БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО ГРИБЕННИКОВА Российский патент 2003 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в нефтяной, газовой, геолого-разведочной и горно-рудной отраслях.

Известно буровое шарошечное долото, состоящее из корпуса с резьбовым ниппелем, цапфы, являющейся продолжением лапы корпуса долота с насаженной на ней шарошкой, и сегментами с резиновым кольцом, выполняющими роль замкового устройства (а.с. 920188, МПК Е 21 В 10/22).

Недостатком данной конструкции является технологическая сложность изготовления и сборки, присущая серийно выпускаемым шарошечным долотам, низкая надежность замкового устройства, отсутствие смазки и герметизации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является шарошечное долото, опора которого является продолжением лапы в виде цапфы, содержащее втулку, шарошку, сопрягаемые поверхности которых выполнены конусными, размещенное в кольцевых канавках цапфы и шарошки замковое устройство, выполненное в виде разрезной крышки, закрепленное крепежными элементами и вынесенное за пределы рабочей зоны цапфы, упорный подшипник и уплотнения (патент 2166607, МПК Е 21 В 10/22) - прототип.

Недостатком данного устройства является сложная технология сборки, присущая серийным долотам, отсутствие циркуляционной системы смазки и ограниченность применения по типа размерам долот.

Техническая задача заявляемой полезной модели заключается в создании конструкции шарошечного долота, позволяющей раздельно изготавливать корпус долота и шарошки с цапфой в сборе, упростить технологии изготовления и сборки, снизить трудозатраты на производство долот и изготавливать их на предприятиях с ограниченной технической оснащенностью (неспециализированных).

Разборная конструкция долота дает возможность выполнять окончательную сборку корпуса с инструментом (цапфа-шарошка) на месте эксплуатации в соответствии с назначением инструмента для конкретных горно-геологических условий с целью более эффективного их использования и последующей утилизации.

Поставленная задача достигается тем, что опора выделена в самостоятельный узел, позволяющий таким образом корпус с лапами изготовить цельным (литым или штампованным).

Опора с внутренней начинкой представляет собой отдельный узел в сборе как буровой инструмент целевого назначения.

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- опора долота (цапфа в сборе с шарошкой) отделена от лапы корпуса и является самостоятельным узлом в сборе;
- в опоре внутри вала цапфы выполнены два взаимно перпендикулярных (сквозных) отверстия;
- одно из отверстий закрывается винтом-заглушкой;
- на конце цапфы выполнены плоскопаралельные лыски и прорези под перемычку;
- на валу цапфы выполнен посадочный бурт;
- корпус с лапами является самостоятельной деталью, от которой отделена цапфа;
- на концах лап корпуса имеются П-образные пазы;
- в центре пазов лапы выполнены поперечные шпоночные прорези;
- внутренняя поверхность корпуса выполнена конусной на величину две трети ширины шарошки, в которой имеются конструктивные базовые плоскости под бурт вала цапфы;
- ниппель отделен от корпуса и имеет две резьбы: замковую и метрическую, а также лыски под гаечный ключ.

Поэтому заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Предлагаемое техническое решение дает возможность:
- выполнять окончательную сборку шарошки с цапфой и корпусом долота на заводах или на местах эксплуатации с учетом конкретных горно-геологических условий;
- оперативно доставлять и заменять отдельные узлы и детали, так как по весу они значительно легче всего долота (секционного неразборного);
- упростить технологии изготовления и сборки, организовывать производство узлов и деталей долот на неспециализированных предприятиях с ограниченной технической оснащенностью и невысокой культурой производства;
- значительно снизить трудозатраты всего производства долот за счет упрощения конфигурации долота и снижения его веса путем равномерного перераспределения масс металлов по объему заготовки, а также отказа от энергозатратной технологии секционной штамповки совмещенных лап с цапфой;
- применять замковые устройства, альтернативные опорам на подшипниках качения;
- определить действительную стойкость вооружения шарошек и наметить перспективу их совершенствования;
- снизить вероятность выпадения шарошек в скважину, повысить эксплутационный ресурс работы долота, что сократит количество трудоемких и дорогостоящих спускоподъемных операций;
- увеличить проходку на долото и прогнозировать его стойкость во времени;
- решить проблему утилизации отработанных долот.

При проведении информационного поиска по патентной и научно-технической литературе не была выявлена совокупность признаков, которая определила новое свойство заявляемого долота. Поэтому она соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое изобретение может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 показано долото в сборе. На фиг.2 показан ниппель. На фиг.3 показана шарошка с цапфой в сборе. На фиг.4 показан корпус. На фиг.5 показана перемычка.

Шарошка с цапфой в сборе содержит цапфу 1, шарошку 7, замковое устройство, состоящее из разъемного фланца 2, упругого уплотнительного элемента 3, резинометаллической прокладки 5, уплотнения 6, зафиксированные с помощью разъемного фланца 2 и винтов 4 на кольцевой канавке торца шарошки 7. Сопрягаемые поверхности шарошки 7 и цапфы 1 выполнены конусными. Опора содержит втулку 8, упорный подшипник 9 с отверстием 10, масляный резервуар 11, маслопроводы 12, винт-заглушку 13, плоскопараллельные лыски 14, прорези 15 и перемычку 16.

Сборка долота начинается с опоры (цапфы с шарошкой). Шарошка 7 с упорным подшипником 9 и втулкой 8 монтируется на цапфу 1. Резинометаллическая прокладка 5, уплотнительные элементы 3 и 6, разъемный фланец 2 вставляются в кольцевые канавки шарошки 7 и цапфу 1, крепятся винтами 4, образуя замковое устройство. Плоскопаралельные лыски 14 цапфы 1 и паз лапы корпуса 17 совмещаются до соприкосновения бурта Б с базовой поверхностью Г и с верхней цилиндрической поверхностью А паза лапы корпуса и прорезями 15, затем производится прихватка их сваркой.

После этого ниппель 18 собирается с корпусом 17 долота и свариваются. Через осевое отверстие 12 вала нагнетается смазка до полного заполнения, которое потом закрывается винтом-заглушкой 13. В пазы прорези 15 вставляется перемычка 16 и производится окончательная сварка сопрягаемых поверхностей по их верхнему контуру вала цапфы 1 с лапой корпуса 17 и перемычки 16.

При работе долота часть осевой нагрузки (относительно вала цапфы 1) через шарошку 7 воспринимается упорным подшипником 9, остальная часть - внутренней поверхностью шарошки 7 и через вал цапфу 1 передается на лапу секции долота через бурт Б. Кольцевая поверхность бурта Б, упираясь во внутреннюю поверхность лапы корпуса 17 с перемычкой 16 и внешним контуром сварки вала цапфы 1, с пазом лапы корпуса 17 образуют цельную жесткую конструкцию, не уступающую по прочности серийной секции долота. Резинометаллическая прокладка 5 и уплотнительный элемент 6 выполняют роль гасителей ударных импульсов и одновременно ограничителей осевых и радиальных перемещений шарошки относительно цапфы, а также в комплексе с уплотнительным элементом 5 герметизируют опору от попадания в нее шлама и абразива. Пространство под упором подшипником, заполненное консистентной смазкой, которая в процессе работы нагревается от трения скольжения упорного подшипника, образует совместно с осевым и радиальным отверстиями вала цапфы замкнутую циркуляционную систему смазки и выполняет функцию масленки.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в нефтяной, газовой, геолого-разведочной и горно-рудной отраслях. Шарошечное долото содержит узел в сборе, включающий шарошку с опорой из цапфы, и втулки, сопрягаемые поверхности которых выполнены конусными, и упорного подшипника, размещенное в кольцевых канавках цапфы и шарошки замковое устройство, выполненное в виде разрезного фланца, закрепленного крепежными элементами, и вынесенное за пределы рабочей зоны цапфы, и уплотнения. Долото имеет отдельные самостоятельные части - ниппель, корпус с лапами, и узел в сборе с перемычкой. В средней части цапфы имеется посадочный бурт. На конце цапфы выполнены плоскопараллельные лыски и прорези. Внутри цапфы имеются взаимно перпендикулярные сквозные отверстия, а на концах лап корпуса выполнены П-образные пазы и прорези. Упрощается технология изготовления и сборки, снижаются трудозатраты на производство долот. Долото имеет надежную в работе конструкцию и удобно при монтаже. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шарошечное долото, содержащее узел в сборе, включающий шарошку с опорой из цапфы, и втулки, сопрягаемые поверхности которых выполнены конусными, и упорного подшипника, размещенное в кольцевых канавках цапфы и шарошки замковое устройство, выполненное в виде разрезного фланца, закрепленного крепежными элементами, и вынесенное за пределы рабочей зоны цапфы, и уплотнения, отличающееся тем, что долото имеет отдельные самостоятельные части - ниппель, корпус с лапами, и узел в сборе с перемычкой, в средней части цапфы имеется посадочный бурт, а на конце цапфы выполнены плоскопараллельные лыски и прорези, внутри цапфы имеются взаимно перпендикулярные сквозные отверстия, на концах лап корпуса выполнены П-образные пазы и прорези. 2. Долото по п. 1, отличающееся тем, что ниппель имеет замковую и метрическую резьбы и лыски под гаечный ключ. 3. Долото по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена конусной на величину две трети ширины шарошки. 4. Долото по п. 1, отличающееся тем, что в средней части цапфы имеется посадочный бурт. 5. Долото по п. 1, отличающееся тем, что с внутренней стороны корпуса выполнены базовые плоскости под бурт цапфы.