УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫВКИ И СМАЗКИ ОПОР ДОЛОТА Российский патент 2004 года по МПК E21B10/24 

Изобретение относится к бурению скважин в горной промышленности шарошечными долотами с очисткой забоя воздушно-водяной смесью. При проходке таких скважин применяют шарошечные долота с негерметизированными опорами шарошек, а с каналами в лапах для направления в опоры некоторой части продувочно-промывочного агента для охлаждения подшипников и предотвращения проникновения шлама в полости опор.

Однако эта мера не исключает проникновения шлама в опоры шарошек в периоды наращивания бурового става или разборки его после окончания бурения скважин и выключения продувки. Чтобы избежать зашламования опор, при выполнении этих операций используют обратные шламозащитные клапаны, которые закрепляют в центральном продувочном отверстии долота, но и тогда шлам и частицы разрушенной породы, соскребаемые со стенок скважины шарошками при подъеме долота, проникают в опоры и каждая новая скважина начинает проводиться с зашламованными опорами. Чтобы устранить это крайне нежелательное явление, применяют устройства для принудительной промывки и смазки опор долота (авт.свид. СССР №14655532, №1465533, МКИ Е 21В 10/18, опубл. БИ №10, 15.03.89).

Однако эти устройства обладают тем существенным недостатком, что в их конструкции использованы составные переходники с возможностью относительного осевого или углового перемещения соединяемых частей. При проходке скважин шарошечными долотами особенно в крепких и трещиноватых породах неизбежны продольные и радиальные вибрации с большими динамическими нагрузками, что вызывает расклепывание, заклинивания и разрушение соединяемых деталей.

Указанные недостатки устранены в шарошечном долоте для бурения с применением газообразного очистного агента (авт.свид.СССР №1444501, МКИ Е 21 В 10/08, опубл. БИ №46, 1988), которое является наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению и принято нами в качестве прототипа.

Прототип содержит переводник с ниппельной и муфтовой полостями, в средней части которого выполнено радиальное отверстие, перпендикулярное продольной оси долота, осевое и периферийные отверстия, сообщающие ниппельную и муфтовую полости, шарошечное долото, имеющее шарошки с опорами, корпус с осевым продувочным каналом, каналы в лапах для смазки опор шарошек, обратный клапан, установленный в радиальном отверстии переводника и выполненный в виде втулки и цилиндрического поршня с центральным и радиальным отверстиями и возможностью выхода поршня наружу.

Недостатком данного шарошечного долота является существенное ослабление механической прочности переводника, так как перпендикулярно продольной оси его выполняется сквозное отверстие увеличенного диаметра, а затем в нем устанавливается обратный клапан в виде втулки и подпружиненного поршня, которые практически затеняют все сечение переводника для прохода продувочно-промывочного агента в опоры шарошек при промывке опор, оставляя для прохода потока в опоры лишь небольшое кольцевое сечение между хвостовиком поршня и втулкой, которое к тому же частично занято витками пружины.

Следующим недостатком прототипа является технологическая трудность выполнения основных каналов для пропуска продувочно-промывочного агента в забой скважины во время бурения, требующая фрезерования фигурных пазов в корпусе переводника с последующей приваркой пластин для герметизации каналов от наружного пространства.

Еще одним крупным недостатком прототипа является то, что центральная трубка шарошечного долота одним концом соединяется с центральным продувочным отверстием, а другим концом должна входить в осевой канал переводника, обеспечивая герметичность подвижного соединения, что требует очень точного центрирования и вертикальности каналов и отверстия при изготовлении изделий на различных предприятиях (долотных заводах и заводах по производству буровых станков).

Изобретение направлено на упрощение конструкции и улучшение технологии изготовления устройства для принудительной промывки и смазки опор долота.

Это достигается тем, что в устройстве для принудительной промывки и смазки опор долота, содержащем переводник с муфтовой и ниппельной полостями, разделенными перегородкой в средней части, в которой образованы осевое и периферийные продольные отверстия, сообщающие ниппельную и муфтовую полости, радиальное отверстие, соединяющееся с осевым отверстием и наружным пространством, плунжер, размещенный в радиальном отверстии и закрепленный в нем кольцевой гайкой от выхода наружу и прижатый пружиной к внутреннему торцу гайки, шарошечное долото, соединенное с муфтой переводника, имеющее каналы в лапах и центральное отверстие с продувочным насадком, в котором закреплен шламозащитный обратный клапан с дистанционной трубкой, выходящей в муфтовую полость, в осевом отверстии переводника установлен подпружиненный поршень, шток которого выходит в муфтовую полость и расположен от верхнего торца дистанционной трубки на расстоянии h, равном рабочему ходу шламозащитного клапана, полость радиального отверстия перед торцом плунжера, обращенным к центру переводника, продольным периферийным каналом соединена с ниппельной полостью, а штоковая полость осевого отверстия горизонтальным каналом, имеющим выход в радиальное отверстие, соединена с наружным пространством, причем выход горизонтального канала в радиальное отверстие в исходном и рабочем положении долота закрыт плунжером с возможностью открытия его при смещении плунжера к центру во время промывки опор долота и закрытия продольного периферийного канала.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан вертикальный разрез устройства для принудительной промывки и смазки опор долота.

Позиции на чертеже обозначают: 1 - переводник; 2 - муфтовая полость; 3 - ниппельная полость; 4 - осевое отверстие; 5 - периферийные отверстия; 6 - радиальное отверстие; 7 - шарошечное долото; 8 - продувочные каналы опор; 9 - центральный продувочный насадок; 10 - шламозащитный клапан; 11 - дистанционная трубка; 12 - поршень; 13 - шток; 14 - плунжер; 15 - кольцевая гайка; 16 - пружина; 17 - продольный периферийный канал; 18 - горизонтальный канал.

Устройство для принудительной промывки и смазки опор долота содержит переводник 1 с муфтовой 2 и ниппельной 3 полостями, разделенными перегородкой в средней части, в которой образованы осевое 4 и периферийные продольные 5 отверстия, сообщающие ниппельную и муфтовую полости, радиальное отверстие 6, сообщающееся с осевым отверстием 4 и наружным пространством, плунжер 14, размещенный в радиальном отверстии 6 и закрепленный в нем кольцевой гайкой 75 от выхода наружу и прижатый пружиной 16 к внутреннему торцу гайки 15, шарошечное долото 7, соединенное с муфтой переводника 1, имеющее каналы 8 в лапах для продувки и смазки опор, центральное отверстие с продувочным насадком 9, в котором закреплен шламозащитный клапан 10 с дистанционной трубкой 11, выходящей в муфтовую полость 2, в осевом отверстии 4 переводника 1 установлен подпружиненный поршень 12, шток 13 которого выходит в муфтовую полость 2 и расположен от верхнего торца дистанционной трубки 11 на расстоянии h, равном рабочему ходу шламозащитного клапана 10, полость радиального отверстия 6 перед торцем плунжера 14, обращенным к центру переводника 1, продольным периферийным каналом 17 соединена с ниппельной полостью 3, а штоковая полость осевого отверстия 4 горизонтальным каналом 18, имеющим выход в радиальное отверстие 6, соединена с наружным пространством, причем выход горизонтального канала 18 в радиальное отверстие 6 в исходном и рабочем положении долота 7 закрыт плунжером 14 с возможностью открытия его при смещении плунжера 14 к центру во время продувки опор долота 7 и закрытия продольного периферийного канала 17.

Предлагаемое устройство для принудительной промывки и смазки опор долота работает следующим образом. Перед началом бурения скважины новым долотом 7 с наличием заводской смазки в опорах шарошек его соединяют с переводником 1 и в буровой став (не показан) нагнетают продувочно-промывочный агент, который поступает в ниппельную полость 3, из нее по периферийным отверстиям 5 он идет в муфтовую полость 2, через боковые окна в шламозащитном клапане 10 проникает под стакан клапана и поднимает его вверх, сжимая пружину, открывает проход в продувочный насадок 9 и поступает в забой скважины на вынос разрушенной породы, дистанционная трубка 11, закрепленная в стакане, выходит в муфтовую полость 2 на величину h вплоть до контакта с торцем штока 13, который остается в исходном положении, так как продувочно-промывочный агент через продольный периферийный канал 17 и радиальное отверстие 6 поступает в штоковую полость осевого отверстия 4, стремясь поднять поршень 12 вверх, в этом же направлении действует и усилие предварительно сжатой пружины поршня 12, в сумме они принимаются больше усилия, действующего на поршень 12 со стороны ниппельной полости 3. Таким образом происходит бурение и очистка скважины.

После того как скважину пробурят и поднимут долото на поверхность, выключают продувку скважины, переезжают на новую точку бурения другой скважины, отверткой или другим металлическим стержнем соответствующего диаметра через отверстие в кольцевой гайке 15 плунжер 14 смещают к центру переводника 1, при этом выход канала 17 в полость отверстия 6 перекрывается плунжером 14, а выход горизонтального канала 18 открывается и сообщает наружное пространство, где давление равно атмосферному, со штоковой полостью осевого отверстия 4.

Теперь включают подачу продувочно-промывочного агента, он поступает в ниппельную полость 3, давит сверху на поршень 12 и смещает его вниз на величину h до упора в верхнюю крышку шламозащитного клапана 10, препятствуя выходу дистанционной трубки 11 в муфтовую полость 2. Если же дистанционная трубка 11 успеет выйти в полость 2, то шток 13 обязательно вернет ее в исходное положение, так как усилие подъема клапана 10 принимается меньше, чем усилие, действующее на поршень 12 сверху вниз, поэтому клапан 10 будет закрыт, продувочно-промывочный агент, поступающий в муфтовую полость 2, будет идти в ниппель долота 7 и далее по каналам 8 в опоры шарошек, интенсивно продувая их при максимальном давлении, в это время в поток продувки добавляют как можно больше воды и промывают опоры, затем воду закрывают, добавляя в поток смазочный агент, и смазывают подшипники опор. Закончив операцию промывки и смазки, прекращают подачу продувочно-промывочного агента, окончательно устанавливают станок на точке бурения и начинают проходку новой скважины с совершенно чистыми и хорошо смазанными опорами.

Нами установлено, что принудительная промывка и смазка опор увеличивает их износоустойчивость в 1,8-2 раза.

Изобретение предназначено для использования при бурении скважин шарошечными долотами с очисткой забоя воздушно-водяной смесью. Устройство содержит: переводник с муфтовой и ниппельной полостями, разделенными перегородкой в средней части, в которой образовано осевое отверстие с подпружиненным поршнем внутри, шток которого выходит в муфтовую полость, периферийные отверстия, соединяющие полость переводника, радиальное отверстие с плунжером, сообщающееся с осевым отверстием и ниппельной полостью посредством периферийного продольного канала, а горизонтальным каналом - с наружным пространством, шарошечное долото, соединенное с муфтой переводника, имеющее каналы в лапах и центральный продувочный насадок, оснащенный обратным клапаном с дистанционной трубкой, которая при продувке скважины выходит в муфтовую полость на величину рабочего хода клапана, а шток остается в исходном положении, т.к. продольный канал сообщает ниппельную полость со штоковой полостью отверстия. При принудительной промывке опор долота и смазке их плунжер вручную смещают к центру переводника, он закрывает канал и открывает горизонтальный канал, сообщая штоковую полость отверстия с наружным пространством, шток перемещается вниз, блокирует открытие клапана и весь поток продувки направляется в опоры долота для интенсивной промывки и смазки их перед началом бурения новой скважины. Упрощается конструкция, улучшается технология изготовления устройства. 1 ил.

Устройство для принудительной промывки и смазки опор долота, содержащее переводник с муфтовой и ниппельной полостями, разделенными перегородкой в средней части, в которой образованы осевое и периферийные отверстия, сообщающие ниппельную и муфтовую полости, радиальное отверстие, соединяющееся с осевым отверстием и наружным пространством, плунжер, размещенный в радиальном отверстии и закрепленный в нем кольцевой гайкой от выхода наружу, прижатый пружиной к внутреннему торцу гайки, шарошечное долото, соединенное с муфтой переводника, имеющее каналы в лапах и центральное отверстие с продувочным насадком, в котором закреплен шламозащитный обратный клапан с дистанционной трубкой, выходящей в муфтовую полость, отличающееся тем, что в осевом отверстии переводника установлен подпружиненный поршень, шток которого выходит в муфтовую полость и расположен от верхнего торца дистанционной трубки на расстоянии, равном рабочему ходу шламозащитного клапана, полость радиального отверстия перед торцом плунжера, обращенным к центру переводника, продольным периферийным каналом соединена с ниппельной полостью, а штоковая полость осевого отверстия горизонтальным каналом, имеющим выход в радиальное отверстие, соединена с наружным пространством, причем выход горизонтального канала в радиальное отверстие в исходном и рабочем положениях закрыт плунжером с возможностью открытия его при смещении плунжера к центру во время промывки опор долота и закрытия продольного периферийного канала.