Буровое долото для ударного бурения твердых пород

(51) 21 10/36 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Техническим результатом является увеличение срока службы долота, обеспечение хорошего удаления разрушенной породы, возможность легкой перезаточки. Это достигается тем, что буровое долото содержит корпус (2) и головку (3) с продольной центральной осью. Головка содержит переднюю поверхность (24), имеющую наружную часть (25) и внутреннюю часть (26), расположенную радиально внутрь от наружной части (25) и разделенную на зону выемки (27) и центральную зону (28),поверхность которой расположена на уровне поверхности наружной части (25), множество каналов (16, 17, 18) для охлаждающей среды,проходящих через головку и сообщающихся с выемкой (27) для прохождения в нее охлаждающей среды. При этом оно содержит множество породоразрушающих вставок (13, 14, 15),расположенных в центральной зоне (28) внутренней части (26) поверхности (24) головки, а воображаемая окружность (С), проходящая через центры каналов (16, 17, 18), для охлаждающей среды, пересекает также равное число вставок (13).(73) САНДВИК ИНТЕЛЛЕКЧУАЛ ПРОПЕРТИ АБ(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич(54) БУРОВОЕ ДОЛОТО ДЛЯ УДАРНОГО БУРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к буровым долотам для ударного бурения твердых пород. 20037 Настоящее изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения твердых пород,особенно для бурения бурильным молотком,согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретения. Из патента США 5890551 известно буровое долото для твердых пород, которое имеет соответствующую буровую штангу. Буровое долото для твердых пород на своей передней поверхности снабжено твердосплавными вставками, которые воздействуют на породу, ударяя о нее при одновременном вращении. В передней поверхности образована полость, и канал для текучей среды проходит через буровое долото для подачи промывочной жидкости к этой полости. Полость полностью ограничена бесконечной фаской. Некоторые из вставок установлены в фаске. Другие вставки установлены в полости для их охлаждения и промывки подушкой промывочной жидкости,созданной в полости. В некоторых случаях каналы в буровом долоте закупориваются обломками породы. Задачей настоящего изобретения является создание бурового долота для твердых пород,имеющего длительный срок службы,обеспечивающего хорошее удаление породы,имеющего эффективную промывку,легко перезатачиваемого,предотвращающего закупоривание или деформацию каналов для текучей среды и пригодного для бурения против часовой стрелки и по часовой стрелке. Технический результат достигается посредством разработки бурового долота для ударного бурения твердых пород, содержащего корпус долота,головку, включающую продольную центральную ось и содержащую переднюю поверхность,имеющую наружную часть и внутреннюю часть,расположенную радиально внутрь от наружной части и разделенную на зону выемки и центральную зону, поверхность которой расположена на уровне поверхности наружной части, множество каналов для охлаждающей среды, проходящих через головку и сообщающихся с выемкой для прохождения в нее охлаждающей среды,причем воображаемая окружность, проходящая через центры каналов,пересекает вставки, количество которых равно количеству указанных каналов. Буровое долото,согласно изобретению, содержит множество вставок, расположенных в центральной зоне внутренней части поверхности, головки, отверстия каналов для охлаждающей среды расположены в выемке и находятся в одной плоскости, а выемка проходит между периферийными канавками в корпусе долота. Указанная выемка может быть расположена между центральной зоной внутренней части и наружной частью поверхности. Периферийные вставки могут быть установлены в головке радиально наружу от наружной части и расположены, по существу, по кольцу вокруг продольной оси бурового долота, а передние вставки могут быть установлены в передней поверхности радиально внутрь от периферийных вставок. 2 Периферийные канавки могут быть выполнены между парами периферийных вставок в корпусе долота. Центральная зона внутренней части может иметь, по существу, треугольную форму с закругленными угловыми частями, содержащими вставки. Центральная зона внутренней части может содержать, по меньшей мере, пять, предпочтительно шесть передних вставок, одна из которых может быть установлена на продольной центральной оси. Шесть вставок могут быть установлены на передней поверхности радиально наружу от воображаемой окружности. Девять периферийных вставок могут быть установлены на передней поверхности радиально наружу от воображаемой окружности. Краткое описание чертежей Ниже описан вариант выполнения бурового долота для твердых пород согласно изобретению со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее фиг.1 А изображает вид спереди бурового долота для твердых пород согласно настоящему изобретению фиг.1 В - вид бурового долота для твердых пород в разрезе по линии В-В на фиг.1 А фиг.2 - вид сбоку бурового долота для твердых пород и фиг.3 - вид сзади бурового долота для твердых пород. Подробное описание предпочтительного варианта выполнения бурового долота для твердых пород согласно настоящему изобретению Буровое долото 1 для твердых пород, показанное на фиг. 1-3, содержит корпус 2 долота, имеющий бурильную головку 3 и хвостовик или юбку 5. Бурильная головка 3 и юбка 5 выполнены за одно целое с корпусом. Как предполагается, буровая штанга (не показана) соединена резьбовым соединением с буровым долотом 1 для твердых пород. В буровой штанге обычным образом выполнен сквозной канал для промывочной жидкости. На фиг.2 показана продольная центральная осьбурового долота 1 для твердых пород. Как наиболее ясно видно на фиг.2, буровое долото 1 для твердых пород снабжено внутренней резьбой 9, предназначенной для соединения с наружной резьбой на одном конце буровой штанги. Бурильная головка 3 бурового долота 1 для твердых пород согласно настоящему изобретению снабжена элементами для разрушения породы в виде вставок 11, 12, 13, 14 и 15 из металлокерамического твердого сплава. Во внутренней части бурового долота 1 между внутренней резьбой 9 и передней поверхностью бурильной головки 3 выполнен ряд каналов 16, 17 и 18 для охлаждающей среды. Кроме того, во внутренней части выполнена первая упорная поверхность 19, так называемый нижний упор, для свободного конца буровой штанги. 20037 Как наиболее ясно показано на фиг.3, на заднем конце бурового долота 1 выполнена вторая упорная поверхность 20, так называемый заплечиковый упор, который предназначен для взаимодействия с заплечиком буровой штанги - с так называемым заплечиковым нижним упором. Это означает, что буровая штанга изготовлена с такими допусками,что при образовании резьбового соединения между буровым долотом 1 для твердых пород и буровой штангой свободный конец буровой штанги вначале будет упираться в нижний упор 19. После сравнительно короткого времени прирабатывания резьбового соединения заплечик буровой штанги также будет упираться в заплечиковый упор 20, т.е.,будет происходить стыковка бурового долота 1 для твердых пород и буровой штанги как по нижнему упору 19, так и по заплечиковому упору 20. Это означает, что передача энергии ударной волны от буровой штанги к буровому долоту 1 для твердых пород будет происходить как через нижний упор,так и через заплечиковый упор. Как наиболее ясно видно на фиг.1 А и 2, буровое долото 1 для твердых пород на своей наружной стороне снабжено рядом прямых передних периферийных канавок 21, 22 и задних периферийных канавок 23 для частиц выбуренной породы, которые проходят в осевом направлении бурового долота 1. Каждая передняя канавка 21, 22 для частиц выбуренной породы расположена симметрично относительно линии, параллельной центральной оси . В корпусе долота передние канавки 21, 22 расположены между каждой парой периферийных вставок 11. На передней поверхности 24 бурового долота установлено девять периферийных вставок 11. Каждая вставка наклонена относительно центральной оси . Периферийная вставка имеет сравнительно большой диаметр. Периферийные вставки 11 расположены тремя группами, т.е. по три периферийных вставки в каждой группе. В кольце периферийных вставок каждая группа отделена от другой соседней группы передней канавкой 22, глубина и ширина которой больше, чем соответствующие размеры передней канавки 21. Передняя канавка 21 расположена между двумя периферийными вставками в группе. Канавки 21, 22 обеспечивают возможность прохождения частиц выбуренной породы от передней поверхности. Каждая задняя канавка 23 для частиц выбуренной породы расположена асимметрично относительно линии, параллельной центральной оси. Каждая задняя канавка 23 для частиц выбуренной породы имеет первую поверхность для обломков и вторую поверхность для обломков,которые,по существу,перпендикулярны друг другу. Геометрия заднего конца бурового долота подробнее описывается в патенте Швеции С 2-520036, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки. Назначение заднего конца бурового долота - это обеспечение направления бурового долота 1 в буровой скважине посредством частей, связанных с концами бурового долота 1 для твердых пород, и уменьшения сопротивления удалению частиц выбуренной породы. Канавки 21, 22, 23 для частиц выбуренной породы предназначены для транспортировки наружу буровой пыли,образующейся впереди бурового долота 1 для твердых пород. Головка 3 содержит переднюю поверхность 24,имеющую наружную часть 25 и внутреннюю часть 26, расположенную радиально внутрь от наружной части поверхности и разделенную на зону выемки 27 и центральную зону 28, поверхность которой расположена на уровне поверхности наружной части 25. Выемка 27 окружает центральную зону 28 и образована тремя канавками 29, каждая из которых открывается в большую канавку 22 для частиц выбуренной породы. Каждая канавка 29 предпочтительно фрезерована для образования дна и заплечиков. Эти заплечики оканчиваются вблизи периферийных вставок у каждой стороны самой глубокой части канавки 22. Шесть вставок 12 установлены на передней поверхности в ее наружной части 25 радиально внутрь от кольца из периферийных вставок 11, но они установлены радиально наружу от окружности С. Диаметр каждой вставки 12 меньше, чем диаметр периферийной вставки. Вставки 12 расположены парами в местах внутрь от групп периферийных вставок, т.е. по две вставки вблизи каждой группы периферийных вставок. Центральная зона 28 содержит, по меньшей мере, пять, предпочтительно шесть передних вставок 13, 14 и 15, из которых более центральная вставка 15 пересекается продольной центральной осью . Центральная зона 28 имеет, по существу,треугольную форму с закругленными угловыми частями, содержащими вставки 13, и с плоской верхней поверхностью. Диаметр каждой вставки 13,14 и 15 меньше, чем диаметр периферийной вставки 11. Диаметры вставок 14 и 15 предпочтительно равны и меньше, чем диаметр вставки 13. В приподнятой части между центральной вставкой 15 и двумя вставками 13 расположены две промежуточные вставки 14. Воображаемая окружность С проходит через центры трех каналов 16, 17 и 18 для охлаждающей среды и пересекает три вставки 13. Шесть вставок 13, 14 и 15 установлены на передней поверхности радиально наружу от окружности С. Окружность С концентрична осибурового долота. Три канала 16, 17, 18 для охлаждающей среды сообщаются с выемкой для подачи этой среды к ней. Отверстия каналов 16, 17, 18 расположены центрально между двумя передними канавками 22,т.е. в средней части линии, пересекающей две канавки 22. Отверстия каналов 16, 17, 18 расположены в выемке 27 и находятся в одной плоскости Р 28. Выемка 27 предпочтительно проходит между каждой парой вставок 12. Линия,как например, радиально внутренняя часть сечения В-В на фиг.1 А, одновременно пересекает среднюю часть канавки 22, центральную осьи канал 18. Буровое долото согласно настоящему изобретению имеет многочисленные преимущества. Благодаря центрально расположенным отверстиям 3 20037 каналов для охлаждающей среды эта среда будет перемещаться на сравнительно большое расстояние,проходя через канавки 21, 22. Это означает, что охлаждение передней поверхности 24 будет более эффективным. Благодаря наличию выемки 27 вокруг вставок 13-15 последние будет легче перезатачивать, так как не нужно удалять много стали во время заточки этих вставок. Это в какой-то степени справедливо также в отношении вставок 12. Отверстия каналов 16, 17, 18 расположены в выемке 27 и они будут труднее закупориваться или деформироваться. Относительная симметрия передней поверхности делает переднюю поверхность пригодной для буровых долот для бурения против часовой стрелки и по часовой стрелке,которое применяется в случае,соответственно,бурения сверху бурильным молотком и бурения с погружным пневмоударником. При испытаниях срок службы бурового долота согласно настоящему изобретению продлен с 500 м для обычных долот до 600 м, т.е.,срок службы увеличивается на 20. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Буровое долото для ударного бурения твердых пород, содержащее корпус (2), головку (3),включающую продольную центральную осьи содержащую переднюю поверхность (24), имеющую наружную часть (25) и внутреннюю часть (26),расположенную радиально внутрь от наружной части и разделенную на зону выемки (27) и центральную зону (28), поверхность которой расположена на уровне поверхности наружной части (25), множество каналов (16, 17, 18) для охлаждающей среды, проходящих через головку и сообщающихся с выемкой (27), для прохождения в нее охлаждающей среды, причем воображаемая окружность (С), проходящая через центры каналов(16, 17, 18), пересекает вставки (13), количество которых равно количеству указанных каналов,отличающееся тем, что оно содержит множество вставок (13, 14, 15), расположенных в центральной зоне (28) внутренней части (26) поверхности (24) головки (3), отверстия каналов (16-18) для текучей среды расположены в одной плоскости (Р), в выемке(27), а выемка (27) проходит между периферийными канавками в корпусе долота. 2. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем,что выемка (27) расположена между центральной зоной (28) внутренней части (26) и наружной частью(25) поверхности (24) головки (3). 3. Буровое долото по п.1 или п.2, отличающееся тем, что периферийные вставки (11) установлены в головке (3) радиально наружу от наружной части(25) и расположены, по существу, по кольцу вокруг продольной осибурового долота (1), а передние вставки (12) установлены в передней поверхности(24) радиально внутрь от периферийных вставок. 4. Буровое долото по любому из п.п. 1-3,отличающееся тем, что периферийные канавки (21,22) выполнены между парами периферийных вставок (11) в корпусе долота. 5. Буровое долото по любому из п.п. 1-4,отличающееся тем, что центральная зона (28) внутренней части (26) поверхности (24) головки (3) имеет, по существу, треугольную форму с закругленными угловыми частями, содержащими вставки (13). 6. Буровое долото по любому из п.п. 1-5,отличающееся тем, что центральная зона (28) внутренней части (26) поверхности головки содержит, по меньшей мере, пять, предпочтительно шесть передних вставок, из которых одна вставка(15) установлена на продольной центральной оси. 7. Буровое долото по любому из п.п. 3-6,отличающееся тем, что шесть вставок (12) установлены на передней поверхности (24) головки (3) радиально наружу от воображаемой окружности (С). 8. Буровое долото по любому из п.п. 3-7,отличающееся тем, что девять периферийных вставок (11) установлены на передней поверхности(24) головки (3) радиально наружу от окружности