ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА Российский патент 2007 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством нескольких подшипников смонтированы шарошки. Один из подшипников, являющийся замковым, выполнен в виде срезанной параллельными лысками фигурной части, на которой устанавливаются и крепятся посредством штифта сегментные вкладыши. У основания цапфы выполнена кольцевая проточка, в которую входит опорный выступ шарошки, имеющий два диаметрально расположенных паза, ширина которых равна ширине фигурной части цапфы. Штифт вставляется через отверстие в шарошке, которое затем закрывается пробкой и заваривается (авт. св. СССР №446620, кл. Е 21 В 10/22, 1972 г.)

К недостаткам данного долота следует отнести малый ресурс работы, связанный с деформацией штифта из-за смещения вкладышей в процессе работы долота, приводящей к заклиниванию шарошки и выходу опоры из строя. Другим недостатком опоры является сложность монтажа шарошки, связанная с необходимостью точного совмещения каналов фигурной части цапфы и сегментных вкладышей.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу с кольцевой проточкой и с фигурной частью с лысками, шарошку, в полости которой выполнен кольцевой бурт с пазами, профиль которых соответствует профилю фигурной части цапфы, и установленные в каналах шарошки вставные вкладыши, образующие с фигурной частью цапфы замковый подшипник (см. авт. св. СССР №1023060, кл. Е 21 В 10/22, 1980 г.)

В данной опоре значительно упрощен монтаж шарошки.

Основным недостатками данной опоры является малая стойкость, особенно при бурении по твердым и крепким породам. Это объясняется тем, что в процессе работы по таким породам вставные вкладыши постоянно испытывают значительные динамические нагрузки, под действием которых они расшатываются и могут выпасть. Этому способствует и то, что вкладыши при вращении шарошки относительно цапфы подвергаются постоянному двустороннему износу, приводящему к сильному ослаблению вкладышей. Другим недостатком этой опоры является определенная сложность конструкции, связанная с эксцентричным выполнением фигурного выступа на цапфе и ответного паза на бурте шарошки.

В соответствии с изложенным, технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной стойкости опоры за счет снижения износа вкладышей и упрощение ее конструкции.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу с кольцевой проточкой и с фигурной частью с лысками, шарошку, в полости которой выполнен кольцевой бурт с пазами, профиль которых соответствует профилю фигурной части цапфы, и установленные в каналах шарошки вставные стержневые вкладыши, образующие с фигурной частью цапфы замковый подшипник, согласно изобретению, кольцевая проточка цапфы выполнена с шириной, превышающей диаметр вставных стержневых вкладышей, при этом вкладыши смещены один относительно другого вдоль оси цапфы и установлены с возможностью взаимодействия с противоположными боковыми поверхностями кольцевой проточки цапфы.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что ширина кольцевой проточки цапфы связана с диаметром вставных стержневых вкладышей зависимостью:

L=n·d,

где: L - ширина кольцевой проточки;

n - количество вставных стержневых вкладышей;

d - диаметр вставных стержневых вкладышей.

Выполнение кольцевой проточки цапфы с шириной, кратно превышающей диаметр вставных стержневых вкладышей, и установка последних с возможностью взаимодействия только с одной боковой поверхностью кольцевой проточки, обеспечивает снижение износа вкладышей в процессе работы долота и тем самым повышает стойкость опоры в целом.

Параллельное расположение вкладышей упрощает технологию изготовления каналов под вкладыши в шарошке, а осевое смещение их одного относительно другого и установка их с возможностью контактирования только с противоположными стенками кольцевой проточки цапфы позволяет использовать вкладыши большего диаметра, что обеспечивает надежную фиксацию шарошки от осевого перемещения вдоль цапфы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в продольном разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1, шарошку 2 и вставные стержневые вкладыши 3. Цапфа 1 выполнена в средней части с кольцевой проточкой 4 и буртом 5 с лысками 6. Шарошка 2 выполнена с кольцевым буртом 7 с пазами 8 и совмещенными с ними каналами 9 под вкладыши 3, которые запираются твердосплавными вставками 10. Кольцевая проточка 4 цапфы 1 имеет ширину, больше диаметра стержневых вкладышей 3, причем оптимальная зависимость между ними определяется по формуле:

L=n·d,

где L - ширина кольцевой проточки;

n - количество вставных стержневых вкладышей;

d - диаметр вставных стержневых вкладышей.

Такая зависимость между шириной кольцевой проточки 4 и вставными стержневыми вкладышами обеспечивает достижение поставленной цели, а именно повышение стойкости стержневых вкладышей при минимальном увеличении ширины кольцевой проточки 4, а следовательно и при минимальном увеличении длины цапфы 1.

Стержневые вкладыши 3 установлены со смещением «е» вдоль продольной оси цапфы 1 и с возможностью взаимодействия только с одной боковой поверхностью 11 или 12 кольцевой проточки 4. Благодаря такому расположению возникает возможность использования стержневых вкладышей 3 большего диаметра, при этом они контактируют в процессе работы долота с цапфой 1 только одной стороной. Это значительно снижает износ стержней и тем самым повышает ресурс работы опоры в целом. Одновременно с этим предложенная схема установки вкладышей 3 и симметричная конфигурация бурта 5 цапфы 1 и пазов 8 шарошки 2 значительно упрощает конструкцию опоры, а следовательно и снижает стоимость ее изготовления.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале совмещают пазы 8 кольцевого бурта 7 шарошки 2 с фигурной частью (буртом) 5 цапфы 1 и устанавливают шарошку 2 в рабочем положении. Через каналы 9 вводят стержневые вкладыши 3, которые перекрывают пазы 8 и тем самым фиксируют шарошку 2 на цапфе 1 от осевого перемещения.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 2 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью, подаваемой через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в том числе вставными вкладышами 3.

При этом благодаря расположению вкладышей 3 в разных плоскостях появляется возможность использовать вкладыши большего диаметра, что значительно повышает их несущую способность, а кроме того, это исключает износ стержней с одной - двух сторон.

Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот. Позволяет повысить эксплуатационную стойкость опоры. Опора содержит цапфу с кольцевой проточкой и с фигурной частью с лысками, шарошку, в полости которой выполнен кольцевой бурт с пазами, профиль которых соответствует профилю фигурной части цапфы, и установленные в каналах шарошки вставные стержневые вкладыши, образующие с фигурной частью цапфы замковый подшипник. Кольцевая проточка цапфы выполнена с шириной, кратно превышающей диаметр вставных стержневых вкладышей, которые смещены один относительно другого вдоль оси цапфы и установлены с возможностью взаимодействия с противоположными боковыми поверхностями кольцевой проточки цапфы. 1.з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Опора шарошечного долота, содержащая цапфу с кольцевой проточкой и с фигурной частью с лысками, шарошку, в полости которой выполнен кольцевой бурт с пазами, профиль которых соответствует профилю фигурной части цапфы, и установленные в каналах шарошки вставные стержневые вкладыши, образующие с фигурной частью цапфы замковый подшипник, отличающаяся тем, что кольцевая проточка цапфы выполнена с шириной, превышающей диаметр вставных стержневых вкладышей, при этом вкладыши смещены один относительно другого вдоль оси цапфы и установлены с возможностью взаимодействия с противоположными боковыми поверхностями кольцевой проточки цапфы.2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что ширина кольцевой проточки цапфы связана с диаметром вставных стержневых вкладышей зависимостью

L=n·d,

где L - ширина кольцевой проточки;

n - количество вставных стержневых вкладышей;

d - диаметр вставных стержневых вкладышей.