ОПОРА ДОЛОТА ДЛЯ БУРЕНИЯ С ПРОДУВКОЙ ВОЗДУХОМ Российский патент 2002 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к области долотостроения и может быть использовано в буровых долотах, опоры которых имеют осевые упорные подшипники скольжения, и которые применяются при бурении скважин с продувкой забоя воздухом.

Известна опора бурового долота, содержащая цапфу и установленную на ней шарошку, при этом между шарошкой и цапфой установлена торцевая плавающая шайба, в которой выполнены пропускные каналы для прохода охлаждающего и смазывающего агента /патент США 3720274, МКИ 175/372, 308-8.2, 1973 г./.

Такое выполнение плавающей шайбы не обеспечивает свободного прохождения охлаждающего и смазывающего агента из-за отсутствия каналов на торцах и периферии колец, что снижает долговечность опоры в целом.

Известна опора долота для бурения с продувкой воздухом, принятая за прототип, содержащая цапфу, шарошку, установленную на цапфе посредством радиальных подшипников, и упорный подшипник скольжения, включающий промежуточную плавающую кольцевую шайбу, на торцевой поверхности которой выполнены радиальные каналы /авторское свидетельство СССР 1645436, МПК 6 Е 21 В 10/22, 1988/.

Недостатком известной опоры является низкая износостойкость его подшипников из-за недостаточной смазывающей и охлаждающей способности системы.

Задачей изобретения является повышение долговечности опоры путем увеличения износостойкости элементов упорного подшипника скольжения за счет улучшенной смазки и интенсификации охлаждения поверхностей трения.

Эта задача достигается тем, что в опоре долота для бурения с продувкой воздухом, содержащем цапфу, шарошку, установленную на цапфе посредством радиальных подшипников, и упорный подшипник скольжения, включающий промежуточную плавающую кольцевую шайбу, на торцевой поверхности которой выполнены радиальные каналы, на каждой торцевой поверхности выполнена эксцентричная кольцевая канавка, разделяющая ее на внешнюю и внутреннюю контактные торцевые поверхности, а радиальные каналы на этих поверхностях смещены относительно друг друга по окружности, при этом ширина эксцентричной кольцевой канавки В, ширина шайбы Н и величина эксцентриситета Е связаны соотношением
В=0,10-0,15 Н=0,9-0,95 Е.

На фиг. 1 представлен фрагмент опоры; на фиг. 2 - промежуточная плавающая шайба; на фиг. 3 - сечение А-А фиг 2.

Опора долота для бурения с продувкой воздухом содержит цапфу 1, шарошку 2, установленную на цапфе 1 посредством радиальных подшипников 3 и 4, и упорный торцовый подшипник скольжения 5, включающий промежуточную плавающую кольцевую шайбу 6, на торцевой поверхности 7 которой выполнены радиальные каналы 8. На каждой торцевой поверхности 7 выполнена эксцентричная кольцевая канавка 9, разделяющая ее на внешнюю 10 и внутреннюю 11 контактные торцевые поверхности, а радиальные каналы 8 на внешней 10 и внутренней 11 поверхностях смещены относительно друг друга по окружности, при этом ширина В эксцентричной кольцевой канавки 9, ширина Н шайбы 6 и эксцентриситет Е связаны соотношением
В=0,10-0,15Н=0,9-0,95Е.

Опора работает следующим образом.

При вращении долота шарошки 2 перекатываются по забою и отделяют частицы шлама от забоя. Подшипники 3, 4 и 5 воспринимают нагрузки, возникающие от осевого давления на долото, и основную часть воспринимает торцовый подшипник скольжения 5. Ввиду наличия плавающей шайбы 6 скорость относительного перемещения контактирующих поверхностей шарошки 2, шайбы 6 и цапфы 1 снижается, вследствие чего снижается и износ подшипников скольжения. Через радиальные каналы 8 воздух с частицами смазочного материала из цапфы 1 подается в зону трения, охлаждая и смазывая трущиеся поверхности подшипников скольжения. Ввиду наличия эксцентриситета размещения кольцевых канавок 9 в процессе трения участвует практически вся контактная поверхность шарошки 2 и цапфы 1, так как линия, по которой происходит подача смазки, с каждым оборотом шайбы перемещается по контактным поверхностям цапфы 1 и шарошки 2 обратно поступательно в радиальном направлении. Вследствие этого в значительной степени снижается износ элементов подшипника скольжения.

Смещение радиальных каналов 8 на внешней 10 и внутренней 11 торцевых поверхностях создает эффект лабиринта, увеличивая путь, а следовательно, и смазывающую и охлаждающую способность подшипника.

Критерием определения оптимальности соотношения ширины "Н", шайбы, эксцентричной кольцевой канавки "В" и величины эксцентриситета "Е", а также величин поперечного сечения радиальных каналов на внешней и внутренней торцевых контактных поверхностях является наибольшая износостойкость плавающей шайбы, и, как следствие, увеличение стойкости долота и проходки при бурении скважин с продувкой забоя воздухом.

Изобретение относится к буровым долотам преимущественно для бурения с продувкой воздухом. Опора долота содержит цапфу, шарошку, установленную на цапфе посредством радиальных подшипников, и упорный подшипник скольжения, включающий промежуточную плавающую кольцевую шайбу, на торцевой поверхности которой выполнены радиальные каналы. На каждой торцевой поверхности шайбы выполнена эксцентричная кольцевая канавка, разделяющая ее на внешнюю и внутреннюю контактные торцевые поверхности, а радиальные канавки на этих поверхностях смещены относительно друг друга по окружности, при этом ширина эксцентричной кольцевой канавки В, ширина шайбы Н и эксцентриситет Е связаны соотношением: В= 0,10-0,15 Н=0,9-0,95 Е. Выполнение кольцевой канавки, концентричной относительно оси шайбы, и смещение радиальных канавок на внешней и внутренней контактных поверхностях позволяет увеличить износостойкость упорного подшипника скольжения за счет улучшения условий смазки подшипника и интенсификации его охлаждения и повысить долговечность опоры. 3 ил.

Опора долота для бурения с продувкой воздухом, содержащая цапфу, шарошку, установленную на цапфе посредством радиальных подшипников, и упорный подшипник скольжения, включающий промежуточную плавающую кольцевую шайбу, на торцевой поверхности которой выполнены радиальные каналы, отличающаяся тем, что на каждой торцевой поверхности выполнена эксцентричная кольцевая канавка, разделяющая ее на внешнюю и внутреннюю контактные торцевые поверхности, а радиальные канавки на этих поверхностях смещены относительно друг друга по окружности, при этом ширина эксцентричной кольцевой канавки В, ширина шайбы Н и эксцентриситет Е связаны соотношением
В= 0,10-0,15 Н= 0,9-0,95Е.