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

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к опорам буровых шарошечных долот.

Известна опора бурового шарошечного долота, содержащая корпус, лапу с цапфой и шарошку, установленную на цапфе посредством подшипников, один из которых является замковым (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота, М., Недра, 1971 г., с.168, рис.У1.15 и У1.16).

Недостатком данной опоры является ограниченная область применения. Такое выполнение опоры возможно только в буровых долотах большого диаметра, когда каналы под замковый палец мало влияют на прочность цапфы. В долотах малого диаметра (59-93 мм) такое выполнение опоры неприемлемо.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, включающая лапу с наклонной цапфой, установленную на ней шарошку с кольцевой расточкой и замковый узел в виде стержней, установленных в радиальных каналах цапфы с возможностью взаимодействия со стенками кольцевой расточки шарошки и с коническим наконечником стержня, размещенным в осевом канале цапфы (см. патент США №2151348, кл. 175-367, 1939 г.).

Недостатком данного долота является малая эксплуатационная стойкость опоры, связанная с малой контактной поверхностью стопорных стержней с шарошкой. Этот недостаток особо сильно сказывается при бурении наклонных скважин, когда при подъеме долота шарошки испытывают значительные усилия, направленные вдоль цапфы и стремящиеся «сдернуть» шарошки с цапфы долота. Учитывая ограниченные размеры стопорных стержней, высока вероятность их среза и оставления шарошек на забое скважины, что может привести к значительным непроизводительным затратам времени и материальных и трудовых средств.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной стойкости опоры долота и как следствие этого - повышение производительности буровых работ за счет снижения вероятности возникновения аварийных ситуаций.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, включающей лапу с наклонной цапфой, установленную на ней шарошку с кольцевой расточкой и замковый узел в виде стержней, установленных в радиальных каналах цапфы с возможностью взаимодействия со стенками кольцевой расточки шарошки и с коническим наконечником стержня, размещенным в осевом канале цапфы, согласно изобретению, стержни в радиальных каналах цапфы выполнены Т-образной формы, поперечная часть которых имеет дугообразную форму, а цапфа - с кольцевой проточкой, выполненной в плоскости расположения радиальных каналов, при этом наружный и внутренний диаметры дугообразных элементов соответствуют наружному диаметру цапфы и диаметру кольцевой проточки цапфы.

Решению поставленной задачи также способствует и то, что продольный канал цапфы параллельно смещен вверх относительно ее продольной оси.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид опоры шарошечного долота, фиг.2 и 3 - сечение А-А на фиг.1 соответственно в рабочем и исходном положении стопорных стержней и фиг.4 - стопорный стержень.

Опора шарошечного долота включает лапу 1 с наклонной цапфой 2, на которой установлена шарошка 3 с кольцевой расточкой 5 под замковый узел 7 в виде Т-образных стержней 12, поперечная часть 11 которых имеет дугообразную форму. Причем, наружный диаметр поперечной дугообразной части 11 соответствует наружному диаметру D цапфы 2, а внутренний диаметр D₁ - диаметру кольцевой проточки 8 цапфы 2. Стержни 12 установлены в радиальных каналах 13 цапфы 2 и расположены заподлицо с наружной поверхностью 4 цапфы 2. При этом дугообразные поперечные части 11 замкового узла 7 в исходном положении образуют кольцо, длина окружности которого равна длине окружности цапфы 2. Цапфа 2 выполнена с двумя подшипниками скольжения 4 и 6 и с продольным каналом 9 под стержень 10 с коническим наконечником 14, взаимодействующим с нижними торцами стержней 12. Продольный канал 9 может быть выполнен как соосно с осью цапфы 2, так и со смещением этого канала вверх параллельно оси цапфы 2. Последний вариант является предпочтительным в долотах малого диаметра, т.к. позволяет повысить прочностные характеристики цапфы 2 благодаря усилению ее нагруженной нижней части за счет смещения продольного канала 10.

Монтаж опоры осуществляется следующим образом. На цапфе 2 в радиальных каналах 13 устанавливают Т-образные стержни 12 таким образом, чтобы их дугообразные части 11 образовали окружность с диаметром, соответствующим наружному диаметру цапфы 2 в зоне расположения стержней 12 (фиг.3). В таком положении шарошка 3 свободно надевается на цапфу 2. При этом в крайнем положении шарошки 3 и цапфы 2 кольцевая расточка 5 шарошки совпадает со стержнями 12 замкового узла 7. После этого в канал 9 вводят стержень 10, который своим коническим наконечником 14 раздвигает стержни 12, которые выдвигаются в радиальном направлении и своими дугообразными элементами 11 входят в кольцевую расточку 5 шарошки 3 и тем самым фиксируют шарошку 3 относительно цапфы 2 (см.фиг.2). Благодаря выполнению стержней 12 с дугообразными элементами 11 шарошка 3 контактирует с замковым элементом 7 почти по всей длине окружности, что обеспечивает работу замкового элемента 7 в качестве дополнительной опоры при одновременном снижении удельных нагрузок на контактирующих поверхностях шарошки 3 и замковых элементов 7.

Все это приводит к росту эксплуатационной стойкости всей опоры и как следствие этого к повышению производительности бурения, в первую очередь за счет снижения вероятности оставления шарошек 3 на забое скважины.

Использование: породоразрушающие инструменты, а именно, опоры буровых шарошечных долот. Позволяет повысить эксплуатационную стойкость опоры долота. Опора включает лапу с наклонной цапфой, установленную на ней шарошку с кольцевой расточкой и замковый узел в виде стержней, установленных в радиальных каналах цапфы с возможностью взаимодействия со стенками кольцевой расточки шарошки и со стержнем, размещенным в осевом канале цапфы. Стержни в радиальных каналах цапфы выполнены Т-образной формы, поперечная часть которых имеет дугообразную форму, а цапфа - с кольцевой проточкой, выполненной в плоскости расположения радиальных каналов, при этом наружный и внутренний диаметры дугообразных элементов соответствуют наружному диаметру цапфы и диаметру кольцевой проточки цапфы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Опора шарошечного долота, включающая лапу с наклонной цапфой, установленную на ней шарошку с кольцевой расточкой и замковый узел в виде стержней, установленных в радиальных каналах цапфы с возможностью взаимодействия со стенками кольцевой расточки шарошки и со стержнем, размещенным в осевом канале цапфы, отличающаяся тем, что стержни в радиальных каналах цапфы выполнены Т-образной формы, поперечная часть которых имеет дугообразную форму, а цапфа - с кольцевой проточкой, выполненной в плоскости расположения радиальных каналов, при этом наружный и внутренний диаметры дугообразных элементов соответствуют наружному диаметру цапфы и диаметру кольцевой проточки цапфы. 2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что продольный канал цапфы смещен вверх относительно ее оси.