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.E. 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 размещенным в осевом канале цапфы распорным элементом со ступенчатой наружной поверхностью и конической вершиной (см. патент РФ 2064568, кл. E 21 B 10/22, 1996 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.

Другим недостатком данной опоры является сложность монтажа опоры, связанная с клиновой формой выполнения нижних торцов стержней, расположенных в радиальных каналах цапфы. Такая форма выполнения торцов стержней требует их строгой ориентации, т.к. даже незначительное изменение положения стержней исключает возможность их радиального перемещения.

Недостатком известной опоры является также и определенная сложность ее конструкции, связанная с использованием в качестве рабочих элементов шаров. Это требует специальной обработки торца стержней под шары с высокой точностью.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является упрощение конструкции и монтажа опоры и 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 размещенным в осевом канале цапфы распорным элементом со ступенчатой наружной поверхностью и конической вершиной, согласно изобретению торцы стержней, размещенных в радиальных каналах цапфы, со стороны оси цапфы выполнены конической формы, а с другой стороны - в форме полусферы.

Решению поставленной задачи также способствует и то, что

- опора шарошечного долота выполнена с дополнительным замковым узлом, смещенным относительно основного замкового узла в осевом направлении цапфы, при этом ступенчатые участки распорного элемента соединены коническим участком для взаимодействия со стержнями дополнительного замкового узла;

- радиальные каналы в цапфе основного и дополнительного стопорных узлов расположены с угловым смещением в плоскости, перпендикулярной оси цапфы.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид опоры шарошечного долота; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 в рабочем положении стопорных стержней.

Опора шарошечного долота включает лапу 1 с наклонной цапфой 2, шарошку 3 с кольцевой расточкой 4 под замковый узел в виде стержней 6, установленных в радиальных каналах 7 цапфы 2, и распорного элемента 13 со ступенчатой наружной поверхностью 9 и конической вершиной 10. Распорный элемент 13 размещен в осевом канале 11 цапфы 2, имеющему ответную ступенчатую форму. Торцы 12 стержней 6 со стороны оси цапфы 2 выполнены конической формы, а с другой стороны - в форме полусферы 14. Выполнение стержней 6 с коническим торцом упрощает монтаж и демонтаж опоры благодаря тому, что стержни 6 не надо ориентировать строго в определенном положении (как это имеет место в прототипе). Полусферическая форма торцов 14 стержней 6 с одной стороны упрощает по сравнению с прототипом конструкцию за счет исключения из опоры одного из элементов запорного узла, а именно - шаров, а с другой стороны - упрощает и монтаж запорного узла. Кроме того использование единого стопорного элемента позволяет повысить надежность работы замкового узла. Распорный элемент 13 выполнен с коническим участком 15 на наружной поверхности для взаимодействия со стержнями 6 дополнительного замкового узла и смещен относительно основного замкового узла вдоль оси цапфы 2. Дополнительный замковый узел имеет конструкцию, аналогичную основному замковому узлу и образован стержнями 6, полусферические торцы 14 которых размещены в кольцевой расточке 5 шарошки 3, и ступенью большего диаметра ступенчатого распорного элемента 13. Наличие дополнительного замкового узла позволяет кратно увеличить надежность фиксации шарошки 3 на цапфе 2 и практически исключить «сдергивание» шарошки 3 с цапфы даже при подъеме из горизонтальных скважин и тем самым расширить область применения долот с предложенной опорой. Повышению надежности работы опоры способствует также и то, что радиальные каналы 7 и 8 основного и дополнительного запорных узлов в плоскости, перпендикулярной оси цапфы, расположены с угловым смещением одних относительно других (фиг.2).

Монтаж опоры осуществляется следующим образом. В радиальных каналах 6 и 8 цапфы 2 устанавливают стержни 6 таким образом, чтобы их полусферические вершины 14 не выступали над ступенчатыми поверхностями цапфы 2 (фиг.2). В таком положении шарошку 3 свободно надевают на цапфу 2. После этого в осевой канал 11 вводят распорный элемент 13, который своей конической вершиной 10 и коническим участком 15 перемещает стержни 6 в радиальных каналах 7 и 8 до их ввода в кольцевые расточки 4 и 5 шарошки 3, расстояние между которыми соответствует расстоянию между радиальными каналами 7 и 8. При совмещении кольцевых расточек 5 со полусферическими вершинами 14 стержней 6 происходит фиксация шарошки 3 относительно цапфы. Затем фиксируют распорный элемент 13 относительно лапы 1 любым известным способом, например, разрезным стопорным кольцом 16.

Таким образом, применение предложенной опоры позволит упростить конструкцию и монтаж опоры, повысить ее надежность в работе и тем самым повысить эффективность работы долота в целом.

Использование: относится к породоразрушающим инструментам, а именно к опорам буровых шарошечных долот. Позволяет упростить конструкцию и монтаж опоры и повысить эксплуатационную стойкость опоры. Опора включает лапу с наклонной цапфой, установленную на ней шарошку с кольцевой расточкой и замковый узел в виде нескольких стержней, установленных в радиальных каналах цапфы с возможностью взаимодействия со стенками кольцевой расточки шарошки и с размещенным в осевом канале цапфы распорным элементом со ступенчатой наружной поверхностью и конической вершиной. Торцы стержней, размещенных в радиальных каналах цапфы, со стороны оси цапфы выполнены конической формы, а с другой стороны - в форме полусферы. Опора выполнена с дополнительным замковым узлом, смещенным относительно основного стопорного узла в осевом направлении цапфы. Ступенчатые участки распорного элемента соединены коническим участком для взаимодействия со стержнями дополнительного замкового узла. Радиальные каналы в цапфе основного и дополнительного замковых узлов расположены с угловым смещением в плоскости, перпендикулярной оси цапфы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Опора шарошечного долота, включающая лапу с наклонной цапфой, установленную на ней шарошку с кольцевой расточкой и замковый узел в виде нескольких стержней, установленных в радиальных каналах цапфы с возможностью взаимодействия со стенками кольцевой расточки шарошки и с размещенным в осевом канале цапфы распорным элементом со ступенчатой наружной поверхностью и конической вершиной, отличающаяся тем, что торцы стержней, размещенных в радиальных каналах цапфы, со стороны оси цапфы выполнены конической формы, а с другой стороны - в форме полусферы.2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с дополнительным замковым узлом, смещенным относительно основного стопорного узла в осевом направлении цапфы, при этом ступенчатые участки распорного элемента соединены коническим участком для взаимодействия со стержнями дополнительного замкового узла.3. Опора шарошечного долота по п.2, отличающаяся тем, что радиальные каналы в цапфе основного и дополнительного замковых узлов расположены с угловым смещением в плоскости, перпендикулярной оси цапфы.