Теоретические исследования характера и условий взаимодействия с забоем тыльных и периферийных конусов шарошек бурового долота со смещенными осями вращения

Для увеличения механической скорости бурения при бурении мягких пород используют смещение осей вращения шарошек, которое позволяет увеличить проскальзывание зубьев вооружения по всей площади забоя. Анализ износа зубчатого вооружения бурового инструмента со смещёнными осми вращения шарошек показал, что происходит существенное изнашивание («зализывание») переходной зоны от тыльного конуса к основному, и это приводит к существенному снижению механической скорости бурения и быстрому уменьшению диаметра скважины. Целью работы является проведение теоретических исследований характера и условий взаимодействия с забоем тыльных и периферийных конусов шарошек данного вида бурового инструмента для повышения эффективности разрушения породы забоя шарошечным буровым инструментом со смещенными осями вращения шарошек. Для достижения поставленной цели в работе проведён анализ характера износа зубчатого вооружения и причин его возникновения у существующих конструкций шарошечного бурового инструмента; разработана математическая модель в цилиндрической системе координат, позволяющая определять расположение и геометрические параметры зоны контакта калибрующего конуса со стенкой скважины для различных типоразмеров шарошечных буровых долот; разработана компьютерная твердотельная модель для проверки адекватности работы математической модели путём их сравнения; разработаны рекомендации по дальнейшему совершенствованию конструкции зубчатого вооружения шарошечного бурового инструмента со смещёнными осями вращения шарошек. Исследования были проведены методом математического моделирования геометрических фигур и тел, соответствующих шарошкам и скважине. В результате исследований определено, что необходимо внести существенные коррективы в геометрию зубчатого вооружения шарошек (на данный момент патентуется), позволяющие на 15-20 % уменьшить площади площадок притупления периферийных венцов шарошек, а также обеспечить более длительный контакт основных и калибрующих конусов шарошек с поверхностью забоя и стенки скважины. Это позволит снизить повышенный износ зубьев вооружения в зоне перехода образующей от периферийного основного к калибрующему конусу шарошек и даст возможность зубчатому вооружению шарошек более длительный период времени сохранять требуемое удельное давление на разрушаемую породу, диаметр долота и, как следствие, обеспечит увеличение как механической скорости бурения, так и ресурса бурового инструмента.