буровое шарошечное долото
Классы МПК: | E21B10/08 шарошечные долота |
Автор(ы): | Стебаков М.Л., Стебаков В.М., Лукашина Е.М. |
Патентообладатель(и): | Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-12-20 публикация патента:
15.03.1994 |
Использование: бурение скважины и разведка, разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом. Сущность: отношение радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности 5 шарошек R1 находится в пределах 1,0 - 1,8. Угол наклона цапфы к горизонтальной плоскости находится в пределах 43,5 - 85,0. Шарошки 5 расположены вершинными частями 6 к периферии долота. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, содержащее корпус, прикрепленные к корпусу цапфы, расположенные в плане радиально и под углом к оси долота, и установленные на цапфах конусные шарошки с вогнутой наружной поверхностью и вооружением на венцах, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности долота за счет использования энергии упругих волн от деформации породы, отношение радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 находится в пределах 1,0 - 1,8, а угол наклона цапф к горизонтальной плоскости находится в пределах 43,5 - 85,0o, причем шарошки расположены вершинными частями к периферии долота.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к горной промышленности, предназначено для бурения скважин и может быть использовано при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Известно буровое шарошечное долото, включающее шарошечные конуса, расположенные под углом к оси долота, лапы и режущие зубки на венцах шарошки [1] . Наиболее близким из известных по своей технической сущности является шарошечное долото, содержащее корпус, прикрепленные к корпусу цапфы, располо- женные в плане радиально и под углом к оси долота, и установленные на цапфах конусные шарошки с вогнутой наружной поверхностью и вооружениях на венцах [2] . Общим недостатком шарошечных долот является то, что разрушение забоя скважин шарошками осуществляется только за счет значительных осевых давлений и вращательного движения долота, что является причиной больших энеpгозатрат при бурении скважин, снижает стойкость шарошечного долота и ограничивает скорость бурения скважин. Основная причина этих недостатков заключается в том, что принятая в практике геометрия поверхности конусных шарошек создана без учета использования энергии волн напряжений, излучаемых при разрушении забоя скважины зубчиками шарошек, концентрации этих волн в локальном объеме ядра уплотнения горной породы (под поверхностью шарошек), что приводит к большому рассеиванию и потерям волновой энергии в окружающую среду горных пород. Целью изобретения является повышение производительности долота. Достигается это за счет использования энергии упругих волн при деформации породы с отношением радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 в пределах 1,0-1,8, а угол наклона цапф к горизонтальной плоскости находится в пределах 43,5-80о, причем шарошки расположены вершинными частями к периферии долота. На фиг. 1 показан вертикальный разрез по продольной оси шарошечного долота, помещенного в скважине; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1. Устройство осуществляется следующим образом. На поверхность горной породы 1 опускается буровой инструмент 2, при осевом давлении и вращении долота 2 зубки 3 внедряются и разрушают горную породу 1, образуют при бурении забой вогнутой формы 4 в соответствии с вогнутой поверхностью шарошек 5 при отношении радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 в пределах 1,0-1,8 и наклоном цапф к горизонту в пределах 43,5-85о, причем шарошки расположены вершинными частями 6 к периферии долота 2. В процессе бурения за счет осевого давления и вращения шарошечного долота 2 осуществляется взаимодействие внедряемых зубков 3 с горной породой 1 по вогнутой поверхности, что сопровождается разрывом связей кристаллических решеток горных пород и выделением энергии упругих волн напряжений, отражающихся от образованной вогнутой поверхности забоя скважины, концентрируясь в объеме локального ядра уплотнения породы в фокусном расстоянии F. Величина фокусного расстояния F изменяется в зависимости от степени вогнутости поверхности шарошек, при котором радиус кривизны R принимается в соответствии с крепостью буримых пород. Образованная вогнутая поверхность забоя 4 в процессе бурения непрерывно перемещается с глубиной скважины, создавая стабильные условия для излучения упругих волн, концентрирующихся в ядре уплотнения буримой породы. Периодические циклы упругих колебаний горной породы от прохождения по ней волн напряжений приводят к непрерывным многоимпульсным знакопеременным нагружениям породы "напряжение - разгрузка" и необратимым процессам усталостного разупрочения горной породы, появлениям в ней дефектов в виде дислокаций и вакансий, сливающихся в микротрещины. Предварительное разупрочение горных пород от упругих волн облегчает последующий процесс механического разрушения забоя скважины 4 зубками 3 шарошек, ускоряя бурение скважины, увеличивая стойкость долота и повышая в целом производительность бурения скважин. Показатель волнового разупрочения горных пород (Пр) от крепости пород подчиняется зависимости: Пр = 0,005 Ктр. ( сж. + сдв. + р) + 0,5 где Ктр. - коэффициент трещиноватости горных пород;- объемный коэффициент;
сж. - предельная нагрузка на сжимающие напряжения, кгс/см2;
сдв. - предельная нагрузка на сдвигающие напряжения, кгс/см2;
р - предельная нагрузка на растягивающие напряжения, кгс/см2. В соответствии с показателем разупрочения Пр все горные породы делятся на 5-ть классов, для каждой из которых соответствует определенная скорость прохождения упругих волн и степень концентрации их в объеме ядра уплотнения, которая регулируется величиной вогнутости, образованной экранирующей вогнутой поверхностью забоя в зависимости от принятого отношения радиуса долота R к радиусу кривизны поверхности шарошек R1, а также углом наклона цапф к горизонтальной плоскости. Экспериментально установленные оптимальные углы наклона цапф к горизонтальной плоскости в зависимости от скорости упругих волн в различных породах приведены в таблице. В соответствии с п. 1.05 (33-2-74) техническое решение признается обладающим существенными отличиями, если по сравнению с решениями известными в науке и технике на дату приоритета заявки оно характеризуется новой совокупностью, позволяющий получить положительный эффект. Исходя из данного определения, предлагаемое техническое решение характеризуется новой совокупностью признаков: отношение радиуса долота R к радиусу кривизны вогнутой поверхности шарошек R1 в пределах 1,0-1,8; углом наклона цапф к горизонтальной плоскости в пределах 43,5-85,0о; шарошки расположены вершинными частями к периферии долота. (56) Д. М. Бронников. Выбор параметров взрывных скважин при подземной отбойке руд. Госгортехиздат, 1961, с. 21-25. Патент США N 2057026, кл. 175-256, 1936.
Класс E21B10/08 шарошечные долота
буровое шарошечное долото - патент 2508440 (27.02.2014) | |
буровое шарошечное долото - патент 2508439 (27.02.2014) | |
способ изготовления шарошечного долота - патент 2499120 (20.11.2013) | |
способ извлечения твердосплавных зубков из шарошек буровых долот - патент 2493946 (27.09.2013) | |
одношарошечное буровое долото - патент 2462579 (27.09.2012) | |
способ сборки буровых шарошечных долот - патент 2432443 (27.10.2011) | |
буровое шарошечное долото - патент 2393321 (27.06.2010) | |
буровое шарошечное долото - патент 2391483 (10.06.2010) | |
буровое шарошечное долото - патент 2391482 (10.06.2010) | |
буровое шарошечное долото - патент 2389858 (20.05.2010) |