ОПОРА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА Российский патент 2006 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, применяемого при бурении скважин различного назначения, а именно к опорам буровых шарошечных долот преимущественно малого диаметра.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, шарошку и подшипники качения и скольжения, последние из которых установлены на промежуточной втулке, закрепленной на цапфе разрезным пружинным кольцом (авт. св. СССР №561776, кл. Е 21 В 10/22, 1973 г.).

Недостатком данной опоры является сложность конструкции и быстрый выход из строя промежуточной втулки, которая ослаблена радиальным каналом под замковый подшипник.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного долота, включающая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе посредством стопорного узла в виде разрезного кольца, установленного в совмещенных эксцентричных кольцевых канавках цапфы и шарошки (авт. св. СССР №1677233, кл. E 21 B 10/22, 1991 г.).

В данной опоре благодаря выполнению цапфы и шарошки с эксцентричными канавками и использованию ответной формы разрезного стопорного кольца обеспечивается частичное перераспределение нагрузок между шарошкой и цапфой, что повышает ее долговечность.

В то же время использование эксцентричных стопорных колец значительно снижает угол охвата кольцом цапфы, что снижает надежность работы опоры. К тому же в процессе износа опоры и увеличения радиальных люфтов между цапфой и шарошкой, удерживаемой кольцом на цапфе только с одной стороны, возможны случаи заклинивания стопорного кольца в процессе работы долота, а также случаи «сдергивания» шарошек с цапфы при подъеме долота. Особенно это опасно при подъеме долота из наклонных скважин. Все это снижает долговечность и надежность работы опоры и долота в целом.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение надежности и долговечности работы опоры.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре бурового шарошечного долота, включающей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе посредством стопорного узла в виде разрезного кольца, установленного в совмещенных, эксцентричных кольцевых канавках цапфы и шарошки, согласно изобретению, опора снабжена дополнительным стопорным узлом, аналогичные основному узлу, при этом эксцентриситет кольцевых канавок на цапфе основного и дополнительного стопорного узлов имеет противоположный знак, причем ширина стопорного кольца, расположенного со стороны основания цапфы меньше ширины другого стопорного кольца.

Решению поставленной технической задачи способствует также и то, что

- наружный диаметр каждого стопорного кольца в сомкнутом положении не более диаметра цапфы,

- диаметр кольцевой канавки в шарошке D_ш определяется по формуле

D_ш=D_ц+(0,4-0,6)b,

где D_ц - диаметр цапфы;

b - толщина стопорного кольца,

- стопорное кольцо по всей длине имеет одинаковую толщину.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид опоры бурового долота в разрезе, фиг.2 и 3 - соответственно сечения А-А и Б-Б на фиг.1, фиг.4 - узел I на фиг.1.

Опора бурового шарошечного долота содержит цапфу 1 и шарошку 2, которая крепится на цапфе 1 посредством двух стопорных узлов: основного и дополнительного. Каждый стопорный узел выполнен в виде разрезных колец 3 и 4, первое из которых установлено в совмещенных эксцентричных кольцевых канавках 5 и 6 соответственно цапфы 1 и шарошки 2, а второе в аналогичных канавках 7 и 8 соответственно на цапфе 1 в шарошке 2. Кольца 3 и 4 имеют одинаковую толщину по всей длине, но разную ширину, причем ширина h кольца 3 больше ширины h₁ стопорного кольца 4 и соответственно и кольцевой канавки 8, расположенных со стороны основания цапфы 1. Кольцевые канавки 5 и 7 на цапфе 1 выполнены с диаметрально противоположным эксцентриситетом ε относительно оси цапфы 1. Диаметр кольцевых, канавок 5 и 7 соответствует примерно диаметру стопорных колец 3 и 4 в сомкнутом положении, а диаметр - D_ш кольцевых канавок 6 и 8 в шарошке 2 определяется по формуле

D_ш=D_ц+(0,4-0,6)b,

где D_ц - диаметр цапфы,

b - толщина стопорного кольца.

Такое выполнение кольцевых канавок 5, 6, 7 и 8 позволяет использовать стопорные кольца 3 и 4 с минимальным вырезом, обеспечивающие почти полный обхват цапфы 1 (см. фиг.2 и 3), что повышает надежность работы стопорных узлов, а следовательно, и опоры в целом.

Монтаж опоры осуществляют следующим образом. В кольцевых канавках 5 и 7 устанавливают разрезные кольца 2 и 4. После этого устанавливают на цапфу 1 шарошку 2 и продвигают ее в осевом направлении. При этом заходной фаской (не показана) шарошки 2 создается радиальное усилие, сжимающее разрезное кольцо 3 и утапливающее его в кольцевой канавке 5 цапфы. При этом благодаря тому, что ширина разрезного кольца 3 больше, чем ширина кольца 4 у основания цапфы, а следовательно, и больше ширины кольцевой канавки 8 в шарошке 2 (ширина стопорных колец 3 и 4 выбирается равным ширине соответствующих им кольцевых канавок 5-6 и 7-8), разрезное кольцо 3 не может войти в кольцевую канавку 8 шарошки 2, и последняя свободно продвигается вдоль цапфы 1. После сжатия кольца 4 шарошкой 2 и совпадения кольца 4 с канавкой 8 сжатое стопорное кольцо 4 освобождается и входит в кольцевую канавку 8 шарошки 2. В этот же момент происходит аналогичная картина и со стопорным кольцом 3, которое совмещается с кольцевой канавкой 6 шарошки 2 и также входит в нее. Таким образом осуществляется фиксация шарошки 2 на цапфе 1. Передача радиальной нагрузки от шарошки 2 на цапфу 1 происходит в результате контакта боковых поверхностей стопорных колец 3 и 4 с боковыми стенками кольцевых канавок 5 и 7 на цапфе 1. При этом благодаря использованию двух стопорных узлов с диаметрально противоположным эксцентриситетом исключается заклинивание шарошки 2 на цапфе и значительно уменьшается вероятность «сдергивания» шарошки 2 в процессе подъема долота из скважины.

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, применяемого при бурении скважин различного назначения, а именно к опорам буровых шарошечных долот, преимущественно малого диаметра. Позволяет повысить надежность и долговечность работы опоры. Опора включает цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе посредством стопорного узла в виде разрезного кольца, установленного в совмещенных эксцентричных кольцевых канавках цапфы и шарошки. Опора снабжена дополнительным стопорным узлом, аналогичным основному узлу. Стопорные узлы имеют диаметрально противоположные эксцентриситеты, при этом ширина стопорного кольца и соответствующая ему кольцевая канавка в шарошке, расположенные со стороны основания цапфы, меньше ширины другого стопорного кольца. Наружный диаметр каждого стопорного кольца в сомкнутом положении не более диаметра цапфы, а диаметр кольцевой канавки в шарошке - D_ш определяется по формуле D_ш=D_ц+(0,4-0,6)b, где D_ц - диаметр цапфы; b - толщина стопорного кольца. Стопорные кольца по всей длине имеют одинаковую толщину. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Опора бурового шарошечного долота, включающая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе посредством стопорного узла в виде разрезного кольца, установленного в совмещенных эксцентричных кольцевых канавках цапфы и шарошки, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным стопорным узлом, аналогичным основному узлу, при этом эксцентриситет кольцевых канавок на цапфе основного и дополнительного стопорного узлов имеет противоположный знак, при этом ширина стопорного кольца, расположенного со стороны основания цапфы, меньше ширины другого стопорного кольца.2. Опора бурового шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что наружный диаметр каждого стопорного кольца в сомкнутом положении не более диаметра цапфы.3. Опора бурового шарошечного долота по п.1 или 2, отличающаяся тем, что диаметр кольцевой канавки в шарошке D_ш определяется по формуле:

D_ш=D_ц+(0,4÷0,6)b,

где D_ц - диаметр цапфы;

b - толщина стопорного кольца.