Буровое шарошечное долото

СОВХОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9613 А О/16 5 Е 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ равномерного износ венцов. Долото содер цами фрезерованных венцов шарошки выпо ношением равноудале щадей поперечных соотношения К опред ной зависимости, Пр печивается равноме различныхпредотвращнос зубьев ошается надеи эффективн ЬЬ 10, В.И,Позд88.8)долота иЦИНТИХ ов и Р.И,Гу буриИМН ные голоФТЕМАШ,РОВОГО ДОЛО тносится к бур ругих скважин ышение эффек ород за счет р 571 ШАРОШКА Б Ф 7) Изобретение тяных, газовых и бретения - пов бурения горных ТА ению нефЦель изотивности еализации венцов ш ается опер дного как жность ф ость буре 6 д 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Шарошечныевки, Каталог.М.,1987, с, 25. зубьев различных жит шарошки 1 с вензубьев 2. Зубья всех лнены с равным соотнных от вершин плосечений. Величина еляется из приведен- работе долота обесрный износ зубьев арошки па высоте, ежающий полный изого-то венца и повырезерованных зубьев ния. 3 ил.Изобретение относится к технике и технологии бурения нефтяных, газовых и других скважин и может быть использованопри проектировании, изготовлении и эксплуатации буровых шарошечных долот,Известна шарошка бурового долота сфрезерованным вооружением, имеющаясмещение своей оси относительно оси долота в направлении его вращения, сконструированная для бурения мягких и среднейтвердости пород (глины, песчаники, аргиллиты, алевролиты и т.д.). Особен ностью этойшарошки является режуще-сдеигающеедействие зубьев в процессе их скольженияпо поверхности забоя. Недостаток этой шарошки заключается в том, что в процессеразрушения горных пород происходит неравномерный износ зубьев разных венцовшарошки по высоте, что приводит к опережающему полному износу зубьев одного какого-то венца шарошки и снижает, такимобразом, показатели работы долота за рейсв целом,Известна также шарошка бурового долота с фреэерованными зубьями, имеющими различные размеры по венцамшарош ки.В данной конструкции долота на периферийном венце шарошки и вершинномвенце шарошки размер площадки притупления зубьев по их высоте меньше, чем узубьев средних венцов. Этим компенсируется большая величина скорости скольжения по забою вершинных и периферийныхзубьев.Недостатком является то, что изменение геометрических размеров зубьев вершинных и периферийных венцов даннойшарошки осущуществляется без обеспечения равномерности износа зубьев всех венцов по высоте в процессе скольжения их поповерхности забоя при разрушении породырезанием и скалыванием. Это существенноснижает показатели надежности фреэеровэнного вооружения (часовую стойкость) иназначения (механическую скорость зарейс) шарошечного долота в целом в процессе бурения скважин.Цель изобретения - повышение эффективности бурения горных пород за счет реализации равномерного износа зубьевразличных венцов шарошки по высоте.Указанная цель достигается тем, чтозубья всех венцов шарошки выполнены сравным соотношением равноудаленных отвершин площадей поперечных сечений, величина которого К определяется из следующей зависимости;5 где К - величина соотношения, равная длязубьев всех венцов шарошки;и - число зубьев на -м венце шарашки.е - смещение оси шарошки относитель но оси долота, мм;В и г - кратчайшее расстояние от центра тяжести площадки притупления зубьев -го венца шэрошки соответственно до оси долота и оси шарошки, мм;15 5 - площадь равноудаленных от вершин поперечных сечений зубьев -го венца шарошки, мм .На фиг.1 показана шарошка с учетом еепространственного расположения в конст рукции бурового долота; на фиг.2 - схемавзаимодействия зубьев шарошки с поверхностью забоя скважины и конструктивные параметры шарошки; на фиг.З - геометрические параметры зубьев шарошки,25 В предлагаемой конструкции шарашкибурового долота 1, содержащей венцы фрезерованных зубьев 2, обеспечивается равномерный износ зубьев 2 различных венцов по высоте Ь эа счет равного соотноЗ 0 шения К раноудаленных от их вершин площадей поперечных сечений для всех венцов шарошки;В. ( - . - .и) 35 е +(Я г) и Данное соотношение в новой конструк.ции шэрошки получено следующим образом,40 В процессе вращения долота под нагрузкой зубья шарошки совершают сложноедвижение по поверхности забоя скважины.Тэнгенциальная составляющая скорости движения зависит от конструктивныхпараметров долота, геометрической формышэрошек, передаточного отношения, приэтом разная для зубьев разных венцов шарошки (фиг.2) и равнаЧ = а(В - г),50где гд, - частота вращения долота;- передаточное отношение частотывращения шарошки и долота,При этом точками с нулевой тангенциальной скоростью являются лишь те точкишарашки, где образующие ее пересекаютсяс мгновенной осью вращения (точка К,фиг,2), Все точки образующей шэрошки, находящиеся слева от точки М, имеют отрицательное (против вращения долота)1719613 движение относительно забоя скважины,т.е, пробуксовывают, а точки образующейшарошки, находящиеся справа от точки й,имеют положительное (по ходу вращениядолота) движение, т.е. притормажиеаются. 5Радиальная составляющая скоростидвижения зависит только от величины смещения,оси шарашки(е), постоянна для зубьев всех венцов шарошки и равна (фиг,2)Чр- вд е. 10Суммарная скорость движения равнаЧсум = Чр + ЧТ = ШД е + (Я- г),2 2 2Путь движения зубьев различных венцов шарошки равен5- Чсум т 1,где 11 - время взаимодействия одного зуба1-го венца с поверхностью забоя скважины,которое равно2 л 20йЪ 1 2 л, п- х п ( - п) йгда 2 лв 04 1 П 2 лп т, что Учитывая то ина Необходи износа зубье по высоте яв трения для зу скольжения и ны:=тр К=Ь8 + -- ГШарошка новой конструкции работаетследующим образом.При вращении долота под нагрузкойзубьев шарошки совершают сложное движение со скольжением по поверхности забоя, испытывая при этом сопротивление (трение) со стороны горной породы, Силы 5 трения горной породы вызывают процессабразивного изнашивания зубьев шарошки по высоте. Конструктивное выполнение фрезерованных зубьев в предлагаемой шарашке обеспечивает равенство работы сил трения для зубьев всех венцов, что предотвращает опережающий полный износ зубьев одного какого-то венца и повышает, таким образом, надежность фрезерованных зубьев и показатели работы долота в целом 5 (проходку, механическую скорость бурения).Актуальность пробусловлено тем, что ис фрезероеанными зу где Гр- сила трения скольжения зубьев 1-го венца шарошки по поверхности забояПринимая во внимание тот факт, что механизм взаимодействия зубьев шарошки с породой забоя скважины носит в основном усталостно-обаемный или поверхностный характер, когда распределение осевой нагрузки между контактирую щими с забоем зубьями различных венцов шарошки осуществляется пропорционально площади их контактной поверхности, сила трения (Етр) определится из выраженияРтр= аРЯь 5 где а - коэффициент трения, имеющий равную величину для зубьев всех венцов шарошки при их взаимодействии с одной и той же породой;Р - удельная контактная нагрузка, име ющая постоянную величину для зубьев всех, венцов шарошки, кг/мм 2;3 - площадь равноудаленных от вершин поперечных сечений зубьев 3-го венца шарашки, мм . едлагаемои шарошкири бурении долотами бьями шарашек промым условием равномерного различных венцов шарошки яется равенство работы сил бьев всех венцов в процессе о поверхности забоя скважиПри расчетах величины а и Р опускаются как постоянные для зубьев всех венцов шарошки, и равенство работы сил трения перепишется как соблюдение условия 34= % е +(В - 1 г) =К,2 Л 2 2п где К - величина соотношения, равная для зубьев всех венцов шарашки.Передаточное отношение определябтся по формуле( - п)пГТогда окончательное условие равномерного износа зубьев различных венцов шарашки по высоте определится соотношением п = сопи для данной конс)арошки, зависимость для определеотношения К упростится и примет видисходит опережающий износ зубьев при работоспособной опоре шарошек.Предлагаемое изобретение может быть реализовано практически в любой конструкции шарошечного долота с фрезерованным вооружением. ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я Буровое шарошечное долото, содержащее шарошки с венцами фрезерованных зубьев, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения горных пород за счет реализации равномерного износа зубьев различных венцов по высоте, зубья всех венцов шарашки выполнены с равным соотношением равноудаленных от вершин площадей поперечных сечений, величина которого К определяется из следующей зависимости;/ К-Ь 5 = п, е +В, -у - где п 1 - число зубьев на 1-м венце шарашки, шт.;е - смещение оси шарошки относитель но оси долота, мм;81 и г - кратчайшее расстояние от центра тяжести площадки притупления зубьев 1-го венца шарошки соответственно до оси долота и оси шарошки, мм; 15 Я - площадь равноудаленных от вершин попеоечных сечений зубьев 1-го венца шарошки, мм 21719613 Сечение А:Б == Ь Сечение б: Ь =Ьп =а 8- площадь лолер сечения зу%чего ехред М.Морген Корректор И.Муска Редактор Э. Слиган роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аз 750 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5