ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых 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. Этот недостаток в первую очередь относится к долотам малого диаметра.

Известна также опора шарошечного долота, содержащая лапу с цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом (см. авт. св. СССР №1588857, кл. Е21В 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.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы (см. патент РФ №2291272, кл. Е21В 10/22, 2007 г.).

Основными недостатками прототипа являются сложность конструкции и трудоемкость монтажа и демонтажа замкового узла опоры. Это связано с выполнением замкового узла из нескольких составных элементов, что автоматически усложняет и технологию его монтажа и демонтажа. Все это снижает надежность работы замкового узла и продолжительность работы долота в целом.

В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощение конструкции.

Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы, согласно изобретению замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой, при этом кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка соединена с втулкой посредством левой резьбы.

По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы, согласно изобретению замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой, при этом кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота и осевого перемещения.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота посредством их шлицевого соединения;

- шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от осевого перемещения радиально расположенным штифтом.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 и 2 изображают общий вид опоры долота в продольном разрезе; фиг.3 - сечение А-А на фиг.1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1, выполненную за одно целое с лапой 10, и закрепленную на цапфе 1 посредством замкового узла шарошку 2. Цапфа 1 выполнена со ступенчатой наружной поверхностью с кольцевой проточкой 3, расположенной между кольцевым буртом 12 и базовым торцом 13 цапфы 1. В кольцевой проточке 3 размещен замковый узел, образованный цилиндрической втулкой 4, жестко соединенной с шарошкой 2 по одному варианту посредством левой резьбы 14 (фиг.2), выполненной на внутренней поверхности шарошки 2 и наружной поверхности втулки 4 (см. фиг.1). По другому варианту втулка 4 и шарошка 2 соединены посредством шлицев 8 и 9, предотвращающих их проворот, и штифтами 5, расположенными в совмещенных радиальных каналах шарошки 2 и втулки 4 (см. фиг.3). В обоих вариантах кольцевой бурт 12 выполнен съемным и жестко соединен с цапфой 1. Количество штифтов 5 выбирается в зависимости от типоразмера долота и передаваемой нагрузки. При этом выступы 8 и впадины 9 шлицевого соединения выполняются на наружной поверхности цилиндрической втулки 4 и на внутренней поверхности шарошки 2.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в кольцевой проточке 3 цапфы 1 устанавливают цилиндрическую втулку 4, которую запирают кольцевым буртом 12, который в свою очередь жестко соединяют с цапфой 1 посредством резьбы или любым другим известным способом. По первому варианту после этого шарошку 2 посредством левой резьбы соединяют с цилиндрической втулкой. Такое соединение шарошки 2 с втулкой 4 обеспечивает постоянное довинчивание левой резьбы в процессе работы долота. По второму варианту (фиг.2) также вначале устанавливают в кольцевой проточке 3 цапфы 1 цилиндрическую втулку 4, которую запирают кольцевым буртом 12, фиксируя его на цапфе 1 посредством резьбы или любым другим известным способом. После этого совмещают шлицы 8 и 9 втулки 4 и шарошки 2 и радиальные каналы под штифты 5 и тем самым фиксируют шарошку 2 от осевого перемещения. Для уплотнения опоры предусмотрено уплотнительное кольцо 11, размещенное между базовым торцом цапфы 13 и обратным конусом 6 шарошки 2 и имеющее диаметр, больше диаметра втулки 4 по шлицам 8, 9.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения по одному варианту осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в том числе цилиндрической втулкой 4, а тангенциальная нагрузка между шарошкой 2 и втулкой 4 шлицевым соединением 8, 9. Это позволяет разгрузить штифты 5 от передачи крутящего момента от шарошки 2 к втулке 4 и тем самым обеспечить использование штифтов 5 малого диаметра. Применение последних не ослабляет корпус шарошки 2, воспринимающий большие нагрузки, особенно при бурении по твердым и крепким породам. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде цилиндрической втулки 4, образующей плавающий подшипник, обеспечивается значительное упрощение конструкции, а также снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и тем самым увеличивается работоспособность как опоры, так и долота в целом. Использование уплотнительного элемента 11 с диаметром, большим наружного диаметра цилиндрической втулки 4, позволяет уменьшить вероятность попадания шлама в полость шарошки через шлицевое соединение 8, 9. Применение предложенной опоры позволяет исключить все операции по сверлению канала для установки замкового шарикового подшипника и сварочные работы по креплению замкового пальца. Это, 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, содержащих лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом. Замковый узел установлен в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы. Особенностью предложенной опоры по одному варианту является то, что замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой. Кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка соединена с втулкой посредством левой резьбы. По другому варианту особенностью опоры является то, что замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой. При этом кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота и осевого перемещения. Причем шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота посредством их шлицевого соединения, а от осевого перемещения радиально расположенными штифтами. Такое выполнение опоры позволяет значительно упростить конструкцию опоры, повысить надежность ее работы и повысить технико-экономические показатели долота в целом. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Опора шарошечного долота, содержащая лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы, отличающаяся тем, что замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой, при этом кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка соединена с втулкой посредством левой резьбы.

2. Опора шарошечного долота, содержащая лапу со ступенчатой цапфой и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, установленным в кольцевой проточке цапфы, расположенной между кольцевым буртом и базовым торцом цапфы, отличающаяся тем, что замковый узел образован цилиндрической втулкой, установленной в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенной с шарошкой, при этом кольцевой бурт выполнен съемным и жестко соединен с цапфой, а шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота и осевого перемещения.

3. Опора шарошечного долота по п.2, отличающаяся тем, что шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от проворота посредством их шлицевого соединения.

4. Опора шарошечного долота по п.2, отличающаяся тем, что шарошка жестко зафиксирована относительно втулки от осевого перемещения радиально расположенным штифтом.