ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА "ДУМПАК" 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 подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник "Буровые долота". Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.30).

К недостаткам данного долота следует отнести значительное ослабление цапфы в зоне расположения замкового подшипника, связанное с использованием замкового пальца большого диаметра. Особо это сильно сказывается при использовании долот малого диаметра.

Наличие сварного шва на спинке лапы, которая соприкасается со стенками скважины, ведет к быстрому износу выходного торца пальца и к выходу из строя всей опоры. При наличии же герметизирующего элемента в опоре долота, устанавливаемого, как правило, у основания цапфы, при проведении сварочных работ наблюдаются случаи быстрого выхода их из строя из-за значительного влияния высокой температуры. Все это снижает эффективность работы долота в целом.

Наиболее близкой к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом (см. авт. св. СССР №1588857, кл. Е 21 В 10/22, 1990 г.).

В данном долоте, благодаря исключению канала под замковый палец, значительно повышается прочность цапфы, а также исключаются все негативные явления, связанные с креплением замкового пальца сваркой.

Недостатками его являются сложность конструкции и как следствие - малая надежность в работе, а также трудоемкость монтажа и демонтажа. Все это усугубляется наличием пружинного элемента, который в скважинных условиях быстро выйдет из строя и может стать причиной заклинивания шарошки на цапфе.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощения конструкции.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, согласно изобретению, цапфа выполнена с кольцевой проточкой, расположенной у основания цапфы, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой, при этом шарошка установлена на разъемном кольце посредством шлицевого соединения

Решению предложенной технической задачи способствует также и то, что:

- разъемное кольцо образовано из нескольких частей, каждая из которых имеет шлицевое соединение с шарошкой;

- части разъемного кольца выполнены в виде кольцевых сегментов, жестко соединенных между собой;

- она снабжена уплотнительным элементом, размещенным между лапой и обратным торцом шарошки, причем диаметр уплотнительного элемента больше наружного диаметра разъемного кольца.

Выполнение цапфы с кольцевой проточкой под замковый узел в виде разъемного кольца, жестко соединенного с шарошкой, позволяет увеличить опорную поверхность шарошки и соответственно уменьшить удельную нагрузку и тем самым значительно увеличить работоспособность как опоры, так и долота в целом. Этому же способствует выполнение разъемной втулки из нескольких частей, жестко соединенных между собой, образующих единый подшипник скольжения. При этом шарошка может соединяться с разъемной втулкой только одним штифтом, в то время как при использовании отдельных кольцевых сегментов количество штифтов определяется количеством сегментов. Расположение кольцевой проточки и разъемного кольца у основания цапфы совместно с уплотнительным элементом позволяет минимизировать радиальные зазоры в опоре и обеспечить ее надежную герметизацию, а ступенчатое выполнение разъемного кольца повышает прочность цапфы в наиболее опасном сечении, а именно у основания цапфы.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры долота; сечение Б-Б на фиг.1; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; фиг.3 - вариант выполнения соединения частей разъемного кольца.

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 10 с цапфой 1 с закрепленной на ней посредством замкового узла шарошкой 2. Цапфа 1 выполнена со ступенчатой наружной поверхностью с кольцевой проточкой 3, расположенной у основания цапфы 1. В кольцевой проточке 3 размещен замковый узел, выполненный в виде разъемного кольца, состоящего из нескольких частей в виде кольцевых сегментов 4. По меньшей мере один из кольцевых сегментов 4 жестко соединен с шарошкой 2 посредством стопорного элемента в виде штифта 5 и шлицевого соединения. При этом выступы 8 и впадины 9 шлицевого соединения могут выполняться как на наружной поверхности кольцевых сегментов 4, так и на внутренней поверхности шарошки 2. Предпочтительным является вариант выполнения каждого кольцевого сегмента 4 с одним шлицевым соединением, хотя в зависимости от типоразмера долота возможно использование и большего количества шлицевых соединений. Толщина кольцевых сегментов 4 выбирается таким образом, чтобы внутренний диаметр их был равен наружному диаметру кольцевой проточки 3 цапфы 1, а наружный - внутреннему диаметру шарошки 2. При этом суммарная длина внутренних дуг кольцевых сегментов 4 должна соответствовать примерно наружному диаметру цапфы 1 в зоне их контакта, а сумма их наружных дуг - внутреннему диаметру шарошки 2. Кольцевые сегменты 4 разъемного кольца могут соединяться то типу "шип-паз" (фиг.3), когда выступ (шип) 6 одного сегмента 4 входит в ответный паз 7 другого сегмента. Возможно жесткое соединение кольцевых сегментов 4 между собой посредством сварки, пайки или любым другим известным способом. В этом случае возможно использование одного стопорного элемента 5 большого диаметра. Для уплотнения опоры предусмотрено уплотнительное кольцо 11, размещенное между обратным торцом шарошки 2 и лапой 10. Уплотнительное кольцо 11 имеет диаметр больше наружного диаметра разъемного кольца.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в кольцевой проточке 3 цапфы 1 устанавливают кольцевые сегменты 4, после чего на них надевают шарошку 2 с уплотнительным кольцом 11 путем совмещения выступов 8 и пазов 9 шлицевого соединения. Затем фиксируют шарошку 2 от осевого перемещения относительно кольцевых сегментов 4 стопорными элементами 5. В случае необходимости кольцевые сегменты 4 предварительно жестко соединяют между собой, а образованное таким образом кольцо жестко фиксируют с шарошкой 2 одним штифтом 5 большого диаметра.

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 кольцевыми сегментами 4, а тангенциальная нагрузка между шарошкой 2 и кольцевыми сегментами 4 - шлицевым соединением 8, 9. Это позволяет разгрузить штифты 5 от передачи крутящего момента от шарошки 2 к кольцевым сегментам 4 и тем самым обеспечить использование штифтов 5 малого диаметра, применение которых не ослабляет корпус шарошки 2, воспринимающий большие нагрузки, особенно при бурении по твердым и крепким породам. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде кольцевых сегментов 4, образующих плавающий подшипник, обеспечивается значительное снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и тем самым увеличивается работоспособность как всей опоры, так и долота в целом. Использование уплотнительного элемента 11 с диаметром, большим наружного диаметра разъемного кольца 4, позволяет уменьшить вероятность попадания шлама в полость шарошки через шлицевое соединение 8, 9. Одновременно с этим исключаются все операции по сверлению канала для установки замкового шарикового подшипника и сварочные работы по креплению замкового пальца. Такое решение, в первую очередь, благоприятно скажется при создании и эксплуатации долот малого диаметра. Отсутствие сварочных работ также позволяет повысить надежность и работоспособность опоры благодаря сохранению твердости термообработанных поверхностей опоры. Особое значение это имеет для долот с герметизированной опорой, которые в последнее время находят все более широкое применение в практике буровых работ. Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот. Позволяет повысить надежность работы и повышает технико-экономические показатели долота в целом. Опора содержит лапу с цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом. Цапфа выполнена с кольцевой проточкой, расположенной у основания цапфы, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой. Разъемное кольцо и шарошка взаимодействуют посредством шлицевого соединения. Разъемное кольцо образовано из нескольких частей в виде кольцевых сегментов, каждая из которых соединена с шарошкой. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Опора шарошечного долота, содержащая лапу с цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, отличающаяся тем, что цапфа выполнена с кольцевой проточкой, расположенной у основания цапфы, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой, при этом шарошка установлена на разъемном кольце посредством шлицевого соединения.2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что разъемное кольцо образовано из нескольких частей, каждая из которых имеет шлицевое соединение с шарошкой.3. Опора шарошечного долота по п.1 или 2, отличающаяся тем, что части разъемного кольца выполнены в виде кольцевых сегментов, жестко соединенных между собой.4. Опора шарошечного долота по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена уплотнительным элементом, размещенным между обратным торцом шарошки и лапой, причем диаметр уплотнительного элемента больше наружного диаметра разъемного кольца.