ОПОРА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2012 года по МПК E21B10/25 

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной маслонаполненной опорой.

Известна опора бурового долота, содержащая цапфу и закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку, армированную породоразрушающими зубками (см. Шарошечные долота. Международная инженерная энциклопедия, М., 2000 г., с.11-13).

К недостаткам такого долота следует отнести быстрый выход из строя его опоры, что связано с возможностью попадания шлама в полость шарошки. Особенно это сильно сказывается при бурении по абразивным породам.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного инструмента, содержащая установленную на цапфе лапы шарошку и размещенный в кольцевом пазу между лапой и шарошкой узел уплотнения, включающий эластичную манжету с U-образным сечением, в полости которой расположено горообразное кольцо (см. патент РФ №2389860, кл. Е21В 10/25, 2010 г.).

К недостаткам прототипа следует отнести малый срок службы используемого уплотнительного элемента и, как следствие этого, сравнительно быстрый выход из строя опоры и бурового шарошечного долота в целом в связи с отсутствием возможности сохранения натяга уплотнительного кольца при износе опорных поверхностей шарошечного долота.

В связи с этим техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры породоразрушающего инструмента.

Для достижения указанного технического результата в опоре бурового шарошечного инструмента, содержащей установленную на цапфе лапы шарошку и размещенный в кольцевом пазу между лапой и шарошкой узел уплотнения, включающий эластичную манжету с U-образным сечением, в полости которой расположено горообразное кольцо, согласно изобретению узел уплотнения снабжен разрезным кольцом из пружинной стали с желобообразным поперечным сечением, размещенным с натягом между основанием манжеты и горообразным кольцом, при этом, по меньшей мере, одна боковая стенка кольцевого паза расположена под острым углом к оси цапфы, причем она наклонена в сторону противоположной стенки паза.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- концевые участки пружинного кольца выполнены в виде гребенки, выступы одного конца которого входят во впадины другого конца, при этом в исходном положении выступы гребней одного торца кольца установлены с зазором относительно дна пазов другого торца;

- наружная поверхность, по меньшей мере, одной боковой стенки U-образной манжеты выполнена с выступами, армированными износостойким покрытием;

- боковая поверхность с выступами обращена в сторону шарошки долота.

На фиг.1 показан фрагмент опоры бурового долота с уплотнительным элементом в разрезе; на фиг.2 - концевое соединение разрезного кольца.

Опора шарошечного породоразрушающего инструмента, преимущественно бурового шарошечного долота, включает лапу 1, шарошку 2, установленную на цапфе 3 посредством подшипников, и узел уплотнения. Узел уплотнения размещен в кольцевом пазу 6 шарошки 2 у основания цапфы 3 и включает эластичную манжету 4 с U-образным сечением и установленное в полости манжеты 4 горообразное кольцо 5. Между основанием 7 манжеты 4 и горообразным кольцом 5 размещено с натягом разрезное кольцо 8 из пружинной стали с желобообразным поперечным сечением. Концевые участки пружинного кольца 8 выполнены в виде гребенки, выступы 11 одного конца которого входят во впадины 12 другого конца, при этом в исходном положении выступы 11 гребней одного торца кольца установлены с зазором 13 относительно дна пазов другого торца. При этом, по меньшей мере, одна боковая стенка 9 кольцевого паза 6 расположена под острым углом - α к оси цапфы 3, причем она наклонена в сторону противоположной стенки паза. По меньшей мере, одна боковая стенка 9 U-образной манжеты 4, обращенная к шарошке 2, выполнена с выступами 10, армированными износостойким покрытием.

Принцип работы предложенной опоры заключается в следующем. В процессе работы узел уплотнения постоянно подвергается пульсирующим сжимающим и разжимающим нагрузкам, способствующим уменьшению его эластичности и нарушению герметичности опоры. Кроме того, этому способствует также и то, что опорные поверхности шарошки 2 и цапфы 3 подвергаются постоянному износу. В результате этого происходит увеличение зазора между шарошкой 2 и цапфой 3, а следовательно, и увеличение сжимающих и разжимающих нагрузок, действующих на узел уплотнения и способствующих его износу. Для компенсации износа опорных поверхностей шарошки 2, цапфы 3 и узла уплотнения в предложенной опоре предлагается использовать дополнительный элемент в виде разрезного пружинного кольца 8 с желобообразным поперечным сечением. Боковые стенки желобообразного кольца 8 плотно прилегают к внутренним поверхностям боковых стенок 9 манжеты 4 и прижимают их к боковым стенкам кольцевого паза 6, обеспечивая надежную герметизацию полости шарошки 2 от попадания шлама. Одновременно с этим желобообразное кольцо 8 обеспечивает и защиту манжеты 4 от износа абразивным шламом в процессе бурения. Выполнение, по меньшей мере, одной стенки паза 6 под острым углом к оси цапфы 3 дополнительно увеличивает усилие прижатия манжеты 4 к стенкам паза 6 и тем самым способствует повышению надежности герметизации узла уплотнения. Выполнение боковой стеки 9 манжеты 4 с армированными выступами, с одной стороны, повышает износостойкость манжеты 4, а с другой стороны, увеличивает ее гибкость, позволяя следовать за изменением положения шарошки 2.

Применение данного устройства повышает надежность работы опор шарошечных буровых инструментов.

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в различных типах породоразрушающего инструмента с герметизированной маслонаполненной опорой - в буровых долотах, расширителях и калибраторах. Опора шарошечного бурового долота включает установленную на цапфе лапы шарошку и размещенный в кольцевом пазу между лапой и шарошкой узел уплотнения, включающий эластичное кольцо с U-образным сечением, в полости которого расположено дополнительное горообразное кольцо. С целью повышения эффективности работы всего долота, по меньшей мере, одна боковая стенки кольцевого паза расположена под острым углом к оси цапфы, при этом между основным и дополнительным кольцами размещено с натягом разрезное кольцо из пружинной стали с желобообразным поперечным сечением, концевые участки которого выполнены в виде гребенки, выступы одного конца которого входят во впадины другого конца, при этом в исходном положении выступы гребней одного торца кольца установлены с зазором относительно дна пазов другого торца. Предусмотрен вариант выполнения, по меньшей мере, одной боковой стенки U-образной манжеты, обращенной к шарошке, с выступами, армированными износостойким покрытием. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Опора бурового шарошечного инструмента, содержащая установленную на цапфе лапы шарошку и размещенный в кольцевом пазу между лапой и шарошкой узел уплотнения, включающий эластичную манжету с U-образным сечением, в полости которой расположено торообразное кольцо, отличающаяся тем, что узел уплотнения снабжен разрезным кольцом из пружинной стали с желобообразным поперечным сечением, размещенным с натягом между основанием манжеты и торообразным кольцом, при этом, по меньшей мере, одна боковая стенка кольцевого паза расположена под острым углом к оси цапфы, причем она наклонена в сторону противоположной стенки паза.

2. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что концевые участки пружинного кольца выполнены в виде гребенки, выступы одного конца которого входят во впадины другого конца, при этом в исходном положении выступы гребней одного торца кольца установлены с зазором относительно дна пазов другого торца.

3. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что наружная поверхность, по меньшей мере, одной боковой стенки U-образной манжеты выполнена с выступами, армированными износостойким покрытием.

4. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что боковая поверхность с выступами обращена в сторону шарошки долота.