Алмазное буровое долото

(51) 21 7/00 (2012.01) 21 10/00 (2012.01) 21 10/46 (2012.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ кольцевой полости вращением относительно образующих установлена прикрепленная к матрице нижняя часть корпуса с перегородкой, на валу и на нижней части корпуса выше и ниже перемычки проведены многоярусные верхние входные и выходные,нижние выходные отверстия,сообщающимися кольцевую полость с осевым каналом, нижняя часть корпуса свнутри оснащена лопатками сужающимися передним концом ориентированные в полуцилиндрический торец задней утолщенной части встречной лопатки,скользящие по валу, верхние выходные отверстия начальным наклонным участком касательно внешней стороны переднего конца лопатки,поворотом выходящими в кольцевую полость противоположно вращению, верхняя часть корпуса имеет полярные внутренние выступы периодически перекрывающие верхних выходных отверстий, к нижней части корпуса снаружи жестко встроены лопасти наклонно вогнутой сторону вращения лицевой стороной обращенные кверху, осевой канал ниже перемычки гидравлически сообщен с продольными каналами матрицы выполненные по ее краям дугообразно выходящими концентричную канавку торца обратном вращению.(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Компания Жайлау(57) Изобретение относится горной технике,породоразрушающим инструментам. Задача изобретения создание самовращающегося алмазного бурового долота. Технический результат - преобразованием энергии потока промывочной жидкости формирование суммарного крутящего момента в конструкции алмазного бурового долота. Алмазное буровое долото, содержащее полый корпус прикрепленный к матрице с продольными каналами выходящими в концентричную канавку на торце, верхняя часть корпуса свнутри снабжена соосно образующим с ней кольцевую полость валом с осевым каналом разделенный перемычкой, в Изобретение относится к горной технике, а именно к породоразрушающим инструментам используемым для бурения скважин. Известно алмазное буровое долото, содержащее корпус, матрицу с продольными промывочными каналами и радиальными канавками на торцевой поверхности. Бурение нефтяных и газовых скважин. Москва Недра, 1980. Недостаток известного алмазного бурового долота заключается в том, что для осуществления процесса бурения скважин оно приводится во вращение крутящим моментом передаваемым ему извне, ведущие к потери энергии и снижению значений крутящего момента во время передачи. По конструктивному исполнению наиболее близким аналогом - прототипом предполагаемого изобретения является алмазное буровое долото,содержащее полый корпус прикрепленный к матрице с продольными каналами выходящими в концентричную канавку на торце. Инструмент для бурения скважин. Недра, М, 1981. По выполняемой функции прототип имеет те же недостатки, что и аналоги, то есть алмазное буровое долото не имея самостоятельно вращающихся элементов, также приводится в действие крутящим моментом созданным вне его конструкции. Задача изобретения создание самовращающегося алмазного бурового долота. Технический результат - преобразованием энергии потока промывочной жидкости формирование суммарного крутящего момента в конструкции алмазного бурового долота. Это достигается тем, что в алмазном буровом долоте, содержащее полый корпус прикрепленный к матрице с продольными каналами выходящими в концентричную канавку на торце, согласно изобретению, полый корпус выполнен составным из верхней части, свнутри снабженной соосно образующим с ней кольцевую полость валом имеющим осевой канал разделенный перемычкой, в кольцевой полости с возможностью вращения относительно верхней части корпуса и вала установлена прикрепленная к матрице нижняя часть корпуса с разделительной перегородкой, на валу и на нижней части корпуса выше и ниже перемычки проведены многоярусные верхние входные и выходные отверстия, и нижние выходные отверстия сообщающимися кольцевую полость с осевым каналом вала, нижняя часть корпуса выше разделительной перегородки с внутренней стороны оснащена закрепленными в ней лопатками,сужающимися передним концом ориентированные в торцевую поверхность полуцилиндрической формы задней утолщенной части встречной лопатки скользяще контактирующие с валом, верхние выходные отверстия проведены начальным наклонным участком касательно внешней стороны переднего конца лопатки, и с поворотом выходящими в кольцевую полость противоположно вращению, причем верхняя часть корпуса на внутренней поверхности имеет полярные выступы периодически перекрывающие верхние выходные отверстия, ниже разделительной перегородки к 2 нижней части корпуса снаружи жестко встроены лопасти с наклонно вогнутой в сторону вращения лицевой стороной обращенные кверху, при этом осевой канал вала ниже перемычки гидравлически сообщен с продольными каналами матрицы выполненные по ее краям дугообразно выходящими в концентричную канавку на торце в направлении обратном вращению матрицы. Выполнением полого корпуса составным из верхней части, свнутри снабженной соосно образующим с ней кольцевую полость валом имеющим осевой канал разделенный перемычкой,установлением в кольцевой полости с возможностью вращения относительно верхней части корпуса и вала прикрепленную к матрице нижнюю часть корпуса с разделительной перегородкой,обеспечивается неподвижность верхней части корпуса от вращения, позволяющая снизить трения о стенки скважин, уменьшить потери крутящего момента. Проведением на валу и на нижней части корпуса выше и ниже перемычки многоярусных верхних входных и выходных отверстий, и нижних выходных отверстий сообщающимися кольцевую полость с осевым каналом вала, оснащением нижней части корпуса с внутренней стороны закрепленными в ней лопатками, сужающимися передним концом ориентированные в торцевую поверхность полуцилиндрической формы задней утолщенной части встречной лопатки, скользяще контактирующие с валом, достигается приложения скоростного напора потока промывочной жидкости в торцевую поверхность полуцилиндрической формы задней утолщенной части встречной лопатки, где при повороте потока промывочной жидкости между лопатками, давление у задней утолщенной части повышается, а у переднего конца лопатки понижается, способствуя увеличению значений крутящего момента и снижению гидравлического сопротивления вращательному движению лопаток совместно с нижней частью корпуса. При этом многоярусные исполнения верхних входных и выходных отверстий исключает появление застойных зон в потоке промывочной жидкости в кольцевой полости, препятствующие вращательному движению нижней части корпуса. Проведением верхних выходных отверстий начальным наклонным участком касательно внешней стороны переднего конца лопатки, и с поворотом выходящими в кольцевую полость противоположно вращению, создается реактивная сила истечения жидкости по окружности нижней части корпуса, образующая крутящий момент с наибольшим плечом, а при их периодическом перекрытии полярными выступами на внутренней поверхности верхней части корпуса появляется гидравлический удар повышенного давления промывочной жидкости,вызывающий отталкивающую силу вращения нижней части корпуса,и приложением возросшего гидродинамического давления отраженной промывочной жидкости по ходу вращения на внешние стенки начального наклонного участка происходит усиление крутящего момента. Кроме того, при периодическом перекрытии и вскрытии верхних выходных отверстий полярными выступами появляется пульсирующий поток промывочной жидкости с динамическим ускорением, также усиливающий крутящего момента нижней части корпуса. Признаком - ниже разделительной перегородки к нижней части корпуса снаружи жестко встроены лопасти с наклонно вогнутой в сторону вращения лицевой стороной обращенные кверху,обеспечивается создание суммарного крутящего момента от воздействия скоростного напора и веса потока промывочной жидкости направленных сверху вниз. Гидравлическим сообщением осевого канала вала ниже перемычки с продольными каналами матрицы выполненные по ее краям дугообразно выходящими в концентричную канавку на торце в направлении обратном вращению - в матрице создается суммарный крутящий момент за счет воздействия скоростного напора потока при повороте по дуге канала и реактивной силы истечения промывочной жидкости. Совокупность существенных отличительных признаков изобретения имеют причинноследственную связь, обеспечивает решение задачи и достижение технического результата. На фиг.1 изображен общий вид алмазного бурового долота, продольный разрез, на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 разрез по Б-Б на фиг.1. Алмазное буровое долото содержит составной полый корпус из верхней части 1, внутри снабженной соосно образующую с ней кольцевую полость 2, валом 3, имеющим осевой канал 4,разделенный перемычкой 5. В кольцевой полости 2 с возможностью вращения посредством подшипникового узла 6 относительно верхней части корпуса 1 и вала 3 установлена прикрепленная к матрице 7 нижняя часть корпуса 8 с разделительной перегородкой 9. На валу 3 и на нижней части корпуса 8 выше и ниже перемычки 5 проведены многоярусные верхние входные 10 и выходные 11 отверстия,нижние выходные отверстия 12 и 13,сообщающимися кольцевую полость 2 с осевым каналом 4 вала 3. В нижней части корпуса 8 с внутренней стороны закреплены лопатки 14, сужающимися передним концом 15 ориентированные в торцевую поверхность полуцилиндрической формы задней утолщенной части 16 встречной лопатки 14,скользяще контактирующие с валом 3. Верхние выходные отверстия 11 проведены начальным наклонным участком 17 касательно внешней стороны переднего конца 15 лопатки 14, и с поворотом выходящими в кольцевую полость 2 противоположно вращению нижней части корпуса 8. Верхняя часть корпуса 1 на внутренней поверхности имеет полярные выступы 18, периодически перекрывающие верхние выходные отверстия 11. Ниже разделительной перегородки 9 к нижней части корпуса 8 снаружи жестко встроены лопасти 19, с наклонно вогнутой в сторону вращения лицевой стороной обращенные кверху. Осевой канал 4 вала 3 ниже перемычки 5 гидравлически сообщен с продольными каналами 20 матрицы 7, выполненные по ее краям дугообразно выходящими в концентричную канавку 21 на торце в направлении обратном вращению матрицы 7. Алмазное буровое долото работает следующим образом. Движущийся по осевому каналу 4 вала 3 поток промывочной жидкости через перемычку 5 и многоярусные верхние входные отверстия 10 попадает в кольцевую полость 2, образованной верхней частью корпуса 1 и вала 3. Далее, обтекая с внутренней стороны лопатки 14 закрепленные в нижней части корпуса 8, поток промывочной жидкости направляется в торцевую поверхность полуцилиндрической формы задней утолщенной части 16 встречной лопатки 14. Под действием скоростного напора потока промывочной жидкости на лопатки 14 создается крутящий момент, и последние совместно с нижней частью корпуса 8 посредством подшипникового узла 6 совершают вращательное движение относительно верхней части корпуса 1 и вала 3 в скользящем контакте. При этом поток промывочной жидкости поворачиваясь между лопатками 14 вызывает перераспределение давлений,то есть гидродинамическое давление промывочной жидкости у сужающегося переднего конца 15 понижается, и напротив у задней утолщенной части 16 встречной лопатки повышается, тем самым снижается сопротивление вращательному движению и увеличивается значения крутящего момента. Затем поток промывочной жидкости через начальный наклонный участок 17 верхних выходных отверстий 11 с поворотом создавая давления на внешнюю стенку наклонного участка 17 выходит в кольцевую полость 2 противоположно вращению, вызывая реактивную силу истечения жидкости суммарно усиливающий крутящий момент нижней части корпуса 8. При вращении нижней части корпуса 8 верхние выходные отверстия 11 периодически перекрываются полярными выступами 18,вызывающие гидравлический удар,сопровождающийся ростом давления отраженной промывочной жидкости, которая отталкиваясь от выступов 18 движется по верхним выходным отверстиям 11 по направлению вращения, и последовательным приложением гидродинамической нагрузки на внешнюю стенку начального наклонного участка 17, и на торцевую поверхность полуцилиндрической формы задней утолщенной части 16 встречной лопатки 14,совокупно с реактивной силой истечения промывочной жидкости в открытых верхних выходных отверстий 11 повышают значения крутящего момента. Дальше, пульсирующий поток промывочной жидкости ниже разделительной перегородки 9 воздействуя силой скоростного напора и веса на наклонно вогнутую в сторону вращения лицевую сторону лопасти 19, через нижние выходные отверстия 12 и 13 выходит в осевой канал 4 вала 3 ниже перемычки 5. Протекая по осевому каналу 4 поток промывочной жидкости по продольным дугообразным каналом 20 матрицы 7 выходит в концентричную канавку 21 на торце в направлении обратном вращению матрицы 7, осуществляя процесс бурения скважин. Эксперименты проведенные на буровом стенде оснащенный контрольно-измерительными приборами с целью установления энергетических характеристик образцов алмазного бурового долота изготовленного в соответствии с формулой изобретения показали,что при расходах промывочной жидкости 120 и 160 л/мин, численные значения крутящего момента алмазного бурового долота диаметром 93 мм в 3-5 раз превышают аналогичные показатели забойных машин диаметром 95 мм с расходом промывочной жидкости 200-240 л/мин. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Алмазное буровое долото, содержащее полый корпус прикрепленный к матрице с продольными каналами выходящими в концентричную канавку на торце, отличающееся тем, что полый корпус выполнен составным из верхней части, свнутри снабженной соосно образующим с ней кольцевую полость валом, имеющим осевой канал разделенный перемычкой, в кольцевой полости с возможностью вращения относительно верхней части корпуса и вала установлена прикрепленная к матрице нижняя часть корпуса с разделительной перегородкой, на валу и на нижней части корпуса выше и ниже перемычки проведены верхние входные и выходные отверстия, и нижние выходные отверстия сообщающие кольцевую полость с осевым каналом вала, нижняя часть корпуса выше разделительной перегородки с внутренней стороны оснащена закрепленными в ней лопатками, сужающимися передним концом ориентированные в торцевую поверхность полуцилиндрической формы задней утолщенной части встречной лопатки скользяще контактирующие с валом, верхние выходные отверстия проведены начальным наклонным участком касательно внешней стороны переднего конца лопатки, и с поворотом выходящими в кольцевую полость противоположно вращению,причем верхняя часть корпуса на внутренней поверхности имеет полярные выступы периодически перекрывающие верхние выходные отверстия, ниже разделительной перегородки, к нижней части корпуса снаружи жестко встроены лопасти с наклонно вогнутой в сторону вращения лицевой стороной обращенные кверху, при этом осевой канал вала ниже перемычки гидравлически сообщен с продольными каналами матрицы выполненные по ее краям дугообразно выходящими в концентричную канавку на торце в направлении обратном вращению матрицы. 2. Алмазное буровое долото по п.1,отличающееся тем, что верхние входные и выходные отверстия проведены многоярусными по вертикали.