ОПОРА БУРОВОГО ДОЛОТА Российский патент 1996 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности, к породоразрушающему инструменту для бурения нефтяных и газовых скважин.

Известна опора бурового шарошечного долота, выполненная по схеме: "большой роликовый подшипник, шариковый радиально-упорный, малый роликовый подшипник, пята подпятник". [1]
Недостатком такой опоры является то, что при действующей на нее радиальной нагрузке, точка приложения которой расположена на образующей конуса шарошки и смещена в сторону большого роликового подшипника, происходит опережающий износ большого роликового подшипника, как наиболее нагруженного. Шариковый радиально-упорный подшипник, находящийся так же в зоне действия этой радиальной нагрузки, в основном воспринимает осевую нагрузку, в то время как малый роликовый подшипник, находящийся в зоне действия наименьших радиальных нагрузок, оказывается нагружен в меньшей степени, а следовательно меньше изнашивается. Таким образом, у опоры, выполненной по такой схеме, не соблюдается принцип равной долговечности подшипников качения.

Известна опора бурового шарошечного долота, содержащая большой роликовый, шариковый и малый роликовый подшипники, причем подшипники выполнены с рациональным соотношением размеров диаметров тел качения (роликов и шариков) к наружным диаметрам самих подшипников [2]
Недостатком такой опоры является то, что в зоне действия радиальной нагрузки находится большой роликовый и шариковый подшипники, причем геометрические размеры большого роликового подшипника увеличены незначительно, из-за ограниченных габаритны размеров шарошки, следовательно его динамическая грузоподъемность увеличилась незначительно.

В результате анализа отработанных опор установлено, что у таких опор происходит опережающий износ большого роликового подшипника.

Устранение указанных недостатков и повышение долговечности опоры бурового долота достигается за счет частичного освобождения большого роликового подшипника от действия радиальной нагрузки и переноса ее на малый роликовый подшипник, расположенный в зоне действия этой нагрузки, т.е. сразу за большим роликовым подшипником и на минимально возможном расстоянии от него
l (0,5^oC0,6)•l₁,
где l расстояние между центрами большого и малого роликовых подшипников, мм;
l₁ расстояние между центрами большого роликового и шарикового подшипников, мм.

Причем наружные диаметры этих роликовых подшипников связаны между собой соотношением:

при d_н стремящимся к Д_н,
где
Д_н наружный диаметр большого роликового подшипника, мм;
d_н наружный диаметр малого роликового подшипника, мм.

Шариковый радиально-упорный подшипник перенесен в зону действия наименьших радиальных нагрузок.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема расположения подшипников в опоре долота. За большим роликовым подшипником на минимально возможном расстоянии l (0,5^oC0,6)l₁ расположен малый роликовый подшипник, затем шариковый радиально-упорный подшипник и подшипник скольжения. Причем диаметральные размеры малого роликового подшипника не превышают диаметральных размеров большого роликового подшипника, т.е.

.

Опора бурового долота включает цапфу (1), лапы (2) и смонтированную на цапфе на подшипниках качения (3; 4; 5) шарошку (6).

Подшипники расположены в следующей последовательности: большой роликовый подшипник (3), малый роликовый подшипник (4), шариковый радиально-упорный подшипник (5), пята (7) и подпятник (8), причем расстояние между центрами роликовых подшипников выполнено в следующем соотношении:
l (0,5^oC0,6)l₁,
где l расстояние между центрами у роликовых подшипников, мм;
l₁ расстояние между центрами большого роликового и шарикового подшипников, мм.

Величина этого соотношения определяет минимально-допустимое расстояние между центрами роликовых подшипников и получено в результате анализа конструкций опор буровых долот и рекомендуемых величин толщины буртов у подшипников буровых долот описанных в литературе. При уменьшении этого соотношения между подшипниками уменьшается толщина бурта, что уменьшает его прочностные характеристики, а это ведет к его сколу. Увеличение соотношения увеличивает толщину бурта, но не уменьшает размеры шарикового подшипника, т.к. его габаритные размеры ограничиваются усеченным конусом контура шарошки.

Кроме того, наружные диаметральные размеры роликовых подшипников выполнены в следующем соотношении:
,
причем d_н --> Д_н,
где Д_н наружный диаметр большого роликового подшипника, мм;
d_н наружный диаметр малого роликового подшипника, мм.

В случае, если d_н>Д_н и соотношение
,
габаритные размеры шарикового подшипника так же увеличатся, т.к. диаметральные размеры шарикового и малого роликового подшипников взаимосвязаны. На цапфе глубина желоба шарикового подшипника и высота направляющего бурта малого роликового подшипника задаются от диаметра бурта, расположенного между этими подшипниками.

Увеличение размеров шарикового подшипника в этом случае недопустимо, т. к. его габаритные размеры ограничиваются профилем конусообразной шарошки.

В процессе работы долота на шарошку действует реакция забоя G_ш, составляющие которой радиальная сила R и осевая А, точка приложения которых расположена на образующей конуса шарошки, причем при существующих схемах вооружения шарошек реакции забоя G_ш смещена в сторону роликовых подшипников. Поскольку радиальная составляющая реакция забоя R воспринимается двумя роликовыми подшипниками (3, 4), а не один роликовым (3), стойкость роликовых подшипников возрастает, а следовательно и увеличивается стойкость опоры долота.

Использование: область бурения скважин, в частности, породоразрушающий инструмент для бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность: в опоре бурового долота малый роликовый подшипник 4 расположен за большим роликовым подшипником 3 на расстоянии
l =(0,5-0,6)l₁,
где l - расстояние между центрами большого и малого роликовых подшипников, мм;
l₁ - расстояние между центрами большого роликового и шарикового подшипников, мм. Наружные диаметры роликовых подшипников 3 и 4 связаны между собой соотношением:
,
где D_н - наружный диаметр большого роликового подшипника, мм; d_н - наружный диаметр малого роликового подшипникам, мм. 1 ил.

Опора бурового долота, содержащая большой и малый роликовые подшипники и шариковый радиально-упорный подшипник, отличающаяся тем, что малый роликовый подшипник расположен за большим роликовым подшипником на расстоянии
l (0,5 0,6)l₁,
где l расстояние между центрами большого и малого роликовых подшипников, мм;
l₁ расстояние между центрами большого роликового и шарикового подшипников, мм,
а наружные диаметры роликовых подшипников связаны между собой соотношением
D_н/d_н≥ 1,
где D_н наружный диаметр большого роликового подшипника, мм;
d_н наружный диаметр малого роликового подшипника, мм.