Бурове долото з вибраним змінним кроком, що запобігає утворенню гребенів на забої, а також дозволяє оптимізувати блоковане сколення і ослабити вібрацію
Формула / Реферат
1. Бурове долото, що включає в себе корпус долота, що має центральну вісь обертання; щонайменше одну шарошку, що має центральну вісь і встановлену з можливістю обертання на згаданому корпусі долота; множину різальних елементів, кожний з яких має вісь, причому ці різальні елементи розташовані на шарошці по суті у вигляді вінців; в якому щонайменше один вінець має змінний крок суміжних різальних елементів, що змінюється від максимального до мінімального значення; для згаданого вінця щонайменше 20 % кроків мають свою математично визначену пару, а абсолютна величина різниці між згаданим кроком і його парою перевищує 10 % абсолютної величини різниці між максимальним і мінімальним кроками для цього вінця, згадана пара для кроку визначається шляхом вимірювання дуги від центра згаданого початкового кроку вздовж згаданого вінця в напрямі, протилежному напряму обертання шарошки під час буріння, а довжина згаданої дуги дорівнює довжині окружності згаданого вінця (2·π·r), помноженій на дробову частину Кv:
L=2·π·r·KvD;
кожна твірна з множини твірних визначається як геометричне місце точок на поверхні шарошки, утворене при перетинанні площини, що проходить через вісь шарошки, з віссю щонайменше одного вибраного різального елемента і геометричною поверхнею шарошки; й різальні елементи в інших вінцях орієнтовані вздовж згаданої твірної з відхиленням від згаданої твірної менш ніж на половину максимального кроку для вінця, в якому розміщений цей різальний елемент.
2. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що щонайменше 40 % вінців мають змінний крок.
3. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що для вінців із змінним кроком математична залежність, використана для одного вінця, приведена до математичних залежностей, використовуваних в інших вінцях, як прямо пропорційна функція радіусів, початки відліку всіх математичних залежностей зміщені від однієї вибраної твірної менш ніж на 45° і для всіх вінців вибрано аналогічний напрям зміни.
4. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що вибрана математична залежність являє собою арифметичну, геометричну, вагову експонентну, логарифмічну прогресію або будь-яку іншу математичну функцію, або ж їх поєднання, яке задає поступове збільшення кроку для оптимізації блокованого сколення породи.
5. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що відхилення від згаданих твірних становлять менш ніж 51 % вибраного мінімального кроку вінця, в якому розміщений різальний елемент.
6. Бурове долото за п. 1, в якому різальні елементи виконані з матеріалу шарошки.
7. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що різальні елементи виконані з твердого металу та закріплені за допомогою посадки з натягом в отворах, виконаних у шарошці.
8. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що долото являє собою долото для буріння шахтних стволів.
9. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що воно має три обертові шарошки.
10. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що воно являє собою долото для колонкового буріння.
11. Шарошка за п. 2, яка відрізняється тим, що щонайменше на одній твірній знаходяться точки перетину осі різальних елементів і геометричної поверхні шарошки для всіх вінців згаданої шарошки.
12. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що для вінців зі змінним кроком математична залежність, використана для одного вінця, приведена до математичних залежностей для інших вінців як прямо пропорціональна функція радіусів, всі математичні залежності мають початок відліку від однієї вибраної твірної, і аналогічний напрям зміни вибраний для всіх вінців.
13. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що значення KvD знаходиться в межах 0,3-0,7.
14. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що кроки різальних елементів згруповані у вінцях таким чином, що крок всередині окремої групи є постійним, а між групами крок поступово збільшується від мінімального до максимального вздовж окружності згаданого вінця.
15. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, що максимальний і мінімальний кроки визначені як функція фізичних і механічних властивостей породи.
16. Шарошка за п. 1, в якій для всіх вінців мінімальні кроки починаються від однієї твірної з відхиленням менш ніж половина мінімального кроку для згаданого вінця; максимальний і мінімальний кроки є суміжними один з одним для кожного вінця; кроки збільшуються вздовж окружності вінця відповідно до арифметичної прогресії, вибраної для кожного вінця.
Текст
1. Бурове долото, що включає в себе корпус долота, що має центральну вісь обертання; щонайменше одну шарошку, що має центральну вісь і встановлену з можливістю обертання на згаданому корпусі долота; множину різальних елементів, кожний з яких має вісь, причому ці різальні елементи розташовані на шарошці по суті у вигляді вінців; в якому щонайменше один вінець має змінний крок суміжних різальних елементів, що змінюється від максимального до мінімального значення; для згаданого вінця щонайменше 20 % кроків мають свою математично визначену пару, а абсолютна величина різниці між згаданим кроком і його парою перевищує 10 % абсолютної величини різниці між максимальним і мінімальним кроками для цього вінця, згадана пара для кроку визначається шляхом вимірювання дуги від центра згаданого початкового кроку вздовж згаданого вінця в напрямі, протилежному напряму обертання шарошки під час буріння, а довжина згаданої дуги дорівнює довжині окружності згаданого вінця (2·π·r), помноженій на дробову частину Кv: L=2·π·r·KvD; кожна твірна з множини твірних визначається як геометричне місце точок на поверхні шарошки, утворене при перетинанні площини, що проходить через вісь шарошки, з віссю щонайменше одного вибраного різального елемента і геометричною поверхнею шарошки; й різальні елементи в інших вінцях орієнтовані вздовж згаданої твірної з відхи 2 (19) 1 3 88898 4 лежність, використана для одного вінця, приведе15. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, на до математичних залежностей для інших вінців що максимальний і мінімальний кроки визначені як як прямо пропорціональна функція радіусів, всі функція фізичних і механічних властивостей пороматематичні залежності мають початок відліку від ди. однієї вибраної твірної, і аналогічний напрям зміни 16. Шарошка за п. 1, в якій для всіх вінців мінімавибраний для всіх вінців. льні кроки починаються від однієї твірної з відхи13. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, ленням менш ніж половина мінімального кроку для що значення KvD знаходиться в межах 0,3-0,7. згаданого вінця; максимальний і мінімальний кроки 14. Бурове долото за п. 1, яке відрізняється тим, є суміжними один з одним для кожного вінця; крощо кроки різальних елементів згруповані у вінцях ки збільшуються вздовж окружності вінця відповідтаким чином, що крок всередині окремої групи є но до арифметичної прогресії, вибраної для кожпостійним, а між групами крок поступово збільшуного вінця. ється від мінімального до максимального вздовж окружності згаданого вінця. Винахід стосується бурових доліт для буріння гірських порід. Даний винахід, зокрема, призначений для використання в шарошкових бурових долотах, найбільш широко використовуваних для буріння нафтових і газових свердловин, а також знаходить застосування в долотах, використовуваних для буріння вибухових свердловин і в гірських роботах. У 1909 р. Говард P.Хьюз (Howard R.Hughes) винайшов шарошкове долото для твердих порід, яке корінним чином змінило розвідку і буріння газових і нафтових свердловин. Після цього в базову конструкцію долота Хьюза були внесені численні удосконалення. Однією з проблем, що вимагають вирішення, залишається утворення гребенів, таких як цілики, коміри і рейки, на забої. Утворення гребенів на забої виникає тоді, коли різальний елемент (твердосплавна пластина або сталевий зуб) попадає в ті самі лунки, які були виконані до цього тим самим або іншим різальним елементом. Це призводить до зниження продуктивності буріння, оскільки основним видом контакту між різальними елементами і породою. У результаті збільшується знос долота і знижується швидкість прохідки. Загальновідомі рішення щодо утворення гребенів на забої полягають у збільшенні навантаження на долото (ННД), однак, як можна і передбачити, це знижує ресурс долота внаслідок додаткового навантаження на складові частини долота. Певно, найбільш поширеним рішенням для зменшення утворення гребенів на забої і ослаблення вібрації є зменшення кроку суміжних різальних елементів або збільшення кількості різальних елементів, особливо для міцних порід, як показано в патентах США №6,161,634 і №3,726,350. Недолік таких технічних рішень полягає в тому, що в них не застосований ефект блокованого сколення, а також в зростанні питомого споживання енергії і вартості бурового долота. Утворення гребенів на забої також може бути частково зменшене шляхом збільшення прослизання різальних елементів і поліпшення обскрібання ними забою свердловини шляхом зміни геометрії долота. Недолік цього підходу полягає в тому, що різальні елементи при прослизати і скребінні будуть зноситися швидше, в той час як утворення гребенів на забої не буде усунено повністю. Іншим розв'язанням проблеми утворення гребенів на забої є використання змінного кроку (кутової відстані між осями) різальних елементів, наприклад, як запропоновано в патентах США №4,248,314, №4,187,922 і №3,726,350. Будь-яке відхилення від постійного кроку може призвести до значного посилення вібрації долота, що також призведе до його передчасного зносу. Крім того, долота з невеликими випадковими відхиленнями кроку можуть утворювати гребені практично такі самі, як і бурові долота з постійним кроком. Утворення гребенів на забої також може бути зменшене шляхом використання різних конфігурацій різальних елементів або зубів, включаючи зуби з Т-подібною вершиною для додаткового опору зносу, коли зуби/пластина дроблять породу із зменшеним утворенням гребенів на забої (наприклад, дивися патент Великобританії №3,326,307). Цей метод призводить до зниження швидкості буріння і збільшення питомого споживання енергії (енергії, затраченої на одиницю кількості роздробленої породи), оскільки різальні елементи дроблять породу з меншою швидкістю прохідки. Іншим варіантом є групування і розміщення різальних елементів з різними кроками в різних групах в поєднанні з різною орієнтацією вершин різальних елементів у різних групах. Таким способом можна зменшити утворення гребенів на забої; однак при цьому зростає собівартість виготовлення, див. патент США №2,333,746. Зміни в орієнтації різальних елементів, як показано в патенті США №4,393,948, без оптимального їх розміщення на поверхні шарошок можуть тільки зменшити, однак повністю не виключать, утворення гребенів на забої. Способи оптимізації робочих характеристик бурового долота з використанням статистичних даних та моделювання для поліпшення робочих параметрів долота проілюстровані в патентах США №6,213.,225; №6,095,262; №6,516,293, а також опублікованих патентних заявках США №20,030,051,917; №20,030,051,918; №20,010,037,902. В умовах відсутності відповідної теорії застосовуються спеціалізовані способи моделювання; однак результати статистичної оптимізації обмежені припущеннями і вихідними даними, прийнятими на початку процесу оптимізації. Крім того, відомі способи моделювання видають над 5 88898 6 звичайно завищену кількість різальних елементів, прийнятого типу, що розглядається у даному винеобхідних для оптимального буріння породи. наході. Таким чином, існує потреба в буровому долоті, На Фіг.2 показаний вид збоку шарошки, що що має характеристики, які дозволяють запобігти має конструкцію відповідно до ідеї даного винахоутворенню гребенів на забої, що не викликає надду. мірних вібрацій, яке може мати економічно прийнФіг.3 являє собою схематичне креслення, що ятну собівартість виготовлення. Одним із спільних ілюструє розташування, якому віддається переванедоліків всіх відомих рішень є відсутність оптиміга, твердосплавних пластин на поверхні різальнозації блокованого сколення в процесі буріння пого робочого органу відповідно до ідеї даного винароди. Ефект блокованого сколення є наслідком ходу. того, що гірська порода має високі характеристики Фіг.4 являє собою схему розташування, якому міцності на ущільнення і низькі характеристики віддається перевага, різальних елементів у вигляміцності на вигин і розтягнення в порівнянні з меді фрезерованих зубів. талом, наприклад, залізом. Іншим загальним неНа Фіг.5 показаний об'єм породи, відбитої без доліком всіх відомих рішень є невірне тлумачення оптимізації блокованого сколення (відоме рішенфахівцями в даній галузі техніки істинної причини ня). шкідливої подовжньої вібрації резонансної частоти На Фіг.6 показаний об'єм породи, відбитої з шарошкового бурового долота при бурінні. Винахіблокованим сколенням завдяки оптимальній віддники виявили причину шкідливої подовжньої вібстані між попереднім і наступним впровадженнями рації резонансної частоти шарошкових бурових різальних елементів в породу. доліт. Фіг.7 ілюструє об'єм відбитої породи, у вигляді Основною метою винаходу є створення такої по суті опуклої функціональної залежності від відконструкції шарошкового бурового інструмента, стані між попереднім і наступним впровадженнями при якій одночасно підвищується продуктивність різальних елементів для певної породи. буріння, стійкість і швидкість прохідки при зменФіг.8 являє собою схему розташування матешенні кількості різальних елементів, включаючи в матично визначених пар кроків у вінці відповідно одному з варіантів здійснення твердосплавні пласдо ідей даного винаходу. тини, в порівнянні з відомими шарошковими буроФіг.9 являє собою схему розташування, якому вими інструментами, які в цей час виготовляються віддається перевага, різальних елементів, які повсюдно. включають в себе поєднання фрезерованих зубів і Іншою метою даного винаходу є удосконалентвердосплавних пластин на поверхні різального ня конструкції стандартного шарошкового буроворобочого органу. го долота для одночасного підвищення продуктивФіг.10 являє собою схему розташування, яконості буріння, зносостійкості і швидкості прохідки му віддається перевага, різальних елементів, об'при зменшенні кількості різальних елементів у поєднаних в групи відповідно до ідей даного винахорівнянні з відомими шарошковими буровими інду. струментами, які в цей час виготовляються повсюФіг.11 являє собою вид у перспективі різальдно. ного робочого органу, сконструйованого відповідно Відповідно до запропонованого винаходу видо ідей даного винаходу, який використовується, щезгадані цілі можуть бути досягнуті завдяки манаприклад, в долотах розширеного типу, на практематично визначеному оптимальному розташутиці застосовуваних для прохідки тунелю, гірських ванню різальних елементів на поверхні кожної із робіт і для буріння піднімних виробок. шарошок, встановлених із можливістю обертання Фіг.12 являє собою схематичне зображення і на буровому інструменті або буровому долоті вид у перспективі розташування, якому віддається шляхом одночасного використання таких принциперевага, різальних елементів" відповідно до ідеї пів: даного винаходу для обертової шарошки з одним 1. Повне усунення утворення гребенів на забої вінцем. в процесі буріння свердловини за допомогою неНа прикладених кресленнях, зокрема, на Фіг.1, залежної шарошки з використанням змінного кроку показане відоме шарошкове бурове долото 50 суміжних різальних елементів. (також зване долотом із конічними шарошками або 2. Досягнення максимального об'єму відбитої тришарошковим), звичайно використовуване для породи завдяки оптимізації блокованого сколення буріння свердловин у гірських породах. Долото 50 шляхом вибору оптимальної відстані між послідоє звичайним, як воно розглядається у даному вивними впровадженнями інструмента з урахуваннаході. Долото 50 включає в себе корпус 51, що ням механічних властивостей породи, що підлягає має нарізку у верхній частині 52 для приєднання бурінню, геометрії різальних елементів і орієнтації до бурової штанги. Долото 50 факультативно моосі різальних елементів відносно поверхні шарошже мати змащувальний компенсатор 53. В корпусі ки. 51 передбачено сопло 55 для охолодження і зма3. Істотне ослаблення шкідливої подовжньої щування бурового долота в процесі буріння. Несувібрації резонансної частоти бурового долота або чі лапи або стійки 54 консольно тягнуться з корпуінструмента, яка є обмеженням процесу буріння су вниз. Щонайменше одна шарошка 101 породи, шляхом оптимального розміщення різальвстановлена на лапі 54 долота і утримується в них елементів вздовж твірних шарошки. кожній із секцій корпусу долота з можливістю обеКороткий опис прикладених рисунків ртання, і при цьому має на своїй поверхні множину Фіг.1 являє собою вид в перспективі відомого різальних елементів 107, розташованих по суті у конічного шарошкового бурового долота загальновигляді вінців. Твердосплавні пластини 107 закріп 7 88898 8 лені за допомогою посадки з натягом в отворах при перетинанні площини, що проходить через або гніздах, виконаних у шарошках 101, утворюювісь 114 шарошки 101, з віссю 500 щонайменше чи різальні елементи. Різальні елементи можуть одного вибраного різального елемента 107 і геотакож бути сформовані з матеріалу шарошки 173 метричною поверхнею шарошки 101. Іншими сло(долото зі сталевими зубами), як показано на вами, твірна являє собою криву лінію, яка описує Фіг.4. При приєднанні до бурильної колони долото поверхню шарошки при обертанні навколо осі цієї 50 обертається навколо своєї осі 115 в напрямі шарошки. У будь-який момент у процесі буріння 206 для руйнування породи. головна силова взаємодія між шарошкою 101 і На Фіг.2 показаний вид збоку багатоконусної породою, що руйнується, відбувається вздовж шарошки 101 відповідно до даного винаходу. Шатвірних 400. Отже, оптимальне розміщення різарошка 101 включає в себе множину різальних льних елементів у значенні їх щільності розміщенелементів, які в одному з варіантів здійснення явня вздовж твірних є вирішальною умовою для ляють собою твердосплавні пластини 107, вставослаблення шкідливої вібрації. лені в посадочні отвори, виконані в тілі конуса і На Фіг.3, де показаний вид А при напрямі порозташовані по суті по окружностях вінців 102-106 гляду вгору на різальний інструмент, крок різальнавколо осі 114 шарошки. Геометрія різальних них елементів 107, визначений як кут між осями елементів 107 може бути різною за формою, роз500 суміжних різальних елементів, в кожному вінці міром і орієнтацією вершини. поступово збільшується від мінімального кроку 108 Кожний різальний елемент 107 має вісь 500; до максимального кроку 109. Крім того, всі кроки є причому ця вісь 500 одночасно перетинає поверхрізними, а мінімальний крок 108 і максимальний ню шарошки і вінця, в якому знаходиться даний крок 109 знаходяться друг поруч із другом. До того різальний елемент. Крок визначається як довжина ж мінімальні кроки 108 у всіх вінцях 102-106 почидуги вздовж окружності вінця між точками перетинаються від довільно вибраної твірної 113 шарошну осей 500 з кривою окружності вінця на поверхні ки 101, крім того зміщення від твірної 113 не може шарошки 101 для суміжних різальних елементів перевищувати 45°, і відповідно до варіанта, якому даного вінця, або, як альтернатива, крок може вивіддається перевага, половини 110 мінімального значатися як кут між осями 500 суміжних різальних кроку. Той самий напрям 111 зберігається для всіх елементів для кожного вінця. вінців 102-106 згаданого різального робочого орРадіуси r1-r5 кожного вінця визначаються як гану 101 від згаданих мінімальних кроків 108, понайкоротша відстань від осі 114 шарошки до будьчинаючи від згаданої твірної 113 і збільшуючись до якої точки вінців 102-106 на поверхні шарошки 101. максимальних кроків 109. Радіуси R1-R5 являють собою максимальну відМінімальні кроки 108 у всіх вінцях 102-106 згастань від вибраної точки вінця до осі 115 бурового даного різального робочого органу 101 можуть долота 50, виміряну по перпендикуляру до осі 115 бути рівними або різними. Максимальні кроки 109 бурового долота 50. Відомо, що коефіцієнт Kv, також у всіх вінцях 102-106 згаданого конуса 101 визначуваний як відношення Ri до ri, не повинен можуть бути рівними або різними. Збільшення від бути рівний цілому числу для зменшення утворенмінімального кроку 108 до максимального кроку ня гребенів на забої, де і = 1, 2, 3, ... 100% утво109 може бути визначене як арифметична, геомерення гребенів на забої виникає у випадках, коли трична, експонентна, логарифмічна або будь-яка коефіцієнт Kv є рівний цілому числу незалежно від інша математична функція, а також як їх поєднанвибору кроку різальних елементів 107. Для того, ня. щоб уникнути утворення гребенів на забої при З ілюстративними цілями показані декілька змінному кроці і оптимізувати блоковане сколення твірних 400, вздовж яких різальні елементи 107 у породи, дробова частина значення Kv, відповідно всіх вінцях 102-106 орієнтовані з відхиленням від до варіанта, якому віддається перевага, повинна твірних 400 менш ніж на половину вибраного макзнаходитися в межах 0,3-0,7. симального кроку 109 вінця, в якому розміщений Оптимізація блокованого сколення породи різальний елемент 107. шарошками 101 відповідно до ідеї даного винахоДля ілюстрації вибору оптимального змінного ду математично визначає оптимальний крок різакроку для оптимізації блокованого сколення відпольних елементів 107, розташованих у вигляді вінвідно до даного винаходу, для вінця 103 вибраний ців, для одержання найбільших відбитих шматків, крок 203, а його пара - змінний крок 204 - є розраможливих для вибраних шарошок 101 і породи, що хований за методикою, детально описаною нижче. зазнає буріння. Чим більше ці шматки, тим більше Дуга 450, показана пунктирною лінією, є частиною породи виймається на одиницю затраченої енергії окружності вінця 103. Ця дуга 450 виміряна від і тим більшою стає економія коштів, часу і енергії. точки А, що є центром вибраного кроку 203 у вінці Розміщення різальних елементів 107 ближче, ніж 103 в напрямі 208, який є протилежним напряму ця оптимальна відстань, призводить до зменшен205 обертання шарошки 101. Вихідною точкою ня об'єму породи, відбитої на одиницю затраченої відліку для напряму 208 є лінія 207, що перетинає енергії; впровадження ж різального елемента далі, крок 203 в середній точці А. Кінець дуги 450 розніж ця оптимальна відстань, призводить до зросташовується в межах певного кроку, позначеного тання споживання енергії, оскільки сколення переяк розрахунковий крок 204. Дуга 450, довжина якої творюється у виколення. позначена L, дорівнює довжині окружності згадаШарошка 101 встановлена на лапі 54 долота і ного вінця 103 (2×p×r2), помноженійна дробову часобертається навколо осі 115 долота в напрямі 206. тину коефіцієнта Kv, і позначена в описі даного Декілька твірних 400 визначені як геометричне винаходу як KVD. Наприклад, для r=5 одиницям і місце точок на поверхні шарошки 101, утворене R=7 одиницям, Kv дорівнює 7, діленому на 5, або 9 88898 10 1,4. Тоді дробова частина Kv, позначена як KvD, Фіг.5 ілюструє об'єм породи, відбитої без опдорівнює 0,4. тимізації блокованого сколення (відоме рішення). Якщо відстань між попереднім і наступним впроL=KvD×(2×p×r2) вадженням різальних елементів не оптимізована, KvD не може дорівнювати нулю, щоб уникнути то об'єм відбитої породи і глибина впровадження утворення гребенів на забої, і може становити від незначні при відсутності ефекту блокованого ско0,15 до 0,85. KvD, відповідно до варіанта, якому лення. Базуючись на визначенні блокованого сковіддається перевага, знаходиться в межах 0,3-0,7. лення відповідно до даного винаходу, неможливо Ефект блокованого сколення породи в процесі викликати блоковане сколення при постійному буріння має місце тоді, коли абсолютна величина кроці, який звичайно використовується у відомих різниці між вибраним кроком 203 і його розрахуншарошкових бурових долотах. ковою парою у вигляді змінного кроку 204 буде На Фіг.6 показаний об'єм відбитої породи з більше, ніж 10% абсолютної величини різниці між блокованим сколенням, зумовленим оптимальною максимальним кроком 109 і мінімальним кроком відстанню між попереднім і наступним впрова108, причому обидва значення вибрані для вінця дженнями різальних елементів. Блоковане ско103. Вищезгадане визначення для вінця 103 може лення оптимізується для даного вінця тоді, коли бути представлене у вигляді математичної залежщонайменше 20% кроків мають математично виності: значену пару, яка задовольняє визначенню блоко|203-204|>0,1×|109-108| ваного сколення відповідно до даного винаходу. У У одній групі варіантів здійснення згідно з одному з варіантів здійснення, якому віддається принципами даного винаходу кроки обчислені як перевага, всі кроки даного вінця мають пари, що арифметична прогресія у вигляді «мінімальний задовольняють визначенню блокованого сколення крок» + D×n, де D - константа, визначена як оптивідповідно до даного винаходу. мальне значення для забезпечення максимальноФіг.7 ілюструє об'єм відбитої породи як по суті го ефекту блокованого сколення, a n - послідовні опуклу функціональну залежність від відстані між додатні цілі числа (n=1, 2, 3,...). попереднім і наступним впровадженнями різальУ іншій групі варіантів здійснення згідно з них елементів для певної породи. принципами даного винаходу D може змінюватися Кожний тип порід (м'які, середні або міцні) має так, щоб забезпечити оптимальне розміщення власну криву графіка «відстань-об'єм», вигляд якої різальних елементів для ослаблення вібрації. залежить від фізичних і механічних властивостей На Фіг.4 показана шарошка у відповідності з породи для даного типу різальних елементів і даним винаходом. Пояснення до креслення подібумов буріння. Блоковане сколення є оптимізовані поясненням до Фіг.3, за винятком того, що в ним тоді, коли об'єм відбитої породи досягає макцьому варіанті здійснення даного винаходу різальсимуму. ні елементи виконані з того самого матеріалу, що і На Фіг.8 показане схематичне зображення одшарошка, і являють собою фрезеровані зуби 173. ноконусної шарошки 101 і розташування матемаЗ ілюстративними цілями вибраний крок 203 і його тично визначених кроків 204 відносно вибраного розрахункова пара у вигляді змінного кроку 204 кроку 203 вінця 106 відповідно до даного винахопоказані для вінця 105, а не вінця 103, показаного ду, як це описано стосовно Фіг.1-3. на Фіг.3. Ефект блокованого сколення породи в Різальний елемент 107 вінця 106 шарошки 101 процесі буріння має місце тоді, коли абсолютна взаємодіє із забоєм свердловини вздовж траєктовеличина різниці між вибраним кроком 203 і його рії 300, роблячи лунки 310 в забої свердловини розрахунковою парою у вигляді змінного кроку 204 шляхом впровадження різальних елементів в пробуде більше, ніж 10% абсолютної величини різниці цесі буріння. Відстань між суміжними лунками 310 між максимальним кроком 109 і мінімальним кропо круговій траєкторії 300 з радіусом R5 дорівнює ком 108, причому обидва кроки вибрані для вінця відстані між відповідними суміжними різальними 105. Вищезгадане визначення для вінця 105 може елементами 107 у вінці 106. Якщо пара кроків 203 і бути представлене у вигляді математичної залеж204 у вінці 106 розрахована відповідно до ідеї даності: ного винаходу, то на будь-якій довільно вибраній |203-204|>0,1×|109-108| ділянці 340 вздовж траєкторії 300 впровадження в Як приклад вибору оптимального змінного забій свердловини різальних елементів, що мають кроку для оптимізації блокованого сколення відпокрок 204, будуть йти за впровадженнями різальних відно до даного винаходу, для вінця 105 виберемо елементів, що мають крок 203 так, що оптимальна крок 203 І розрахуємо його пару у вигляді змінного різниця кроків викличе ефект блокованого сколенкроку 204. Дуга 450, показана пунктирною лінією, є ня і виключить утворення гребенів на забої в прочастиною окружності вінця 105. Довжина цієї дуги цесі буріння. Змінний крок збільшує ефективність 450 вимірюється від точки А, що є центром вибрасколення під час буріння породи, таким чином наного кроку 203 у вінці 105, в напрямі 208, який є віть ті різальні елементи, які входять у контакт із протилежним напряму 205 обертання шарошки прослизанням, а не з повним впровадженням, 101. Кінець дуги 450 знаходиться в межах певного сприяють кращому руйнуванню породи в порівкроку, позначеного як розрахунковий крок 204. нянні з долотами з постійним кроком. У одному з Дуга 450, довжина якої позначена L, дорівнює доваріантів здійснення даного винаходу різальні вжині окружності згаданого вінця 105 (2×p×r4), поелементи 107 у всіх вінцях шарошки 101 розташомноженій на дробову частину коефіцієнта Kv, і повані вздовж твірної 400 зі зміщенням відносно цієї значена в описі даного винаходу як KvD. твірної 400 менше ніж 51% від вибраного мінімаL=KvD-(2×p×r4) льного кроку 108 для будь-якого з вінців, зайнятих 11 88898 12 різальними елементами 107, що призводить по Фіг.10 ілюструє інші варіанти здійснення, в суті до усунення шкідливої подовжньої вібрації яких різальні елементи 107 розташовані групами резонансної частоти долота 50 по осі 115. 112, в яких крок всередині групи є постійним, а Якщо різальні елементи 107 встановлені кроки в різних групах різні. Напрям 111 зростання вздовж згаданої твірної 400 не відповідно до ідеї змінного кроку зберігається схожим для всіх груп; даного винаходу, то шкідлива подовжня вібрація крім того, мінімальні кроки 108 є суміжними з макрезонансної частоти долота 50 зводить нанівець симальними кроками 109 вздовж вибраної твірної користь від блокованого сколення; отже цілі дано113 шарошки 101 з відхиленням менш ніж 45° і го винаходу не можуть бути досягнуті. відповідно до варіанта, якому віддається перевага, На Фіг.9 показаний інший варіант здійснення з відхиленням менш ніж 51% від вибраного мініконструкції шарошки 101 відповідно до даного вимального кроку 108. находу. Різальні елементи тут виконані як у вигляФіг.11 являє собою схематичний вид в перспеді твердосплавних пластин 107, так і у вигляді ктиві шарошки 101 у вигляді усіченого конуса, скофрезерованих зубів 173, і як проілюстровано для нструйованої відповідно до даного винаходу, як вінця 104, мають вибраний крок 203 зі своєю розописано стосовно Фіг.2, Фіг.3, Фіг.8, і яка звичайно рахованою парою у вигляді змінного кроку 204. застосовується, наприклад, у шарошках розширюВихідною лінією мінімальних кроків 108 для обох вального типу для прохідки тунелю, гірничих робіт типів різальних елементів 107 і 173 є одна твірна і для буріння підняттєвих виробок. З ілюстратив113 для всіх вінців цієї шарошки 101. Кроки у всіх ними цілями у вінці 320 показані вибраний крок вінцях поступово збільшуються в одному напрямі 203 і його пара з розрахунковим змінним кроком так, що максимальні і мінімальні кроки для всіх 204. Фіг.12 являє собою вид спереду і вид збоку вінців є суміжними один з одним. Для кожного віншарошки 101 з одним вінцем відповідно до ідеї ця максимальне відхилення від твірних становить даного винаходу, як описано відносно Фіг.3. Ця менш ніж 0,51 відповідного мінімального кроку, конструкція є ще одним варіантом здійснення давибраного для даного вінця. ного винаходу. 13 88898 14 15 Комп’ютерна верстка В. Мацело 88898 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюDrill bit with selected variable pitch that prevents formation of ridges at face and makes it possible to optimize shear and decrease vibration
Автори англійськоюAARON, Anna Victorovna, Lytvynenko Viktor
Назва патенту російськоюБуровое долото с выбранным переменным шагом, которое предотвращает образование гребней на забое, а также дает возможность оптимизировать блокированное скалывание и ослабить вибрацию
Автори російськоюАарон Анна Викторовна, Литвиненко Виктор
МПК / Мітки
МПК: E21B 10/08, E21B 10/00
Мітки: блоковане, також, сколення, утворенню, кроком, ослабити, запобігає, вібрацію, оптимізувати, бурове, змінним, забої, дозволяє, долото, вибраним, гребенів
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/8-88898-burove-doloto-z-vibranim-zminnim-krokom-shho-zapobigaeh-utvorennyu-grebeniv-na-zabo-a-takozh-dozvolyaeh-optimizuvati-blokovane-skolennya-i-oslabiti-vibraciyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Бурове долото з вибраним змінним кроком, що запобігає утворенню гребенів на забої, а також дозволяє оптимізувати блоковане сколення і ослабити вібрацію</a>