НАДДОЛОТНЫЙ ЛУБРИКАТОР Российский патент 1994 года по МПК E21B10/24 

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту для бурения скважин, а именно к устройствам для смазки опор шарошки.

Известен узел для смазки опор шарошечного долота, содержащий резервуар с отверстием в днище, расположенный в корпусе долота и заполненный смазывающим веществом, основную диафрагму, закрепленную на кромке резервуара и расположенную поверх смазывающего вещества, при этом узел снабжен перфорированным элементом, установленным на днище резервуаре, и дополнительной диафрагмой, размещенной под основной, причем объем между основной и дополнительной диафрагмами заполнен смазывающим веществом с газогерметизирующими свойствами.

Этот узел предназначен для одноразовой заправки смазочным материалом; в случае превышения стойкости долота более расчетной величины шарошечные опоры остаются без смазки, что приводит к выводу из строя опоры шарошек.

Наиболее близким (прототипом) техническим решением к предлагаемому является наддолотный лубрикатор, содержащий корпус и установленные в нем резервуар, заполненный под давлением смазочным материалом, дифференциальный клапан-отсекатель с подвижным штоком и запорным элементом, смазкоподводящие каналы для подачи смазки в опоры шарошки, при этом дифференциальный клапан-отсекатель выполнен с подпружиненной диафрагмой, установленной перпендикулярно оси клапана, и регулировочным упором пружины, а подвижный шток клапана-отсекателя выполнен с перфорированной поверхностью, взаимодействующей с шаровым запорным элементом, и жестко закреплен на подпружиненной диафрагме клапана-отсекателя (авт. св. N 1460179, кл. Е 21 В 10/24, 1986).

Недостатком этого устройства является то, что с полостью над подвижным поршнем взаимодействует промывочная жидкость, приводящая к быстрому выходу из строя уплотняющих элементов и зеркала цилиндра емкости смазочного материала.

Целью изобретения является повышение надежности лубрикатора и увеличение долговечности работы опор шарошечного долота.

Указанная цель достигается тем, что в наддолотном лубрикаторе, содержащем корпус с осевым каналом и резервуаром для смазочного материала, заправочный узел, дифференциально-дозирующее устройство с регулировочным упором с осью, дозирующей полостью и пружиной, подвижным штоком, взаимодействующим с клапанами и смазкоподающими каналами, сообщенными с резервуаром и опорами долота, дифференциально-дозирующее устройство снабжено дополнительным клапаном и эксцентриковой шайбой, основной и дополнительный клапаны выполнены в виде подвижных стержней с проточками на боковой поверхности, причем основной клапан снабжен выступом на наружной поверхности, а дополнительный - эксцентричной подпружиненной скобой на конце, шток выполнен в виде полого ступенчатого поршня с кольцевой проточкой под выступ основного клапана, при этом пружина установлена в полости поршня между его дном и регулировочным упором, а эксцентричная шайба - на оси регулировочного упора с возможностью взаимодействия с подпружиненной скобой.

На фиг. 1 изображен наддолотный лубрикатор, общий вид; на фиг. 2 - заправочное приспособление и дифференциально-дозирующее устройство, наддолотного лубрикатора в сборе; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 4. Лубрикатор содержит корпус 1, долото 2, резервуар 3 для смазочного материала, заправочное приспособление 4, дифференциально-дозирующее устройство 5, штуцер 6, патрубок 7 резервуара 3 для смазочного материала, перфорированный патрубок 8, пресс-масленку 9, шайбу 10 крепления пресс-масленки, распорное кольцо 11, прижимную шайбу 12, заправочную полость 13, кольцо 14, герметизирующую шайбу 15, корпус 16 дифференциально-дозирующего устройства 5, основной клапан 17, канал 18, дозирующую цилиндрическую полость 19, подвижный шток-поршень 20, буртики 21, кольцевую проточку 22, выступ 23 основного клапана 17, полость 24 поршня, пружину 25, регулированный упор с осью 26, шайбу 27, эластичную диафрагму 28, эксцентриковую шайбу 29, гайку 30, контргайку 31, распорно-упорное кольцо 32. распорное кольцо 33, перфорированную резьбовую гайку 34, кольцевое углубление (впуск) 35, фиксатор 36 положения основного клапана 17, дополнительный клапан 37, канал 38 лубрикатора, канал 39 шарошечного долота, проточку 40, дозирующий канал 41, выпускной канал 42 дозирующей полости 19 цилиндра, эксцентриковую подпружиненную скобу 43, углубление 44 для пружины 45, узел 46 герметизации, шарошку 47, кольцевую проточку 48 впускного клапана, крайнее левое положение 49 хода поршня, кольцевое углубление 50 фиксации впускного клапана, осевой канал 51 лубрикатора, окна 52 перфорированно-резьбой гайки 34.

Наддолотный лубрикатор состоит из корпуса 1, заканчивающегося резьбовой для крепления долота 2. В корпусе 1 расположены резервуар 3 для смазочного материала, заправочное приспособление 4 и дифференциально-дозирующее устройство 5.

Резервуар 3 содержит штуцер 6, полый патрубок 7 для его крепления в корпусе 1.

Заправочное приспособление 4 включает пресс-масленку 9. шайбу 10 крепления последней, распорное кольцо 11. прижимную шайбу 12, заправочную полость 13, которая образована распорным кольцом 11 и шайбой 10 крепления пресс-масленки 9. Кольцом 14 и герметизирующей шайбой 15 образована полость заправочного приспособления 4.

Дифференциально-дозирующее устройство 5 содержит корпус 16, в теле которого размещен основной клапан 17, связанный с каналом 18, сообщающимся с заправочной полостью 13 и дозирующей цилиндрической полостью 19 устройства 5. В полости 19 размещен дифференциально-подпружиненный шток-поршень 20 с буртиками 21, образующими на наружной поверхности штока-поршня 20 кольцевую проточку 22, в которой размещен выступ 23 упора основного клапана 17. В полости 24 штока-поршня 20 установлена пружина 25 между дном штока-поршня 20 и регулировочным упором с осью 26. На регулировочном упоре с осью 26 с помощью шайбы 27 и эластичной диафрагмы 28 закреплена эксцентриковая шайба 29. Эластичная диафрагма 28 закреплена на регулировочном упоре с осью 26 с помощью резьбовой гайки 30 и контргайки 31. Эластичная диафрагма 28 установлена между распорно-упорным кольцом 32 и распорным кольцом 33 и перфорированной резьбовой гайкой 34, которые закреплены в корпусе лубрикатора, при этом распорно-упорное кольцо жестко прилегает к торцу дифференциально-дозирующего устройства 5.

В распорно-упорном кольце 32 выполнены кольцевые углубления 35 для фиксатора 36 положения основного клапана 17.

Дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 расположен в теле корпуса 16 дифференциально-дозирующего устройства 5 и связан с дозирующей цилиндрической полостью 19 и через канал 38 лубрикатора с каналом 39 шарошечного долота 2.

Дополнительный дифференциально-центробежный клапан 37 имеет с одной стороны проточку 40, сообщенную с выходным каналом 38 лубрикатора и дозирующим каналом 41, который выполнен под углом (в зависимости от геометрических параметров устройства 5) к оси вращения дополнительного дифференциально-центробежного клапана 37. Канал 38, проточка 40 и дозирующий канал 41 в сопряжении имеют одинаковое сечение, при этом дозирующий канал 41 выполнен с переменным сечением (сужением) в сторону выпускного канала 38. Клапан 37 с другой стороны содержит эксцентриковую подпружиненную скобу 43, закрепленную на дополнительном клапане 37 и имеющую углубление 44 с размещенной в нем пружиной 45.

Долото 2 включает узел 46 герметизации шарошки 47, связанный с каналом 39 и смазкоподающей системой всего лубрикатора.

Нраддолотный лубрикатор работает следующим образом.

Лубрикатор перед спуском в скважину заправляют смазочным материалом через заправочное приспособление 4, предварительно сняв герметизирующую шайбу 15. Заправку смазочного материала производят через пресс-масленку 9, при этом смазочный материал поступает в заправочную полость 13 через штуцер 6 и резервуар для смазочного материала, далее через канал 18, кольцевую проточку 48 основного клапана 17 он поступает в дозирующую цилиндрическую полость 19 дифференциально-дозирующего устройства 5. При этом шток-поршень 20 с буртиками 21 занимает крайнее левое положение 49 (на фиг. 2 показано пунктиром), так как пружина 25 находится в разжатом состоянии, опираясь одним концом на регулировочный упор с осью 26, а другим на дно полости 24 штока-поршня 20. Дополнительный клапан 17 занимает также крайнее левое положение, при этом кольцевая проточка 48 совмещена с отверстием канала 18 и дозирующей цилиндрической полостью 19 дифференциально-дозирующего устройства 5.

Дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 находится в закрытом состоянии, если лубрикатор не вращается, так как дозирующий канал 41 (фиг. 4) совмещается с выпускным каналом 42 только за счет центробежных сил, возникающих при вращении лубрикатора.

Количество заполняемой смазки в резервуар 3 для смазочного материала выбирают в зависимости от конкретных условий бурения скважины. После заполнения смазочным материалом резервуара 3, заправочной полости 13 и дозирующей цилиндрической полости 19 производят регулирование усилия сжатия пружины 25, для чего снимают перфорированную резьбовую гайку 34, ослабляют контргайку 31 и гайку 30 и, вращая регулировочный упор, обеспечивают такое усилие сжатия пружины 25, чтобы узел 46 герметизации шарошки 47 раскрылся. Затягивают гайку 30, контргайку 31 и устанавливают резьбовую гайку 34 на место. В дозирующей цилиндрической полости 19 измеряют давление и по его величине рассчитывают оптимальный перепад давления в межтрубном пространстве во время работы долота.

При опускании лубрикатора в скважину давление промывочной жидкости или воздуха, создаваемое насосом или компрессором (не показаны) и столбом жидкости, находящейся в осевом трубном канале 51, действует на резервуар 3 для смазочного материала через перфорированный патрубок 8 с фланцем, в результате давление в резервуаре 3 создается такое же, как и у столба промывочной жидкости или воздуха, находящихся в осевом канале 51 лубрикатора. Под действием этого давления смазочный материал за счет увеличения давления поступает в заправочную полость 13 и через впускной канала 18 в дозирующую цилиндрическую полость 19 дифференциально-дозирующего устройства 5. Шток-поршень 20 с буртиками 21 перемещается вправо, сжимая пружину 25 и взаимодействуя буртиками 21 с выступом 23 основного клапана, перемещает основной клапан 17 также вправо, при этом кольцевая проточка 48 смещается и перекрывает доступ смазочного материала из канала 18 в дозирующую цилиндрическую полость 19 дифференциально-дозирующего устройства 5, фиксатор 36 положения основного клапана 17 устанавливается в кольцевое углубление 50 фиксации основного клапана 17 в положение закрыто.

Из дозирующей цилиндрической полости 19 под действием штока-поршня 20, на который действует пружина 25, смазочный материал поступает через канал 42, дополнительный клапан 37, последний за счет центробежных сил, действующих на эксцентриковую скобу 43 и эксцентриковую шайбу 29, поворачивает дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 вокруг своей оси (фиг. 4), при этом дозирующий канал 41 совмещается с каналом 39, долотом 2 и далее с опорой шарошки 47. Поскольку дозирующий канал 41 выполнен с переменным сечением (фиг. 4), то при увеличении числа оборотов лубрикатора поступление смазки в опору шарошки происходит с большей интенсивностью за счет большего совмещения дозирующего канала 41 с выпускным каналом 42 дозирующей цилиндрической полости 19.

После того как смазка в дозирующей цилиндрической полости 19 израсходована, шток-поршень 20 и основной клапан 17 занимают крайнее левое положение и процесс наполнения смазочным материалом полости 19 повторяется. Циклы наполнения дозирующей цилиндрической полости 19 повторяются до тех пор, пока в камере 3 имеется смазочный материал. Если в процессе бурения необходимо заменить буровое долото 2, а смазочный материал в камере 3 не израсходован, то за счет того, что дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 открывается только при вращающемся лубрикаторе, вытекания смазочного материала из камеры 3 не происходит.

Преимущества заявляемого устройства по сравнению с прототипом приведены в таблице.

Использование: в буровых шарошечных долотах для смазки их опор. Сущность: лубрикатор включает полый корпус с резервуаром для смазки, который через осевые каналы сообщен с полостью опор шарошек бурового долота. Между резервуаром и долотом расположены заправочный узел и диффененциально-дозирующее устройство. Последнее содержит размещенные в одной полости регулировочный упор с осью, подвижный шток, размещенную между ними пружину и два клапана в виде стрежней с проточками на наружной поверхности, совмещенными при подаче смазки с осевыми каналами корпуса. Один клапан установлен с возможностью взаимодействия со штоком, а другой - с регулировочным упором через эксцентричную шайбу и подпружиненную скобу, закрепленную на конце стержня. 5 ил. , 1 табл.

НАДДОЛОТНЫЙ ЛУБРИКАТОР, содержащий корпус с осевым каналом и резервуаром для смазочного материала, заправочный узел, дифференциально-дозирующее устройство с регулировочным упором с осью и пружиной, дозирующей полостью, подвижным штоком, взаимодействующим с клапаном и смазкоподающими каналами, сообщенными с резервуаром и опорами долота, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, дифференциально-дозирующее устройство снабжено дополнительным клапаном и эксцентричной шайбой, основной и дополнительный клапаны выполнены в виде подвижных стержней с проточками на боковой поверхности, причем основной клапан снабжен выступом на наружной поверхности, а дополнительный - эксцентричной подпружиненной скобой на конце, шток выполнен в виде полого ступенчатого поршня с кольцевой проточкой под выступ основного поршня, при этом пружина установлена в полости поршня между его дном и регулировочным упором, а эксцентричная шайба - на оси регулировочного упора с возможностью взаимодействия с подпружиненной скобой.