RU212826U1 - Инструмент для вращательного бурения скважин - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к горному делу, а именно к инструментам для вращательного бурения скважин (ИВБС) в преимущественно мягких породах с крепкими прослоями валунно-галечных отложений шнековым способом. ИВБС состоит из корпуса с хвостовиком и двух плоских лопастей, на которых перпендикулярно плоскости забоя жестко закреплены центральные, с образованием U-образной рассечки, средние и периферийные приварные резцы, с нулевым передним углом, содержащие державки, на головках которых закреплены твердосплавные пластины формы Т с главной режущей кромкой, образованной двумя отрезками прямых, расположенных друг к другу под тупым углом, с вершиной, направленной в сторону вращения и подачи инструмента, с передней поверхностью в виде симметричного тупого клина с продольным ребром, проходящим через вершину клина, с параллельными друг другу боковыми режущими кромками, с боковыми гранями, наклоненными под острым углом к плоской задней поверхности твердосплавной пластины, ширина которой равна ширине державки, но меньше ширины передней поверхности по главной режущей кромке, и притом все приварные резцы закреплены на плоских лопастях инструмента по радиальным линиям, с образованием симметричной дублированной схемы, а их главные режущие кромки в проекции плоскости забоя смещены по окружности в направлении вращения относительно радиальной линии периферийных приварных резцов и образуют прерывистое ступенчатое режущее лезвие. Державки приварных резцов выполнены постоянного шестигранного сечения по всей длине, а твердосплавные пластины закреплены на них продольным ребром передней поверхности соосно продольным ребрам державки. Средние приварные резцы размещены на плоских лопастях инструмента с частичным перекрытием своими главными режущими кромками главных режущих кромок периферийных приварных резцов, закрепленных посредством боковых граней державок на задних поверхностях плоских лопастей инструмента. Выполнение ИВБС указанным образом позволяет повысить эффективность бурения преимущественно мягких пород с крепкими прослоями валунно-галечных отложений шнековым способом. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к горному делу, а именно к инструментам для вращательного бурения скважин преимущественно в мягких породах с крепкими прослоями валунно-галечных отложений шнековым способом.

Известен инструмент для вращательного бурения скважин, содержащий корпус в виде пикообразного забурника и двух лопастей, на приварных резцедержателях которых закреплены посредством приварных карманов, по радиальным линиям ступенчато, с возможностью перекрытия друг друга, под разными углами к вертикальной плоскости, сменные центральные и периферийные резцы, содержащие державки на головках которых закреплены твердосплавные пластины с клиновидной передней поверхностью, при этом, режущие кромки центральных и периферийных резцов, в проекции плоскости забоя, смещены по окружности в направлении вращения относительно радиальной линии периферийного резца и образуют прерывистое режущее лезвие (Патент РФ №2004761, кл. МПК Е21В 10/42, 1993 г.).

Данный инструмент для вращательного бурения скважин оснащен сменными резцами, имеющими твердосплавные пластины с клиновидной передней поверхностью, которые относят к разряду усиленных, по сравнению с аналогичными резцами, оснащаемыми плоскими твердосплавными пластинами, что позволяет применять их при бурении пород повышенной крепости, при их рациональном размещении на лопастях, включая валунно-галечные отложения. При этом закрепление центральных и периферийных резцов по радиальным линиям обеспечивает вписываемость резцов в прорезаемые канавки, а наличие ступенчатого прерывистого режущего лезвия позволяет увеличить удельное давление и интенсифицировать процесс разрушения породы. Причем, смещение режущих кромок центральных и периферийных резцов, в проекции плоскости забоя, по окружности в направлении вращения относительно радиальной линии периферийного резца, позволяет получить в проекции плоскости забоя воображаемое общее нисходящее режущее лезвие, с угловым смещением относительно плоскости, в которой лежат передние центральные резцы, от центра к периферии, и практически отжимать более крупные неразрушенные обломки валунно-галечных отложений от оси скважины к периферии для выдачи из скважины, а также разрушать часть из них и уплотнять стенки скважины, повышая тем самым их устойчивость.

Недостатки данного технического решения заключаются в следующем:

- возможность увода инструмента с оси скважины при бурении мягких пород с твердыми включениями, за счет наличия пикообразного забурника, не имеющего центральной рассечки;

- интенсивный износ, при бурении крепких абразивных пород, поверхностей лопастей с резцедержателями и самих сменных резцов из-за несимметричного расположения сменных резцов с большим шагом, примерно равным ширине режущей кромки характерным для бурения мерзлых грунтов крупным сколом;

- низкая изгибная прочность державок и стойкость боковых режущих кромок твердосплавных пластин центральных резцов при бурении крепких прослоев породы при повышенном осевом давлении, из-за их расположения не перпендикулярно плоскости забоя, а под разными углами к вертикальной плоскости, а также из-за отсутствия симметричной дублированной схемы расположения на лопастях инструмента сменных центральных резцов;

- значительное сопротивление движению большого объема разрушенной породы от забоя на поверхность лопастей, при бурении мягких пород, вследствие большого коэффициента заполнения забоя скважины телом инструмента, содержащего массивные приварные резцедержатели с приварными карманами под сменные резцы;

- существенные нагрузки на режущие кромки периферийных резцов и их державки, так как последние не только прорезают на забое канавки на всю ширину реза главных режущих кромок, но и дополнительно калибруют стенки скважины.

Также известен инструмент для вращательного бурения скважин, состоящий из корпуса с хвостовиком и трех плоских лопастей, на которых, перпендикулярно плоскости забоя, жестко закреплены центральные, с образованием U-образной рассечки, средние и периферийные резцы, с нулевым передним углом, содержащие державки, выполненные непосредственно в теле плоских лопастей, на головках которых закреплены твердосплавные пластины формы Т с главной режущей кромкой, образованной двумя отрезками прямых, расположенными друг к другу под тупым углом, с вершиной, направленной в сторону вращения и подачи инструмента, с передней поверхностью в виде симметричного тупого клина с продольным ребром, проходящим через вершину клина, с параллельными друг другу боковыми режущими кромками, с боковыми гранями, наклоненными под острым углом к плоской задней поверхности твердосплавной пластины, ширина которой равна ширине державки, но меньше ширины передней поверхности по главной режущей кромке, и притом все резцы расположены на плоских лопастях инструмента по симметричной дублированной схеме, а их главные режущие кромки выполнены прямолинейными и образуют прерывистое ступенчатое режущее лезвие (Долото лопастное усиленное - Санкт-Петербург - Авито. https://www.avito.ru).

Данный инструмент для вращательного бурения скважин оснащен резцами, имеющими твердосплавные пластины с клиновидной передней поверхностью, которые относят к разряду усиленных, по сравнению с аналогичными резцами, оснащаемыми плоскими твердосплавными пластинами, что позволяет применять их при бурении пород повышенной крепости, при их рациональном размещении на лопастях, включая валунно-галечные отложения. При этом наличие прерывистого ступенчатого режущего лезвия позволяет увеличить удельное давление на крепких породах, при сохранении устойчивости к изгибным нагрузкам, ввиду выполнения резцов с нулевым передним углом, перпендикулярно плоскости забоя, и обеспечить полублокированное резание породы с отрывом части ее в сторону обнаженной поверхности, и интенсифицировать процесс разрушения породы. Кроме того, наличие в центре инструмента U-образной рассечки способствует улучшению центрации инструмента для вращательного бурения скважин на забое и облегчает скалывание образующегося керна породы при бурении крепких пород.

Недостатки данного технического решения заключаются в следующем:

- низкая скорость бурения мягких прослоев породы из-за большого коэффициента заполнения забоя скважины телом инструмента третьей лопастью, по сравнению с инструментами для вращательного бурения скважин, имеющими аналогичные две лопасти;

- применение на тяжело нагруженных периферийных резцах, из-за несовершенства конструкции инструмента, твердосплавных пластин большего типоразмера, чем на остальных резцах, что усложняет и удорожает комплектование изделия при изготовлении;

- значительный перерасход металла в стружку при изготовлении державок резцов в теле лопастей инструмента;

- наличие плоских лопастей, именно с прямолинейными режущими лезвиями, хотя и облегчает их изготовление, но при бурении, особенно скважин большого диаметра, создает предпосылки для оттеснения более крупных неразрушенных обломков валунно-галечных отложений наоборот к оси скважины, и, как следствие, может приводить либо к заклиниванию инструмента в скважине, либо к аварийным поломкам резцов.

Наиболее близким является инструмент для вращательного бурения скважин, состоящий из корпуса с хвостовиком и двух плоских лопастей, на которых, перпендикулярно плоскости забоя, закреплены центральные, с образованием U-образной рассечки, средние и периферийные приварные резцы, с нулевым передним углом, содержащие державки на головках которых закреплены твердосплавные пластины формы Т с главной режущей кромкой, образованной двумя отрезками прямых, расположенными друг к другу под тупым углом, с вершиной направленной в сторону вращения и подачи инструмента, с передней поверхностью в виде симметричного тупого клина с продольным ребром, проходящим через вершину клина, с параллельными друг другу боковыми режущими кромками, с боковыми гранями, наклоненными под острым углом к плоской задней поверхности твердосплавные пластины, ширина которой равна ширине державки, но меньше ширины передней поверхности по главной режущей кромке, и притом часть приварные резцы расположены на плоских лопастях инструмента по симметричной дублированной схеме и образуют ступенчатое и частично прерывистое режущее лезвие (Бур Б-01703 (Б-210003.11192x1.360 .https://ekb.pulsen.ru).

Данный инструмент для вращательного бурения скважин также оснащен приварными резцами, имеющими твердосплавные пластины формы Т с клиновидной передней поверхностью, которые относят к разряду усиленных, по сравнению с аналогичными резцами, оснащаемыми плоскими твердосплавными пластинами, что позволяет применять их при бурении пород повышенной крепости, включая валунно-галечные отложения, при их рациональном размещении на лопастях. Причем, наличие двух плоских лопастей, например, вместо трех, а также отсутствие сменных резцов с массивными приварными карманами на лопастях, способствует некоторому росту скорости бурения горных пород из-за относительно небольшого сравнительного коэффициента заполнения забоя скважины телом инструмента. При этом, наличие прерывистого ступенчатого режущего лезвия позволяет увеличить удельное давление на крепких породах, при сохранении устойчивости к изгибным нагрузкам, ввиду выполнения приварных резцов с нулевым передним углом перпендикулярно плоскости забоя и обеспечить полублокированное резание породы с отрывом части ее в сторону обнаженной поверхности и интенсифицировать процесс разрушения породы. Кроме того, наличие в центре инструмента U-образной рассечки способствует улучшению центрации инструмента для вращательного бурения скважин на забое и облегчает скалывание образующегося керна породы при бурении крепких пород.

Недостатки данного технического решения заключаются в следующем:

- наличие именно плоских лопастей и размещение на них приварных резцов образующих прямолинейные режущие лезвия, хотя и упрощает их изготовление, но создает предпосылки для оттеснения более крупных неразрушенных обломков валунно-галечных отложений к оси скважины (особенно при больших диаметрах бурения), и, как следствие, может приводить либо к заклиниванию инструмента в скважине, либо к аварийным поломкам центральных резцов;

- наличие массивных широких приварных резцов специальной конфигурации с прямоугольным сечением основания, хотя частично и способствует перемещению кусков мерзлого грунта, при бурении же именно мягких пород приварные резцы данной конфигурации, так же будут перекрывать свободное сечение скважины, увеличивая тем самым коэффициент заполнения забоя скважины телом инструмента, приводить к снижению механической скорости бурения.

Полезная модель направлена на повышение эффективности бурения инструментами для вращательного бурения скважин шнековым способом, преимущественно мягких пород с крепкими прослоями валунно-галечных отложений, которая достигается за счет того, что в инструменте для вращательного бурения скважин, состоящем из корпуса с хвостовиком и двух плоских лопастей, на которых, перпендикулярно плоскости забоя, жестко закреплены центральные, с образованием U-образной рассечки, средние и периферийные приварные резцы, с нулевым передним углом, содержащие державки на головках которых закреплены твердосплавные пластины формы Т с главной режущей кромкой, образованной двумя отрезками прямых, расположенных друг к другу под тупым углом, с вершиной, направленной в сторону вращения и подачи инструмента, с передней поверхностью в виде симметричного тупого клина с продольным ребром, проходящим через вершину клина, с параллельными друг другу боковыми режущими кромками, с боковыми гранями, наклоненными под острым углом к плоской задней поверхности твердосплавной пластины, ширина которой равна ширине державки, но меньше ширины передней поверхности по главной режущей кромке, и притом все приварные резцы закреплены на плоских лопастях инструмента по радиальным линиям, с образованием симметричной дублированной схемы, а их главные режущие кромки, в проекции плоскости забоя, смещены по окружности в направлении вращения относительно радиальной линии периферийных приварных резцов и образуют прерывистое ступенчатое режущее лезвие, державки приварных резцов выполнены постоянного шестигранного сечения по всей длине, а твердосплавные пластины закреплены на них продольным ребром передней поверхности соосно продольным ребрам державки, причем средние приварные резцы размещены на плоских лопастях инструмента с частичным перекрытием Δ своими главными режущими кромками, главных режущих кромок периферийных приварных резцов, закрепленных, посредством боковых граней державок, на задних поверхностях плоских лопастей инструмента. При этом, величина Δ частичного перекрытия главными режущими кромками средних приварных резцов главных режущих кромок периферийных приварных резцов, определяется из аналитического выражения, Δ≥l⋅sinα, где l - ширина боковой грани твердосплавной пластины; α - угол наклона боковых граней твердосплавной пластины к плоской задней поверхности твердосплавной пластины. Причем, в качестве державок для всех приварных резцов используется прокат калиброванный шестигранный типоразмера, сопоставимого с типоразмером твердосплавных пластин формы Т.

Указанный инструмент для вращательного бурения скважин шнековым способом позволяет повысить эффективность бурения преимущественно мягких пород с крепкими прослоями валунно-галечных отложений.

Выполнение державок приварных резцов постоянного шестигранного сечения по всей длине позволяет получить без дополнительной металлообработки менее металлоемкую и одновременно наиболее прочную к изгибным нагрузкам конструкцию сечения шестиугольника требуемого типоразмера. Кроме того, конструкция данной державки имеет достаточно обтекаемую многогранную форму, для вписывания в прорезаемые канавки, именно при перпендикулярном расположении приварных резцов к плоскости забоя, то есть тогда, когда реализуется основное преимущество твердосплавных пластин формы Т (расположение главной режущей кромки параллельно забою), в виде приоритетного резания породы наиболее мощными вершинами главных режущих кромок. С целью обеспечения вписывания резцов в прорезаемые канавки у существующих конструкций, либо сами приварные резцы с твердосплавными пластинами формы Т устанавливаются не рационально, т.е. не перпендикулярно к плоскости забоя, либо поверхности существующих конструкций державок приварных резцов (прямоугольные, квадратные, круглые) подвергаются дополнительной металлообработке, уменьшающей момент сопротивления их сечений изгибу, либо, вообще создаются металлоемкие приварные резцы сложной конфигурации, что затрудняет компактное размещение последних на лопастях инструментов для вращательного бурения скважин, особенно для бурения мягких пород. Причем, вышеуказанное шестигранное сечение державок приварных резцов по всей длине обеспечивает достаточную технологичность и относительно меньшую себестоимость изготовления при фрезеровании посадочного места для твердосплавной пластины и ее последующем закреплении при помощи пайки, так как при этом будут использоваться стандартные приспособления и технологическая оснастка типа тисов, призм и пр.

Закрепление твердосплавных пластин на державках продольными ребрами передних поверхностей соосно продольным ребрам державок исключает свободное нависание тяжело нагруженных продольных ребер твердосплавной пластины над телом державки и повышает их прочность, а также позволяет получить конструктивно подобные, твердосплавным пластинам, посадочные места по передним и задним поверхностям и боковым граням на державках приварных резцов, с минимальной зачисткой посадочных мест, в основном для снятия конструкторского допуска, или вообще без этой операции. Данное решение принимает вид непрерывной направляющей, непосредственно от забоя до плоских лопастей без зазоров и ступеней, что также будет способствовать прохождению разрушенной породы от режущих кромок к плоским лопастям и спиралям шнека(не показан) и повышать аэродинамические свойства инструмента.

Размещение средних приварных резцов на плоских лопастях инструмента с частичным перекрытием Δ своими главными режущими кромками, главных режущих кромок периферийных приварных резцов, позволяет существенно снизить нагрузки на тяжело нагруженные периферийные приварные резцы, за счет уменьшения ширины реза их главных режущих кромок на величину Δ, что позволит повысить их долговечность, особенно в сложных условиях бурения. С другой стороны, при разрушении боковых режущих кромок твердосплавной пластины средних приварных резцов, т.е., уменьшения ширины реза их прорезаемых канавок и получения дополнительных крепких целиков породы, последние будут легко срезаться вступающими в работу практически острыми главными режущими кромками периферийных приварных резцов, взаимно перекрывающими на данную величину Δ главные режущие кромки средних приварных резцов.

Закрепление периферийных приварных резцов, именно на задних поверхностях лопастей, позволяет получить в проекции плоскости забоя воображаемое общее нисходящее режущее лезвие, с угловым смещением относительно плоскости, в которой лежат передние центральные резцы, от центра к периферии, и практически отжимать более крупные неразрушенные обломки валунно-галечных отложений от оси скважины к периферии для выдачи из скважины, а также разрушать часть из них и уплотнять стенки скважины, повышая тем самым их устойчивость. Так же, это решение придает общему режущему лезвию, воображаемому в проекции плоскости забоя, s-образную конфигурацию, обеспечивающую устойчивость инструменту при прохождении трещиноватых пород. Кроме того, закрепление периферийных приварных резцов, посредством именно боковых граней державок, и именно на плоских поверхностях, в процессе эксплуатации облегчает замену изношенных периферийных приварных резцов путем срезания сварных швов, именно по плоскостям, и последующую качественную приварку новых периферийных приварных резцов, без осуществления подготовительной операции по угловой «разделке кромок», в виду наличия, при данном закреплении периферийных приварных резцов, в месте сварки, естественных углов боковых граней державки шестигранного сечения.

Определение величины Δ частичного перекрытия главными режущими кромками средних приварных резцов главных режущих кромок периферийных приварных резцов, из аналитического выражения, Δ≥l⋅sinα, где l - ширина боковой грани твердосплавной пластины; α - угол наклона боковых граней твердосплавной пластины к плоской задней поверхности твердосплавной пластины, является рациональным, так как у твердосплавной пластины формы Т толщина по боковой грани, является минимальной, а нависание боковых режущих кромок твердосплавной пластины над плоскостью боковой грани державок, по сути, и соответствует величине Δ, т.е., той высоте указанного нависания после разрушения которого на забое, в прорезаемых канавках от средних приварных резцов, будут оставаться дополнительные крепкие целики породы, в контактирование с которыми будут вступать незащищенные боковые грани державок средних приварных резцов, и при дальнейшем использовании вызывать дополнительные нагрузки на привод, за счет увеличения сил трения.

Использование в качестве державок для всех приварных резцов проката именно калиброванного шестигранного типоразмера сопоставимого с типоразмером твердосплавных пластин формы Т, позволяет создавать конструкции приварных резцов любых типоразмеров практически с минимальными доработками посадочных поверхностей под твердосплавные пластины формы Т.

На фиг. 1 показан общий вид инструмента для вращательного бурения скважин; на фиг. 2 показан вид А на фиг. 1; на фиг. 3 показана схема размещения приварных резцов в проекции плоскости забоя; на фиг. 4 показано выносное сечение III приварного резца на фиг. 2; на фиг. 5 показан разрез по Б-Б на фиг. 1.

Инструмент для вращательного бурения скважин состоит из корпуса 1 с хвостовиком 2 и двух плоских лопастей 3, на которых, перпендикулярно плоскости забоя, жестко закреплены, посредством сварки, центральные 4, с образованием U-образной рассечки 5, средние 6 и периферийные 7 приварные резцы, с нулевым передним углом, содержащие державки 8 на головках 9 которых закреплены твердосплавные пластины 10 формы Т с главной режущей кромкой 11, образованной двумя отрезками прямых 12, расположенных друг к другу под тупым углом, с вершиной 13, направленной в сторону вращения и подачи инструмента. При этом, передняя поверхность 14 выполнена в виде симметричного тупого клина с продольным ребром 15, проходящим через вершину клина 13, с параллельными друг другу боковыми режущими кромками 16, с боковыми гранями 17, наклоненными под острым углом к плоской задней поверхности 18 твердосплавной пластины 10, ширина которой равна ширине державки 8, но меньше ширины передней поверхности 14 по главной режущей кромке 11. Все приварные резцы 4, 6, 7 закреплены на плоских лопастях 3 инструмента по радиальным линиям 19, с образованием симметричной дублированной схемы, а их главные режущие кромки 11, в проекции плоскости забоя, смещены по окружности в направлении вращения относительно радиальной линии I-I периферийных приварных резцов 7 и образуют прерывистое ступенчатое режущее лезвие 20. Державки 8 приварных резцов 4, 6, 7 выполнены постоянного шестигранного сечения по всей длине, а твердосплавные пластины 10 закреплены на них продольным ребром 15 передней поверхности 14 соосно продольным ребрам 21 державки 8, причем средние приварные резцы 6 размещены на плоских лопастях 3 инструмента с частичным перекрытием Δ своими главными режущими кромками 11, главных режущих кромок 11 периферийных приварных резцов 7, которые закреплены, посредством боковых граней 23 державок 8, на задних поверхностях 24 плоских лопастей 3 инструмента, посредством сварных швов 25. Величина Δ частичного перекрытия главными режущими кромками 11 средних приварных резцов 6 главных режущих кромок 11 периферийных приварных резцов 7, определяется для конкретного типоразмера, из аналитического выражения, Δ≥l⋅sinα, где l - ширина боковой грани 17 твердосплавной пластины 10; α - угол наклона боковых граней 17 твердосплавной пластины 10 к плоской задней поверхности 18 твердосплавной пластины 10. В качестве державок 8 для всех приварных резцов 4, 6, 7 используется прокат калиброванный шестигранный типоразмера, сопоставимого с типоразмером твердосплавных пластин 10 формы Т.

Предлагаемый инструмент для вращательного бурения скважин работает следующим образом. В процессе вращательного бурения к корпусу 1 инструмента с двумя лопастями 3 и закрепленными на них по радиальным линиям 19 центральными 4, средними 6 и периферийными 7 приварными резцами, оснащенными твердосплавными пластинами 10 формы Т, через хвостовик 2 прилагается осевое усилие и крутящий момент, под действием которых и происходит непосредственно процесс бурения. При этом, поскольку все приварные резцы 4, 6, 7 закреплены на плоских лопастях 3 инструмента с образованием симметричной дублированной схемы и образуют прерывистое ступенчатое режущее лезвие 20, вначале в породу будет врезаться пара центральных приварных резцов 4, которые, благодаря закрепленным на головках 9 державок 8 твердосплавным пластинам 10 формы Т, с главными режущим кромкам 11, образованными двумя отрезками прямых 12, с вершиной 13, направленной в сторону вращения и подачи инструмента, с передней поверхностью 14 в виде симметричного тупого клина с продольным ребром 15, проходящим через вершину клина 13, не только будут в значительной мере минимизировать возникновение, так называемой «зажатой среды», эффективно создавая опережающий забой, с образованием радиально прорезаемой канавки 22, но и за счет наличия U-образной рассечки 5, при помощи параллельных друг другу боковых режущих кромок 16, вырезать центральный керн породы(не показан), центрирующий инструмент по оси бурения и одновременно, скалывать его, снижая тем самым энергоемкость процесса разрушения породы. Этому же способствует выполнение державок 8 приварных резцов 4, 6, 7 постоянного шестигранного сечения по всей длине, поскольку державки 8 имеют достаточно обтекаемую многогранную форму и легко вписываются своими боковыми гранями 23 в прорезаемые канавки 22, даже при бурении мягких пород с большими стружками. В дальнейшем, поскольку в инструменте для вращательного бурения скважин главные режущие кромки 11 приварных резцов 4, 6, 7 образуют прерывистое ступенчатое режущее лезвие 20, в работу аналогично будут вступать средние 6, а затем и периферийные 7 приварные резцы, обеспечивая полублокированное резание породы, с отрывом части ее в сторону обнаженной поверхности, и интенсифицировать процесс разрушения породы. Причем, в процессе вращательного бурения скважин традиционно тяжело нагруженными являются периферийные приварные резцы 7, которые не только наравне с другими приварными резцами 4, 6 разрушают забой, но еще и обрабатывают стенки скважины. В данном техническом решении размещение средних приварных резцов 6 на плоских лопастях 3 инструмента с частичным перекрытием Δ своими главными режущими кромками 11, главных режущих кромок 11 периферийных приварных резцов 7 позволяет существенно снизить нагрузки на последние, за счет уменьшения ширины реза их главных режущих кромок 11 и получения радиально прорезаемой канавки 22* меньшей ширины, как раз на величину Δ, определяемую по вышеуказанной зависимости с учетом конкретного типоразмера твердосплавной пластины 10 формы Т, что позволит повысить их долговечность. При этом, поскольку державки 8 приварных резцов 4, 6, 7 выполнены постоянного шестигранного сечения по всей длине, а твердосплавные пластины 10 на державках 8 закреплены продольными ребрами 15 передних поверхностей 14 соосно продольным ребрам 23 державок 8, срезанная порода будет свободно перемещаться, как по непрерывным направляющим непосредственно от забоя к плоским лопастям 3 и спиралям шнека (не показан) инструмента.

При бурении крепких прослоев валунно-галечных отложений и их перемещения за счет нисходящего общего режущего лезвия 20 по забою к стенкам скважины, несмотря на традиционно появляющиеся сколы и выкрашивания боковых режущих кромок 16 средних приварных резцов 6, в данном случае наиболее нагруженных и ближайших к периферийному приварному резцу 7 и, соответственно, боковых граней 17 твердосплавных пластин 10, процесс резания породы не будет прекращаться, так как возникающие крепкие целики породы, из-за скола одновременно и главных режущих кромок 11 средних приварных резцов 6, например на величину Δ, будут легко срезаться, за счет обнажения части практически острых (резервных) главных режущих кромок 11 периферийных приварных резцов 7, обеспечивая, тем самым, работоспособность инструмента для вращательного бурения скважин, предотвращая остановку процесса бурения скважины для выполнения аварийных спуско-подъемных операций по замене инструмента для вращательного бурения скважин. В случае прохождения трещиноватых прослоев породы процесс бурения предлагаемым инструментом будет стабильным, поскольку закрепление периферийных приварных резцов 7, посредством именно боковых граней 23 державок 8, и именно на задних плоских поверхностях 24 лопастей 3, дополнительно придает общему режущему лезвию 20, воображаемому в проекции плоскости забоя, s-образную конфигурацию, обеспечивающую устойчивость инструмента, при прохождении трещиноватых пород.

В процессе нормальной эксплуатации инструмента для вращательного бурения скважин периферийные приварные резцы 7 проходят больший путь трения, вследствие чего наиболее подвержены износу и подлежат замене на новые приварные резцы. В предлагаемом техническом решении, закрепление периферийных приварных резцов 7, посредством именно боковых граней 23 державок 8, и именно на плоских поверхностях лопастей 3, в данном случае задней 24, облегчает замену изношенных периферийных приварных резцов 7 путем срезания сварных швов 25, именно по плоскостям, и последующую качественную приварку новых периферийных приварных резцов 7, без осуществления подготовительной операции по угловой «разделке кромок», в виду наличия, при данном закреплении периферийных приварных резцов 7, в месте сварки, естественных углов боковых граней 23 державок 8 шестигранного сечения.

Выполнение инструмента для вращательного бурения скважин вышеуказанным образом позволяет повысить эффективность бурения преимущественно мягких пород с крепкими прослоями валунно-галечных отложений шнековым способом.

Claims (3)

1. Инструмент для вращательного бурения скважин, состоящий из корпуса с хвостовиком и двух плоских лопастей, на которых перпендикулярно плоскости забоя жестко закреплены центральные, с образованием U-образной рассечки, средние и периферийные приварные резцы, с нулевым передним углом, содержащие державки, на головках которых закреплены твердосплавные пластины формы Т с главной режущей кромкой, образованной двумя отрезками прямых, расположенных друг к другу под тупым углом, с вершиной, направленной в сторону вращения и подачи инструмента, с передней поверхностью в виде симметричного тупого клина с продольным ребром, проходящим через вершину клина, с параллельными друг другу боковыми режущими кромками, с боковыми гранями, наклоненными под острым углом к плоской задней поверхности твердосплавной пластины, ширина которой равна ширине державки, но меньше ширины передней поверхности по главной режущей кромке, и притом все приварные резцы закреплены на плоских лопастях инструмента по радиальным линиям, с образованием симметричной дублированной схемы, а их главные режущие кромки в проекции плоскости забоя смещены по окружности в направлении вращения относительно радиальной линии периферийных приварных резцов и образуют прерывистое ступенчатое режущее лезвие, отличающийся тем, что державки приварных резцов выполнены постоянного шестигранного сечения по всей длине, а твердосплавные пластины закреплены на них продольным ребром передней поверхности соосно продольным ребрам державки, причем средние приварные резцы размещены на плоских лопастях инструмента с частичным перекрытием Δ своими главными режущими кромками главных режущих кромок периферийных приварных резцов, закрепленных посредством боковых граней державок на задних поверхностях плоских лопастей инструмента.

2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что величина Δ частичного перекрытия главными режущими кромками средних приварных резцов главных режущих кромок периферийных приварных резцов определяется из аналитического выражения Δ≥l⋅sinα, где l – ширина боковой грани твердосплавной пластины; α – угол наклона боковых граней твердосплавной пластины к плоской задней поверхности твердосплавной пластины.

3. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве державок для всех приварных резцов используется прокат калиброванный шестигранный типоразмера, сопоставимого с типоразмером твердосплавных пластин формы Т.

Images