БУРОВОЕ ДОЛОТО Российский патент 2005 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в буровых долотах, преимущественно при низкооборотном бурении.

Известно буровое долото, содержащее сварной корпус с тремя секциями в виде лап с подшипниками качения или скольжения на их цапфах, на которых подвижно (с возможностью вращения) закреплены три шарошки, оснащенные фрезерованными зубьями или твердосплавными породоразрушающими зубками [1].

Полость опоры этого долота герметизирована по торцам шарошек уплотнительным кольцом. В верхней части лапы размещается смазочное устройство, состоящее из крышки с уплотнением по ее боковой цилиндрической поверхности, а также эластичной диафрагмы, сжимающейся - разжимающейся при колебании давления внутри опоры и в затрубном пространстве долота, обеспечивая подпитку расходуемой в опоре смазки. Крышка смазочного устройства закрепляется в корпусе лапы с помощью разжимного стопорного кольца.

Недостатком такого бурового долота является то, что при бурении крутонаклонных или горизонтальных скважин спинки лап, контактируя с выбуренным шламом, быстро изнашиваются в зоне кромок пересечения отверстий крышки масляных резервуаров с конической поверхностью спинок лап. При таком износе оголяются участки расположения крышек в указанной зоне, происходит разгерметизация смазочных устройств с разрушением уплотнительных колец. В таком случае смазочное устройство становится неработоспособным, масло в опору не поступает. При этом стойкость опор резко снижается.

Известно также буровое долото с герметизированными маслонаполенными опорами, содержащее корпус с лапами, с каналами к опорам и каналами с обратными клапанами, соединенными с затрубным пространством, шарошки, подвижно закрепленные на лапах, узлы герметизации опор и компенсационные смазочные узлы с крышками [2].

Существенным недостатком такого бурового шарошечного долота является возможность преждевременного выхода из строя компенсационных смазочных узлов вследствие непрерывного контакта с выбуренной горной породой, вызывающего интенсивный износ незащищенных кромок в зоне пересечения отверстия под крышку компенсационного масляного узла с поверхностью спинок лап как при бурении вертикальных, так и наклонно направленных, а также горизонтальных скважин. При этом из-за вызванной абразивным износом крышки масляного резервуара разгерметизации компенсационного узла не происходит пополнения израсходованной в опорах смазки, стойкость опор и всего долота значительно снижается.

Данное заявляемое изобретение направлено на обеспечение более длительной и эффективной работы компенсационных масляных систем герметизированных опор буровых долот.

Техническим результатом при осуществлении изобретения является повышение стойкости опор буровых долот и увеличение их проходки.

Данный технический результат достигается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус, лапы с компенсационными масляными резервуарами, герметизированными крышками резервуаров со стопорными разжимными кольцами, с системой каналов для подвода смазки в опору и герметизированные шарошки с породоразрушающими зубьями, крышка масляного резервуара, выполненная с канавкой под стопорное разжимное кольцо, имеет слой наплавленного твердого сплава на части ее круговой поверхности в секторе с углом 2α=120°-150°. Наплавленный слой твердого сплава расположен выше канавки под стопорное разжимное кольцо в непосредственной близости кромки перехода поверхности спинки лапы в цилиндрическую поверхность отверстия под крышку масляного резервуара.

На поверхности спинки лапы для защиты крышки масляного резервуара расположен ряд твердосплавных зубков вдоль кромки перехода поверхности спинки в цилиндрическую поверхность отверстия под крышку.

Непосредственно на поверхность спинки лапы или во выфрезерованную на ней канавку нанесен слой наплавленного порошкового твердого сплава в виде криволинейной полосы для защиты масляного резервуара от абразивного износа.

На конической поверхности спинки лапы и на ее плоской поверхности по бокам отверстия под крышку масляного резервуара расположены с чередованием твердосплавные зубки и полосы наплавленного порошкового твердого сплава для защиты крышки масляного резервуара от абразивного износа.

На фиг.1 показан фрагмент секции бурового долота с одним из вариантов защиты крышки масляного резервуара от абразивного износа. На фиг.2 изображена секция бурового долота с герметизированными маслонаполненными опорами (разрез А-А фиг.1). На фиг.3 показан вариант защиты крышки масляного резервуара, на фиг.4 - разрез Б-Б фиг.3. На фиг.5 и 6 изображены другие варианты исполнения изобретения. На фиг.7 и 8 показан разрез В-В фиг.6.

В предлагаемой новой конструкции бурового шарошечного долота с герметизированными маслонаполненными опорами для разбуривания абразивных пород (см. фиг.1-2) показаны лапа 1 с цапфой 2, шарошка 3 с сооружением в виде твердосплавных зубков 4 и с уплотнительным герметизирующим кольцом 5, масляный резервуар 6, эластичная диафрагма 7 компенсационной масляной системы, стальной габаритный стаканчик 8 для предохранения диафрагмы 7 от разрыва, система масляных каналов 9, крышка 10 масляного резервуара, уплотнительное кольцо 11, стопорное разжимное кольцо 12, поверхность спинки лапы 13, отверстие 14 в лапе под крышку резервуара, изнашиваемая кромка 15 пересечения отверстия пoд крышку масляного резервуара с поверхностью спинки лапы, твердосплавный зубок 16 с выступающей частью 17 и кромкой зубка 18.

Форма зубка 16 с плоским торцем является предпочтительной, поскольку кромка 18 его выступающей части 17 легче разрушает выбуренные частицы, попадающие в зазор между стенкой скважины и спинкой лапы при горизонтальном бурении, по сравнению со сферической формой выступающей части. С точки зрения предохранения от абразивного износа защищаемого участка спинки лапы может быть целесообразным применение для этой цели зубков с другой формой выступающей части.

На фиг.3 и 4 показан вариант исполнения защиты крышки масляного резервуара компенсационной масляной системы от абразивного износа в виде криволинейной полосы 19 твердого сплава, наплавленного непосредственно на поверхность спинки лапы 13 или в паз 20 (показано только его сечение), выфрезерованный на этой поверхности для увеличения толщины наплавленного слоя. С этой же целью наплавленный слой может выступать над поверхностью спинки лапы, как показано на фиг.4. Ширина, глубина паза 20 и величина выступания наплавленного слоя 19 выбираются конструктивно, в зависимости от габаритов лапы долота.

На фиг.5 изображен фрагмент бурового долота с исполнением защиты крышки масляного резервуара компенсационного устройства от износа для буровых долот, работающих в среднеабразивных породах. Указанная защита достигнута чередованием твердосплавных зубков с выступающей частью 17, кромкой 18 и криволинейных полос наплавленного порошкового твердого сплава твердого сплава 19 и 21. Криволинейные полосы 21 и 19 расположены на конической поверхности спинки лапы по бокам отверстия под крышку масляного резервуара и под указанным отверстием. Полосы наплавленного порошкового твердого сплава нанесены или непосредственно на поверхность спинки лапы вокруг отверстия под крышку масляного резервуара, или в пазы с выступами аналогично поз.19 и 20 фиг.4.

На фиг.6-8 изображен вариант защиты от абразивного износа крышки 22 масляного резервуара компенсационной масляной системы буровых долот, предназначенных для разбуривания горных пород в широком диапазоне их абразивности - от слабоабразивных до высокоабразивных. Эта защита осуществлена таким образом, что часть выступающей круговой поверхности 23 крышки, наплавленная порошковым твердым сплавом 24, ограничена по кольцу ее максимальным диаметром, по бокам - сторонами сектора с суммарным углом 2α=120°-150° в непосредственной близости от кромки перехода поверхности спинки лапы в цилиндрическое отверстие под крышку масляного резервуара.

При этом наплавленная твердым сплавом поверхность 24 крышки 22, расположенная выше уступа 28 и канавки 25 под стопорное разжимное кольцо, перекрывает его и уплотнительное кольцо в зоне наибольшего износа, являясь защитным козырьком также и узла крепления и герметизации крышки масляного резервуара.

Нижняя поверхность канавки 25 совпадает с плоской поверхностью 27 крышки 22 масляного резервуара для плотного прилегания к ней стопорного разжимного кольца после его установки его в гнездо на стенке отверстия под крышку. Глубина канавки 25 должна обеспечивать беспрепятственную возможность сжиматься стопорному разжимному кольцу перед его установкой в крышку 22.

В предлагаемом буровом долоте во время работы его на забое скважины все приведенные в описании способы защиты от износа и разгерметизации компенсационной масляной системы способствуют повышению стойкости и проходки, что позволяет достигнуть требуемый технический результат.

Данное техническое решение может быть реализовано практически в любой конструкции бурового шарошечного долота с герметизированными маслонаполненными опорами.

Возможность осуществления изобретения подтверждается также успешными стендовыми и промысловыми испытаниями опытных образцов предлагаемых буровых долот, показавших значительное повышение показателей бурения.

Источники информации

1. Патент США №5351768, Е 21 В 10/16

2. Патент РФ №2007539, Е 21 В 10/22.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в буровых долотах для низкооборотного бурения с герметизированной маслонаполненной опорой. Буровое долото содержит корпус, лапы с компенсационными масляными резервуарами, герметизированными крышками резервуаров со стопорными разжимными кольцами, с системой каналов для подвода смазки в опору и герметизированные шарошки с породоразрушающими зубьями. Крышка масляного резервуара, выполненная с канавкой под стопорное разжимное кольцо, имеет слой наплавленного твердого сплава на части ее круговой поверхности в секторе с углом 2α=120-150°, расположенный выше канавки под стопорное разжимное кольцо в непосредственной близости кромки перехода поверхности спинки лапы в цилиндрическую поверхность отверстия под крышку масляного резервуара. Повышается стойкость опоры и долота в целом, увеличивается его проходка. Долото имеет простую конструкцию и надежно в работе. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Буровое долото, содержащее корпус, лапы с компенсационными масляными резервуарами, герметизированными крышками резервуаров со стопорными разжимными кольцами, с системой каналов для подвода смазки в опору и герметизированные шарошки с породоразрушающими зубьями, отличающееся тем, что крышка масляного резервуара, выполненная с канавкой под стопорное разжимное кольцо, имеет слой наплавленного твердого сплава на части ее круговой поверхности в секторе с углом 2α=120°÷150°, расположенный выше канавки под стопорное разжимное кольцо в непосредственной близости кромки перехода поверхности спинки лапы в цилиндрическую поверхность отверстия под крышку масляного резервуара.2. Долото по п.1, отличающееся тем, что на поверхности спинки лапы для защиты крышки масляного резервуара расположен ряд твердосплавных зубков вдоль кромки перехода поверхности спинки в цилиндрическую поверхность отверстия под крышку.3. Долото по п.1, отличающееся тем, что непосредственно на поверхность спинки лапы или во выфрезерованную на ней канавку нанесен слой наплавленного порошкового твердого сплава в виде криволинейной полосы для защиты крышки масляного резервуара от абразивного износа.4. Долото по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что на конической поверхности спинки лапы и на ее плоской поверхности по бокам отверстия под крышку масляного резервуара расположены с чередованием твердосплавные зубки и полосы наплавленного порошкового твердого сплава для защиты крышки масляного резервуара от абразивного износа.