Шарошечное долото

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИ АЛИСТИЧЕ СКИХРЕСПУБЛИК)5 Е 21 В 1 ТОРС ВУ СВИДЕТЕ 1/03(21) 4832 (22) 16,0 (46) 23,0 (71) уфи (72) А,Н А, В.Тор (56) Авто ек размещено в шахматном пами по зубкамменьше, а по 70.75 больаг между групех шарошек нагруппах, при вым размеще ы одну группу, а больше или(54) ШАРОШЕЧ НО (57) Испольэовани Сущность изобре ится к породоразрурументам, а именно олотам для бурения я является повыше- и долговечности вооутем обеспечения ия забоя. 00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) 4.904;93, Бюл. %15мский нефтяной институтПопов, Б,Н.Трушкин, С.П.Баталовашов и А,А,Логиноврское свидетельство СССР43, кл. Е 21 В 10/16, 1988,Е ДОЛОТОе: при бурении скважин.ения: в группах двухрядИзобретение относ шающим буровым инс к трехшарошечным д скважин,Целью иэобретени ние скорости бурения ружения шарошек и безреечного разрушенНа фиг,1 показано трехшарошечное долото и размещение венцов вставных зубков на шарошках, а также схема перекрытия ими забоя при бурении; на фиг,2 - развертки однорядного венца на примере периферийного венца первой шарошки и двухрядных периферийных венцов двух других шарошек; на фиг.3- схемы поражения забоя венцами (рядами) зубков при первом и втором . проходах по одному и тому же участку забоя; на фиг,4 - экспериментальная зависимость коэффициента вариации нагрузки на зубки от величины относительного шага повторного поражения забоя5 Ц 181 ОД 62 А 1 ного венца одной из шарош нечетное количество зубков порядке в шагом между груп внешнего ряда на 25300 зубкам внутреннего ряда на ше, чем шаги в группах, в ш пами в однорядных венцах вс 25300 больше, чем шаг в этом каждый венец с группо нием зубков содержит хотя б в которой на один-два зубк меньше; чем в остальных гру На всех схемах и в описании даны угловые шаги,Шарошечное долото (см.фиг.1) состоит иэ лап 1 с цапфами 2, на которых установлены первая 3, вторая 4 и третья 5 шарошки. Вооружение всех венцов первой шарошки, в том числе периферийного венца 6, однорядное. На шарошках 4 и 5 периферийные венцы двухрядные, состоящие из внешних рядов 7 и 9 и внутренних рядов 8 и 10. Величины шагов Т 1, Тз и Т 5 (см. фиг,2) соответствуют конкретному типоразмеру долота, Шаг между группами 12 зубков в однорядном венце (см. фиг.2, вид А) на 20,250, больше, чем шаг Т 1 внутри групп. На одной иэ шарошек, например на шарошке 4, вооружение двухрядного венца (см, рис.2, вид Б) может быть негруппированным, На шарашке 5 (см. фиг.2, видВ) зубки периферийного венца размещены группами. Первая группа включает зубки а 1, 61, в 1, г 1 и д 1, вторая - аг, б 2, в 2, г 2 и д 2, третья - аз, бз и гз и т.д. Одна группа, третья, содержит(2) на два зубка меньше, чем первая и вторая. Внутри групп зубки размещены в шахматном порядке с шагом Т 5, близким к шагу Тз в рядах. Шаг Т между группами по зубкам внешнего ряда 9 близок к шагу Т 1 и на 20.25 меньше, чем шаг Т 5. Шаг Т 6 между группами по зубкам внутреннего ряда 10 на 7075 больше, чем шаг Т 5. Шаги Т 1 и Т 5, как правило, назначаются минимально возможными из условия надежного крепления зубков в теле ша рошки,Долото работает следующим образом.В процессе бурения шарашки перекатываются по забою скважины, Элементы вооружения периферийного венца 6 поражают забой с шагом Т 1 и могут сформировать рейку. Но выступы этой рейки расположатся группами, подобно группам зубков в венце, с шагом между группами Тг (см. фиг,З, схемы а и Ь). При повторном проходе (пунктирные стрелки) иэ-за того, что в окружность скважины укладывается не целое число оборотов шарошки, а в группах разное число зубков, имеет место смещение групп рейки по шагу на величину Л Т и частичное разрушение рейки, Отдельные зубки ряда 7 второй шарошки попадают в след первой шарошки, а остальные, стремясь сформировать собственную рейку, способствуют разрушению рейки, образуемой венцом 6 (на схеме не показано). Внешний ряд 9, имеющий шаги, близкие к Т 1 и к Тз, собственную рейку не формирует, а подчиняется схеме поражения то венца 6, то ряда 7, что также способствует разрушению рейки на периферии забоя. Таким образом, все тришарошки имеют существенно разные схемы воздействия на периферию забоя и не могут сформировать устойчивую рейку,Разрушение предпериферийной части забоя осуществляется последовательно зубками рядов 8 и 10 второй и третьей шарошек, Ряд 8 может формировать рейку с шагом Тз =Т 5 (см, фиг.З, схемы с и о) с четным числом выступов и с шагом Тз/2 при нечетном числе выступов, Первая ситуация наиболее неблагоприятна и рассмотрена ниже, Зубки ряда 10 в пределах группы могут воздействовать на забой вслед зубкам ряда 8, но на границе групп происходит смещение зон поражения на величину ЬТ, т,к. Т 6 Т 5. При следующем проходе ряда 10 имеет место дальнейшее смещение зон поражения и таким образом обеспечивается последовательное разрушение рейки, формируемой рядом 8 (см, фиг,З, схемы е и 1),Поскольку поломки вставных зубков являются одной из основных причин отказа вооружения, то выбор соотношений между шагами в группах и между группами проведен из условия обеспечения минимальной вариации нагрузки на зубки, С этой целью 5 были проанализированы опубликованныеданные дробно-факторного эксперимента.В качестве показателя нагружения зубков принята величина коэффициента вариации К нагрузки10 где Я - среднее квадратическое отклонение нагрузки, действующей на зуб;Р - средняя величина нагрузки в опыте.В качестве аргумента принят относительный шаг повторного поражения забоя, равный для однорядных венцов а для двухрядных венцов На фиг.4 приведена полученная зависимость К от То. Величины То при минимальных значениях К, которые имели место при То, около 0,2 и 0,7 соответствуют наимень шей перегрузке зубков, Далее рассмотрение проведено по венцам и рядам в соответствии со схемами на фиг.З:1) для групп однорядных венцов при поражении по схеме а35 ЛТ -- Тг - Т 1,тогда где Тг и Т 1 шаги зубков между группами ив группе венца,С учетом (1) При поражении по схеме ЬТ = Т - (Тг,- Т),аТо=(Т -Тг -Т/Т,где То = 0,70,ОтсюдаТг = Т 1(2 - То) = Т (2 - 0,70) = Т 1(1 + 0,30),С учетом (1) Т 2 = Т 1(1 + 0,30). (3) Из совместного анализа формул (2) и (3) и графика на фиг,4 следует, что условие (3) обеспечивает работу вооружения в областях обоих минимумов К независимо от схемы поражения забоя при втором проходе, а условие (2) - только в случае обеспечения работы в области первого минимума. Но если для схемы Ь принять То = 0,25, то это ограничение будет устранено. Тогда шаг между группами в однорядных венцах Т 2 = Т 11 + (О 25 "0 30 (4) 2) группы внешнего ряда 9 могут поражать забой по схемам с и б, При поражениипо схеме с,Ь Т = Т 4, ТО = Т 4 /Т 5,где То = 0,70.ОтсюдаТ 4 =То "Тб = 0,70 Т 5 = Тб (1- 0,30),Приняв, что Т 4 Тб Т 4 Т 5(5) где Т 4 и Тб - шаги между группами зубков ив группах ряда 9, получим Т 4 = Тб(1 - 0,30).(6) При поражении забоя по схеме бЬ Т = Т 5 - Т 4, ТО = (Т 5 " Т 4 )/Тб, где То = 0,20. Тогда с учетом (5) и необходимых преобразований Т 4 Тб(1 - 0,20). (7) Т 4 = Т 5 Г 1 - (0,250,30 В (8) 3) группы внутреннего ряда 10 могут поражать забой по схемам е и У. При поражении по схеме еЬ Т фф Тв - Т 5, ТО = (Т 6 - Т 5 )/Т 5, где То,= 0,70.ОтсюдаТ 6 Т 5 (1+ То) = Т 5 (1 + 0,70). Приняв, что6 ТбТв Тб Из условия обеспечения работы зубков ряда в областях обоих минимумов К независимо от схемы поражения забоя меньшее значение То следует увеличить до 0,25. Тогда шаг между группами внешнего ряда где Тв и Тб - шаги между группами и в группах ряда 10,С учетом (9) получимТв = Т 5(1 + 0,70). (10)5 При поражении забоя по схеме 1ЬТ = 2 Т 5 - Т 6, ТО = (2 Т 5 - Т 6)/Т 5,где То = 0,20.Отсюда с учетом (9) и необходимых преобразованийй получим10Тв = Т 5(1 + 0,80),Из условия обеспечения работы вооружения ряда в областях обоих миниму мов К независимо от схемы поражениязабоя большее значение То уменьшим до 0,75. Тогда шаг между группами внутреннего ряда20 Тв = ТЯ 1 + (0,700,75, (11)Таким образом, формулы (4), (8) и (11)позволяют рассчитать рациональные шаги между группами как однорядных, так и двух рядных венцов для предлагаемого технического решения. Предложенное размещение зубков на шарошках обеспечивает практически безреечное разрушение всего забоя, что особенно важно для его периферийной 30 части, Кроме того, групповое размещениезубков в двухрядном венце одной из шарошек не только улучшает схему поражения периферийной части забоя, но и существенно увеличивает запас периферийного воору жения. Все.это, в конечном счете, повышаетскорость бурения и долговечность вооружения долота;ф ормула изобретения Шарашечное долото, состоящее из лап 40 с цапфами и установленных на них двухшарошек с двухрядными периферийными венцами и однорядными центральными венцами и одной шарошки только с однорядными венцами вставных зубков, раз мещенных группами хотя бы в одномдвухрядном и во всех однорядных венцах, с шагом в группах, определяемым типоразмеромдолота,отлича ющееся тем,что, сцелью повышения скорости бурения и дол говечности вооружения шарошек путемобеспечения безреечного разрушения за- боя, в группах двухрядного венца одной иэ шарошек размещено нечетное количество зубков в шахматном порядке с шагами меж ду группами по зубкам внешнего ряда на25-30 фменьше, а по зубкам внутреннего ряда на 70 - 75 больше, чем шаги в группах, а шаг между группами в однорядных венцах всех шарошек на 25 - 30 больше, чем шаг в группах, при этом каждый венец с групповым размещением зубков содержит хотя бы одну группу, в которой на один - два зубка больше или меньше, чем в остальных группах.а) 04 4 08 Корректор Л. Пилипенко едактор Е. Полионова оеям при Тираж Подп венного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 аказ 1425 ВНИИПИ Гос СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Ю0 Рог.4Составитель А, ЛогиновТехред М.Моргентал