RU198234U1

RU198234U1 - Алмазное буровое долото

Info

Publication number: RU198234U1
Application number: RU2020105794U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Васильевич Нескоромных; Антон Евгеньевич Головченко; Дмитрий Викторович Лысаков
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2020-06-25

Abstract

Полезная модель относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента, применяемого для изменения направления проведения скважин с использованием отклонителей непрерывного действия фрезерующего типа. Алмазное буровое долото содержит корпус с резьбой и алмазосодержащую матрицу, при этом боковая часть алмазосодержащей матрицы выполнена в виде штабиков с углом наклонагде n- количество торцевых алмазных резцов; n- количество прижатых к стенке скважины боковых алмазных резцов; Р- усилие резания-скалывания горной породы алмазным резцом, даН; Р- отклоняющее усилие, даН; μ - коэффициент трения алмазного резца о породу; Р- осевое усилие, даН; ϕ - угол внутреннего трения горной породы, градус. Полезная модель направлена на повышение точности процесса искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа с использованием алмазных буровых долот. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента применяемого для изменения направления проведения скважин с использованием отклонителей непрерывного действия фрезерующего типа.

Известен буровой породоразрушающий инструмент для использования с отклонителями непрерывного действия, включающие корпус с резьбой, породоразрушающие элементы [Нескоромных В.В. Направленное бурение и основы кернометрии: Учебник. - 2-е изд. - М.: ИНФРА-М; Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. с. 217-219]. К недостаткам таких долот относится высокая погрешность при выполнении работ по искривлению скважин, связанная с возникновением дезориентирующего усилия вследствие трения бокового вооружения породоразрушающего инструмента о породу и сопротивления породы разрушению.

Известен буровой породоразрушающий инструмент [каталог породоразрушающего инструмента компании НИН «БУРИНТЕХ», http://burintekh.ru/upload/iblock/4cd/4cdfdb68819dd588c11063e160267946.pdf], включающий наклонные боковые лопасти, содержащие породоразрушающие элементы. Недостаток данных долот заключается в отклонении плоскости набора кривизны от проектного направления при использовании с отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа ввиду неравенства усилий сопротивления горных пород разрушению боковым вооружением и упругой реакции породы осевому перемещению при прижатии долота к стенке скважины.

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение точности процесса искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа с использованием алмазных буровых долот.

Указанный технический результат достигается за счет конструктивных изменений бокового вооружения алмазного долота - расположения алмазного вооружения в виде алмазосодержащих штабиков с наклоном под определенным углом у, который находится из зависимости

в направлении вращения инструмента.

Совокупность признаков заявляемой полезной модели, а именно расположение бокового вооружения алмазного долота в виде наклонных алмазосодержащих штабиков и их наклон на угол у, который находится из зависимости

не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемого алмазного бурового долота критерию новизны.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показано заявляемое алмазное буровое долото;

на фиг. 2 показана схема силового воздействия на наклонный алмазосодержащий штабик в процессе работы.

На фиг. 1 и 2 обозначено:

резьба - 1; корпус алмазного бурового долота - 2; наклонный алмазосодержащий штабик - 3.

В процессе работы алмазного бурового долота, фиксируемого на отклонителе непрерывного действия фрезерующего типа с помощью резьбы 1, возникает отклонение плоскости набора кривизны от проектного направления за счет дезориентирующего усилия Р_д, которое предопределено процессом разрушения горной породы алмазными резцами на боковой поверхности алмазосодержащей матрицы под действием отклоняющего усилия Р_откл. Совместное действие усилий Р_д и Р_откл формирует результирующее усилие P_r.

Зависимость для оценки величины угла отклонения плоскости набора кривизны А (фиг. 1):

Условием точности процесса искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа с использованием алмазных буровых долот является минимизация дезориентирующего усилия Р_д.

Поскольку усилие Р_д вызвано сопротивлением горной породы резанию-скалыванию прижатой частью бокового вооружения алмазного долота, зависимость для Р_д выглядит следующим образом:

где Р_р - усилие резания-скалывания горной породы алмазным резцом, даН; h - глубина внедрения алмазного резца в породу, мм; d - диаметр алмазного резца, мм; n_б - количество прижатых к стенке скважины боковых алмазных резцов; γ_ск - угол скалывания породы перед передней гранью резца, градус; σ_ск - предел прочности горной породы на скалывание, даН/мм²; μ - коэффициент трения алмазного резца о породу.

Глубина внедрения алмазного резца в породу может быть рассчитана из следующей зависимости:

где р_ш - твердость горной породы, даН/мм²; ϕ - угол внутреннего трения горной породы, градус.

Механизм работы долота с наклонным расположением алмазосодержащих штабиков 3 на боковой поверхности определяется силовым взаимодействием торцевых n_т и боковых n_б алмазных резцов с горной породой под воздействием осевого Р_ос и отклоняющего Р_откл усилий. С учетом того, что часть осевого усилия Р_ос компенсируется силой прижатия резцов, на каждый торцевой и боковой алмазный резец будет действовать усилие P_i, определяемое как:

где Р_ос - осевое усилие, даН; n_т - количество торцевых алмазных резцов.

Осевому внедрению алмазных резцов в штабике долота препятствует реакция разрушаемой горной породы Р_с, направленной от породы в направлении резцов, определяющих геометрию наклонного штабика. С учетом того, что сопротивление со стороны твердой горной породы вызвано в основном ее упругими реакциями, которые могут быть выражены через коэффициент внутреннего трения tgϕ, на все боковые резцы n_б, прижатые к стенке скважины силой Р_откл, действует усилие сопротивления:

Поскольку боковые резцы, внедрившиеся в породу и образующие алмазосодержащий штабик, расположены с наклоном, часть силы сопротивления трансформируется в горизонтальную боковую силу Р_т, величина которой с учетом угла наклона γ определяется как:

С целью устранения угла отклонения плоскости набора кривизны Δ, а следовательно и повышения точности процесса искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа, необходимо обеспечить такую величину угла наклона алмазосодержащих штабиков γ, чтобы величина Р_г полностью компенсировала величину дезориентирующего усилия Р_д:

откуда величина угла наклона алмазосодержащего штабика γ определяется как:

Применение предложенного алмазного бурового долота позволит повысить точность искривления скважин отклонителями непрерывного действия фрезерующего типа с использованием алмазных буровых долот за счет компенсирования дезориентирующего усилия Р_д, возникающего за счет прижатия бокового вооружения алмазного долота к стенке скважины, горизонтальной составляющей Р_г реакции разрушаемой горной породы Р_с.

Claims

Алмазное буровое долото, состоящее из корпуса с резьбой и алмазосодержащей матрицы, отличающееся тем, что боковая часть алмазосодержащей матрицы выполнена в виде штабиков с углом наклона
где n_т - количество торцевых алмазных резцов; n_б - количество прижатых к стенке скважины боковых алмазных резцов; Р_р - усилие резания-скалывания горной породы алмазным резцом, даН; Р_откл - отклоняющее усилие, даН; μ - коэффициент трения алмазного резца о породу; Р_ос - осевое усилие, даН; ϕ - угол внутреннего трения горной породы, градус.