Способ армирования породоразрушающего инструмента

(5)5 Е 21 В 10/ОЫЙ КОМИТЕТ,""- ",: "Ь 1 т" я 1)И "ксЯМ И ОТКРЫТИЯМ ,",:":; ";.:. .: -,. .,.-",4,тГ,Я;" ЯНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.Ю, 1754873 А 1 ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР ОПИСА К. АВТОРСКОМ 1" .:,. 2к(21) 4808648/03 -:; вых и энергетических параметров праизво) 04.04.90 ;: -:дят по рабочей поверхности при разйыХти- (46) 15.08.92. БюмлМЗО ..:пах и формах резцов"Выделяют участки (71) Уфимский нефтяной институт .: ,: . оптимасльнойт силовой и энергетической за) М.Р.Мавлютов, Л,А.Алексеев, Р.Г.Гани- груженности. Размещение резцов осуществ- ЕВ, Х,И.АКЧурИН И Д.М.АХМЕТШИН,". ЛяЮтПО ВЫдЕЛЕННЫчМуцаСтКтаМ ВСООтанЕтСтВИИ (56) Царицын В.В, Алмазное бурение. М;:Не- их формы и типа харакгеристикамэтих учадра, 1975, с.17,.;.,стков, При работе регулированиераспреде-(54) СПОСОБ АРМИРОВАНИЯ ПОРОДО- лением силцовйх"-и энергетических РАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ".;- параметров путем комбинирования резцов ,(57) Изобретение относится к породоразру-. различных типов и формыпозволяет увелишающему инструменту, а именно к проекти-: чйть знергонапряже)тнохсытуьх резцов на участрованию, конструированию и разработке : кахнаибольшего сопротйвления пород долот режуще-скалывающего действия и их - разрушению За счет сйижкениуя ее научастприменению при бурении скважин, и позво-ках относительно мтейьв)его сопротивле-.ляет повысить эффективность способа ар-. ния. Это приводит. к более рациональному Я миро на н ияи о родо разрушв ю щего - распртеделениФ "зйыечргонйапряженноксти на инструмента за счет оптимального раСпре- "- .инструменте, чтоухпрйвнодтит ктувехличению деления резцов различных типов и формы, его долговечностй, 6 табл 6 ил.Это достигается тем, что определение силол Изобретение относится к породоразру- Другим нчедостаткуоцм уКазанныхспособов 4шающему инструменту,а именно к проекти- является необоснованная концентрация ре- (Я рованию, конструированию и разработке жущих элементов на торце бурового долота,фь долотрежуще-скалывающегодействияиих: безучетахарактеркавзаимодмействиярезцовк О применению при бурении скважин:.: ".:" и механизма разруцгецния"горнойпородына ъИзвестен способ армирования долот,":различныхучастках, ".заключающийся в размещении резцов в.;,:,;:; .":.,:,."-.:,: .::э " . шахматном порядке, по цепочке, пораднуеу-: "указанные недостатки частнчно устра );е и по концентрическим окружностям.:.-: няются в известйом спохсобте путем увеличе-ъРазмещение резцов по перечисленным :.ния концентрации аулмазбв- в нармужной способам неэффективно. Способы разме-". частиторца йородторазрхуйЪющего инструщения резцов из условия равномерного пе- . мента; применяя при этом более крупные рекрытйя забоя приводит к . алмсазы; и использочванием Йлмэзсов разлйчи реждевременному износу резцов на от-"ных фанзмеров и качнеств,"Опрчехдеттляемных кондельных участках и выходу из строя породо- струкцией алмазной матрицы, кбторый по разрушающего инструмента при", технической сущности и достигаемому реиспользовании вооружения на 20, - . ЗОЯ,..Цитки ак ко Заказ 2874 Тираж Подпи ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от 113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/оеытиям ГКНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101Р,эфР р,лр 40 45 50 55 зультату является наиболее близким к предлагаемому изобретению.Недостатком укаэанного способа является выбор размеров и качествалмазов в зависимости от конструкции алмазосодер жащей матрицы, чтоне связано ни с механизмом, ни с особенностью разрушения горных пород на разных участках забоя, ни режимами взаимодействия алмазов с породой, ни с физико-механическими свойствами разрушаемых пород, что приводит к снижению механической скорости Чмех й долговечйости породоразрушающего инструмента. Кроме того, решение задачи изно" состойкости не связано с мехайической 15 скоростью бурения, а основной показательбурения - сроки строительства скважины зависит, прежде всего, от механической скорости и при решении задачи сокращения сроков стооительства скважин необходимо совместно рассматривать проблему повы.- шейия и увеличения долговечности долота. В известном способе нет задачи уменьшения сопротивляемости горных пород механическому разрушению в зависимости от форм и типа инденторов и их расположения на торце породоразрушающего инструмен.- таТакже в известном способе не учитываются воэможности бурового комплекса, чтов совокупности с перечисленными недостатками приводит к йеэффективной реали-.зации подводимой на забой энергии,В известном способе при размещении резцов не учитывается характер распреде ления силовых и энергетических параметров по рабочей поверхности в завйсимости от формы элементов вооружения.Цель изобретения - повышение эффективности способа оптимального распределения типа и формы резцов по рабочейповерхности породоразрушающего инструмента. Поставленная цель достйгается тем, что определяют распределение силовых и энергетических параметров по участкам рабочей поверхности породоразрушающего ийструмента при разрушении горных пород с определенными физико-механическими свойствами, различными типоразмерами вооружения, причем изучение проводят только экспериментальным путем; для каждого типа вооружения, режимов разрушения свойств пород строят характеристики изменения силовых и энергетических параметров по мере удаления от оси скважины и выделяют участки потенциального износа по критическим значениям тех или иных параметров; выбирают тип и форму резцов из полученных зависимостей, обеспечивающие минимальное значение тех или иных параметров на участке потенциальнс го износа и преждевременного выхода из строя вооружения проектируемого долота, и размещение резцов осуществляется путем их комбиййрования, определяют геолого-технологические условия работы долота,Необходимость выполнения перечисленных операций заключается в следующем.Эффективность разрушения горной породы на разных участках забоя в значительной степени определяется характером распределения силовых и энергетических параметров взаимодействия по рабочей поверхности породоразрушающего инструмента.Расчетная величина удельной мощности, реалйзуемой на каждом участке рабочей йоверхности, должна удовлетворять где йудф - удельная мощность на участке рабочей поверхности, при достижении которой начинается эффективное объемов разрушение горной. породы;.йуд 1 - . реализуемая на участке мощность;Муд " - предельная удельная мощность йа участке, при достижении которой начийается катастрофическое изнашивание (разрушение) вооружения,Для удельной нагрузки условие (1) можно запйсать так; Характер распределения удельной нагрузки и момента (модности) по рабочей поверхности, породо разрушаю щего инструмента следующий; удельная нагрузка имеет максимальную величину в центре и периферии, крутящий момент - на перифеРии Рабочей повеРхности. Иначе Руд"Р может быть достигнУто пРи йуддауд"Р и, наоборот, йуд"Р может быть достигнуто приР пРКроме того, эффективность работы, энергетическая загрузка породоразрушающего элемента в значительной степени определяетСя его геометрическими параметрами (величиной, формой рабочей поверхности и т.п,). Следовательно, путем комбинирования различных типов резцов можно регулировать (оптимизировать) распределение силовых и энергетических параметров по рабочей поверхности1754873 40 45 5055 ния при неизменной удельной нагрузке на долото и частоте вращения. распределение удельной нагрузки по участкам рабочей поверхности неодинаковы. Так, при частоте вращения долота 3,25 с и удельной нагрузке для долот с резцами Г 51, причем на первом участке рабочей поверхности Руд 1 значительно меньше, чем на других долот, а на пятом участке минимальное значение Руд 5 для резцов Г 14,По результатам- айализа, очевидно, одной из причин изнашивания торцапородоразрушающего инструмента с образованием кольцевой выработкиявляетсянеравномерное распределение Руд.Для того чтобы повысить равномерность изнашивания, необходимо уменьшить сопротивление породы механическому разрушению на критических участках, что достигается путем армирования участков потенциального опережающего износа такими элементамивооружения, которые обеспечивают сниженйе значения удельных нагрузок на рассматриваемых участках.Из полученных экспериментальным путем зависимостей распределения удельных нагрузок выбирается вариант размещения резцов и определяется теоретическое распределение удельной нагрузки по торцу породоразрушающего инструмента ири замене элементов вооружения на участках резцами такой формы, которые обеспечивают минимальное"значение удельной"нагрузки на рассматриваемом участке, при этом снижая энергоемкость разрушения(см. приложение, табл,3), Следовательно, в данном случае долото можно армировать по следующему варианту;Для оценки действительйого распределения удельной нагрузки на рабочей поверхности и анализа механической скорости бурения долотамй"армированйыми по"и редлагаемому способу проведено опытное бурение;На фйг,б показано распределение удельной нагрузки по рабочейповерхности при Рудо = 450 МПа и и = 3,25 с для долота армированного по предлагаемому способу, а также для долот с резцами Г 51, Г 14 и Г 53,Эффективность применения резцов различных типов при армировании буровых долот определяется также удельной энергоемкостью процесса механического разру 8шения горных:пород. Поэтому для принятия окончательного решения по определению оптимального варианта армирования долота необходимо учитывать распределение не 5 только силовых, но и энергетических параметров разрушения горных пород.Например, анализ распределенияудельной работы разрушения можно провести по распределению мощности (момента) 10 на участках долота. Анализ проводится аналогично описанному и римеру.Изобретение по сравнению с прототипом позволяет увеличить долговечность долота путем комбинирования 15 резцов различной формы таким образом,чтобы на участках потенциального преждевремеййого выхода из строя элементов вооружения в результате высоких удельных нагрузок РудРуд устанавливают 20 резцы; удовлетворяющие условию РудРуд"Р, За счет обеспечения более равномерного распределения Руд по рабочей поверхности увеличивается долговечность долота по предлагаемому варианту размещения 25 элементов, вооружения по поверхности.Механическая скорость бурения увеличивается за счет обеспечения эффективности разрушения горной породы на участках, где РудРУДЗФ, В предлагаемом изобрете нии при увеличении долговечности механическая скорость не снижается, а даже несколько увеличивается (см. табл.2),формула изобретения Способ армирования породоразрушающего инструмента, включающий определение силовых и энергетических параметров взаимодействия резцов инструмента с горной породой, размещение резцов на рабочей поверхности в соответствии с характеристиками взаимодействия и закрЕпление резцов; о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет оптимального распределения резцов различных типов и формы, определение силовых и энергетических параметров производят при разных типах и формах резцов, затем выделяют участки оптимальной силовой и энергетической загруженности, а размещение резцов осуществляют по выделенным участкам в соответствии их формы и типа характеристикам Этих участков,,Таблиц Общаянагрузка на ка на частках; к севая н астота ращеия доота и, с 1,41:,7 03 7,97 25 Тип аоо- ружения Механическая скорость бурения, смех м/с 1 1,04 1,6 0,61 0,87 2,11 0,94 1,52 1,38 1,84 0,36 0,87 1,5 0,65 1,06 1,41 0,32 1,13 0,42 0,7 0,93 0,56 0,71 0,95 0,32 0,8 1,37 0,45 0,73 0,97 2,45 4,23 0,88 1;43 1,9 6,80 8,61 11,47 2,54 6,36