буровое режущее долото

Формула изобретения

Буровое режущее долото, включающее корпус, подвижные лопасти, армированные износостойкими пластинами, образующими рассечку с углом а в центральной части долота между подвижными лопастями и непрямолинейную выпуклую режущую кромку, содержащую на периферийной части износостойкие пластины, у которых касательная, проведенная через их режущую кромку и скважинообразующую вершину, образует с продольной осью долота угол, равный половине угла рассечки /2, связанные с корпусом долота посредством осей крепления, расположенных на периферийной части корпуса долота выше плоскости, проходящей через скважинообразующие вершины износостойких пластин, перпендикулярно продольной оси долота, и установленные с возможностью поворота в плоскости их передних граней вокруг осей крепления и изменения угла рассечки от до 0°, и упругие вставки, выполненные в виде клина с углом, равным половине угла рассечки /2, обращенным в сторону периферийной части корпуса, и размещенные в полостях разъема между корпусом и подвижными лопастями, сопрягающимися с корпусом по поверхностям, выполненным по радиусам окружностей с центром в осях крепления и содержащим упорные буртики, расположенные с возможностью взаимодействия при максимальном диаметре рассечки, отличающееся тем, что оси крепления подвижных лопастей к корпусу долота размещены ниже плоскости, проходящей через скважинообразующие вершины износостойких пластин, перпендикулярно продольной оси долота, и равноудалены от этих вершин при максимальном и минимальном диаметрах рассечки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровым режущим долотам для шнекового бурения скважин, преимущественно взрывных.

Известно буровое режущее долото, содержащее корпус и подвижные лопасти, связанные с корпусом и армированные износостойкими пластинами, образующими непрямолинейную выпуклую режущую кромку, рассечку в центральной части долота между подвижными лопастями с возможностью уменьшения ее диаметра, упругие вставки, размещенные в полости между корпусом и подвижными лопастями (а.с. СССР №1668617, кл. Е21В 10/42, 1991 г.).

Недостаток данного долота заключается в низкой эффективности бурения перемежающихся по крепости пород, т.к. увеличивающаяся по диаметру рассечка при выходе долота на мягкие породы не изменяет своей цилиндрической формы скалывающего типа на рациональную для этих условий коническую форму режущего типа.

Наиболее близким является буровое режущее долото, включающее корпус, подвижные лопасти, армированные износостойкими пластинами, образующими рассечку с углом в центральной части долота между подвижными лопастями, и непрямолинейную выпуклую режущую кромку, содержащую на периферийной части износостойкие пластины, у которых касательная, проведенная через их режущую кромку и скважинообразующую вершину, образует с продольной осью долота угол, равный половине угла рассечки /2, связанные с корпусом долота посредством осей крепления, расположенных на периферийной части корпуса долота выше плоскости, проходящей через скважинообразующие вершины износостойких пластин, перпендикулярно продольной оси долота, и установленные с возможностью поворота в плоскости их передних граней вокруг осей крепления и изменения угла рассечки от до 0°, и упругие вставки, выполненные в виде клина с углом, равным половине угла рассечки /2, обращенным в сторону периферийной части корпуса, и размещенные в полостях разъема между корпусом и подвижными лопастями, сопрягающимися с корпусом по поверхностям, выполненным по радиусам окружностей с центром в осях крепления и содержащим упорные буртики, расположенные с возможностью взаимодействия при максимальном диаметре рассечки (патент РФ №2223379, кл. Е21В 10/42, 2004 г.). Данное долото за счет изменения формы и размеров рассечки позволяет интенсифицировать процесс разрушения керна породы в центральной части долота при бурении перемежающихся по крепости пород.

Недостаток данного технического решения заключается в повышенных затратах мощности привода на вращение при использовании данного долота в шнековых ставах, широко применяемых для бурения взрывных скважин на карьерах, из-за того, что вследствие размещения осей крепления подвижных лопастей к корпусу выше плоскости, проходящей через скважинообразующие вершины износостойких пластин, перпендикулярно продольной оси долота, при повороте подвижных лопастей одновременно с уменьшением угла и диаметра рассечки будет уменьшаться и диаметр самого долота, а следовательно, площадь контакта спиралей шнекового бурового става со стенками скважины будет увеличиваться и приводить к увеличению рабочих нагрузок, снижению скорости бурения и т.п.

Изобретение направлено на повышение эффективности использования долота в шнековых ставах при бурении взрывных скважин в перемежающихся по крепости породах.

Указанная цель достигается тем, что в буровом долоте, включающем корпус, подвижные лопасти, армированные износостойкими пластинами, образующими рассечку с углом в центральной части долота между подвижными лопастями, и непрямолинейную выпуклую режущую кромку, содержащую на периферийной части износостойкие пластины, у которых касательная, проведенная через их режущую кромку и скважинообразующую вершину, образует с продольной осью долота угол, равный половине угла рассечки /2, связанные с корпусом долота посредством осей крепления, расположенных на периферийной части корпуса долота выше плоскости, проходящей через скважинообразующие вершины износостойких пластин, перпендикулярно продольной оси долота, и установленные с возможностью поворота в плоскости их передних граней вокруг осей крепления и изменения угла рассечки от до 0°, и упругие вставки, выполненные в виде клина с углом, равным половине угла рассечки /2, обращенным в сторону периферийной части корпуса, и размещенные в полостях разъема между корпусом и подвижными лопастями, сопрягающимися с корпусом по поверхностям, выполненным по радиусам окружностей с центром в осях крепления и содержащим упорные буртики, расположенные с возможностью взаимодействия при максимальном диаметре рассечки, оси крепления подвижных лопастей к корпусу долота размещены ниже плоскости, проходящей через скважинообразующие вершины износостойких пластин, перпендикулярно продольной оси долота, и равноудалены от этих вершин при максимальном и минимальном диаметрах рассечки.

На фиг.1 показан общий вид нового долота с максимальным и минимальным диаметром рассечки; на фиг.2 - то же, с минимальным диаметром рассечки.

Буровое режущее долото включает корпус 1 и подвижные лопасти 2, армированные износостойкими пластинами 3, образующими рассечку 4 с углом в центральной части долота между подвижными лопастями 2, и непрямолинейную выпуклую режущую кромку 5, содержащую на периферийной части износостойкие пластины 6, у которых касательная, проведенная через их режущую кромку 7 и скважинообразующую вершину 8, образует с продольной осью долота угол, равный половине угла рассечки /2. Подвижные лопасти 2 связаны с корпусом 1 долота посредством осей крепления 9, расположенных на периферийной части корпуса 1 долота ниже плоскости 10, проходящей через скважинообразующие вершины 8 износостойких пластин 6, перпендикулярно продольной оси долота, и равноудаленных от вершины 8 при максимальном и минимальном диаметрах рассечки. При этом подвижные лопасти 2 установлены с возможностью поворота в плоскости их передних граней вокруг осей крепления 9 и изменения угла рассечки от до 0°. В полостях разъема 11 между корпусом 1 долота и подвижными лопастями 2 размещены упругие вставки 12, выполненные в виде клина с углом, равным половине угла рассечки /2, обращенным в сторону периферийной части корпуса 1. Корпус 1 долота и подвижные лопасти 2 сопрягаются по поверхностям 13, выполненным по радиусам окружностей с центром в осях крепления 9 и содержащим упорные буртики 14, расположенные с возможностью взаимодействия при максимальном диаметре рассечки 4.

Предлагаемое режущее долото работает следующим образом.

В процессе вращательного бурения к долоту прилагается осевое усилие и крутящий момент, под действием которых и происходит непосредственно процесс бурения.

При бурении мягких пород (фиг.1) осевое усилие незначительно и подвижные лопасти 2 с помощью упругих вставок 12 образуют рациональную для этого случая коническую рассечку 4 режущего типа с углом и максимальным диаметром D_p. При этом упорные буртики 14 сопрягающихся поверхностей 13 корпуса 1 и подвижных лопастей 2 взаимодействуют между собой, ограничивая подвижность лопастей 2 в сторону увеличения диаметра рассечки D_p. Расположенные на периферийной части режущей кромки 5 износостойкие пластины 6 за счет наклона своих режущих кромок 7 под углом /2 к оси долота участвуют в калибровании стенок скважины для сохранения ее диаметра лишь частично, преимущественно при помощи скважинообразующих вершин 8 из-за хорошей устойчивости долота на забое при бурении мягких пород.

При встрече долота в процессе бурения с более крепкими прослоями породы (фиг.2) осевое давление увеличивается, реакция отпора породы возрастает и подвижные лопасти 2, преодолевая силы упругости 12, поворачиваются вокруг осей крепления 9 и занимают крайнее положение, при котором в центральной части долота образуется рациональная цилиндрическая рассечка 4 скалывающего типа с малым диаметром керна d _p, что облегчает процесс его разрушения. При этом расположенные на периферийной части режущей кромки 5 износостойкие пластины 6 размещаются параллельно продольной оси долота и контактируют со стенками скважины всей режущей кромкой 7, включая скважинообразующие вершины 8, что способствует устойчивой работе долота на забое при прохождении крепких пород. Причем вследствие того, что оси крепления 9 подвижных лопастей 2 к корпусу 1 долота размещены ниже плоскости 10, проходящей через скважинообразующие вершины 8 износостойких пластин 6, перпендикулярно продольной оси долота, и равноудалены от этих вершин при максимальном и минимальном диаметрах рассечки 4, диаметр долота при бурении крепких пород практически равен диаметру долота при бурении мягких пород.

Предлагаемое техническое решение за счет изменения формы и диаметра рассечки долота с конической на цилиндрическую, и наоборот, без уменьшения диаметра долота, позволяет интенсифицировать процесс разрушения керна породы в центральной части режущего долота, снизить затраты мощности на вращение шнекового бурового става, повысить скорость бурения, прочность режущих кромок и, в целом, эффективность шнекового бурения взрывных скважин в перемежающихся по крепости породах.