заданим кутом  в залежності від типу розбурюваної породи та вибраної швидкості буріння дозволяють не тільки реалізувати, але й оптимізувати генераторну схемуруйнування гірських порід. Пропонована бурова головка з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера завдяки конструктивному вирішенню робочих органів і їх розміщенню в конструкції забезпечує можливість реалізувати і оптимізувати генераторну схему різання гірських порід зі зменшенням собівартості спорудження свердловин можливим підбором оптимальних режимів буріння у відповідності до реальних умов. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Бурова головка, що включає корпус з центральним і торцевими отворами подачі промивальної рідини, виконаними з нахилом в бік бокової стінки свердловини, споряджений приєднувальним пристосуванням і робочими органами з ріжучими елементами, яка відрізняється тим, що робочі органи виконані з генераторною схемою різання і спіральною формою робочого пера і включають калібрувальні і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по бічній конічній поверхні корпуса, і ріжучі елементи, розміщені на кріпильних планках по торцевій горизонтальній і бічній конічній поверхнях корпуса таким чином, що утворюють форму робочого пера, яке є спіральним продовженням у вертикальному напрямку ріжучих елементів, розміщених радіально на торцевій поверхні, і завершуються щонайменше двома калібрувальними елементами по верхньому ярусу робочого пера, розміщеними 3 UA 72337 U 5 10 перпендикулярно до вертикальної осі корпуса з виступом за межі корпуса на віддаль, що відповідає діаметру свердловини, при цьому всі робочі і калібрувальні елементи виконані у вигляді секційних наборів із твердосплавних вставок за формою циліндричних роликів, впресованих у кріпильні планки, жорстко закріплені на поверхні корпуса, ролики мають кріпильну ділянку і робочу поверхню з різальною кромкою, що виступає за корпус бурової головки на віддаль не менше 0,25 діаметра корпуса по бічній конічній і торцевій горизонтальній поверхнях з забезпеченням контакту ріжучих кромок різальних елементів з розбурюваною породою під заданим кутом різання , який відповідає визначеному нахилу осі розміщення ріжучих елементів по нормалі до робочої поверхні на бічній поверхні і поступовому збільшенню цього кута по торцевій поверхні радіально від периферії до центру. 4 UA 72337 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5