БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО Российский патент 2014 года по МПК E21B10/08 E21B10/22 

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа.

Известно буровое шарошечное долото, содержащее корпус с цапфами, на которых смонтированы посредством подшипников шарошки с породоразрушающими элементами, расположенными на венцах шарошек, при этом длина беговых дорожек шарошек больше длины зоны их контакта с телами качения (авт.св. СССР №739210, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).

Недостатком данного долота является малая эффективность его работы при бурении по породам выше средней твердости из-за образования на забое «породной рейки». Это значительно снижает эффективность разрушения породы.

Кроме того, известно буровое шарошечное долото, содержащее корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками, и узел принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, выполненный в виде взаимодействующих между собой зубчатых венцов, расположенных на обращенных один к другому торцах цапфы и шарошки (см. патент РФ №2393224, кл. Е21В 10/22, 2010 г.).

К недостаткам данного долота можно отнести низкую эффективность, связанную с недостаточной надежностью работы узла принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы. Это связано со схемой размещения указанного узла у основания цапфы в непосредственной близости от подшипников качения, что снижает прочностные характеристики шарошки, которая именно в этой зоне подвергается наибольшим нагрузкам. Это в свою очередь связано с тем, что периферийная часть шарошки одновременно участвует как в калибровке стенок скважины, так и в разрушении забоя скважины, и именно это приводит к быстрому выходу из строя опоры, расположенной у основания цапфы.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, содержащее корпус с наклонной цапфой, выполненной с кольцевой проточкой в средней части, и установленную на цапфе посредством замковых пальцев и подшипников скольжения шарошку с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения цапфы (см. авт.св. СССР №1458543, кл. Е21В 10/08, 1989 г.).

В этом долоте благодаря использованию в качестве замкового элемента специальных пальцев, жестко соединенных с шарошкой, концевые элементы которых размещены в кольцевой проточке цапфы, значительно повышена надежность опоры шарошечного долота. Однако данное долото также не лишено недостатков. Основным из них является высокая энергоемкость разрушения породы из-за возможности образования забойной «породной рейки», резко снижающей как проходку, так и скорость бурения.

В связи с изложенным технической результатом изобретения является повышение эффективности работы долота, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым, разрушение которых связано с необходимостью приложения значительных осевых нагрузок и образованием «породной рейки».

Указанный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем корпус с наклонной цапфой, выполненной с кольцевой проточкой в средней части, и установленную на цапфе посредством замковых пальцев и подшипников скольжения шарошку с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения цапфы, согласно изобретению торцевая поверхность кольцевой проточки цапфы со стороны ее основания выполнена с радиальными пазами для взаимодействия с концевыми участками замковых пальцев, при этом длина дуги между замковыми пальцами соответствует длине дуги между радиальными пазами на торцевой поверхности кольцевой проточки цапфы, а глубина радиальных пазов не превышает радиуса концевых участков замковых пальцев.

Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что замковые пальцы выполнены ступенчатой формы, при этом ступени большего диаметра оснащены износостойкими вставками.

На фиг.1 изображен общий вид шарошечного долота в продольном разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - развертка по линии Б-Б на фиг.2, на фиг.4 - узел С на фиг.2 в увеличенном масштабе.

Шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонной цапфой 2, выполненной в средней части с кольцевой проточкой 6. На цапфе 2 посредством замковых пальцев 5, торцевых 4 и радиальных 7 подшипников скольжения установлена шарошка 3 с радиальными беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения 7 цапфы 2. Торцевая поверхность кольцевой проточки 6 со стороны основания цапфы 2 выполнена с радиальными пазами 8, количество которых соответствует количеству замковых пальцев 5. Радиальные пазы 8 в поперечном сечении имеют дугообразную форму, боковые стенки которых взаимодействуют в процессе вращения долота с концевыми участками 9 замковых пальцев 5, причем глубина h пазов 8 не должна превышать радиуса r концевых участков 9 замковых пальцев 5. Это обеспечивает эффективное перемещение шарошки 3 вдоль оси цапфы 2, не подвергая значительной деформации как сами замковые пальцы 9, так и радиальные пазы 8. В таком выполнении радиальные пазы 8 и концевые участки 9 замковых пальцев 5 по существу создают узел для принудительного осевого перемещения шарошки 3 вдоль оси цапфы 2. При этом длина дуги α между замковыми пальцами 5 должна соответствовать длине дуги между радиальными пазами 8 на торцевой поверхности проточки 6, что гарантирует синхронность работы замковых пальцев 5 и снижает передаваемую на них нагрузки. Число замковых пальцев 5, а также глубина h радиальных пазов 8 зависит от диаметра долота и физико-механических свойств разбуриваемых пород. Все замковые пальцы 5 выполнены ступенчатой формы, при этом ступени их большего диаметра оснащены износостойкими вставками 10. Причем шаг как между замковыми пальцами 5, так и между замковыми пальцами 5 и породоразрушающими элементами 11 должен быть одинаковым. Это, с одной стороны, обеспечит заданную схему поражения забоя, а с другой стороны, и равномерность передачи нагрузки на породоразрушающие элементы 11 и износостойкие вставки 10. Это, с одной стороны, повышает надежность работы замковых пальцев 5 благодаря равномерному распределению нагрузки между ними, а с другой стороны, повышает и эффективность работы вооружения за счет равномерной загрузке рабочих элементов вооружения долота.

Принцип работы шарошечного долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 3 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При бурении по породам средней твердости и выше на забое часто образуются «породные рейки», резко снижающие скорость бурения и проходку на долото. В предложенном долоте благодаря созданию узла для принудительного осевого перемещения шарошки 3 вдоль оси цапфы 2 породоразрушающие элементы долота эффективно разрушают «рейку» и тем самым повышают эффективность его работы. При этом благодаря использованию для фиксации шарошки 3 на цапфе 2 замковых пальцев 5 создаются благоприятные условия для увеличения общей площади радиальных подшипников скольжения 7, расположенных у основания цапфы 2, что благоприятно сказывается и на работоспособности как опоры, так и долота в целом.

Таким образом, применение предложенного долота позволяет повысить скорость бурения и проходку на долото благодаря снижению энергоемкости процесса разрушения породы.

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа. Шарошечное долото содержит корпус с наклонной цапфой, выполненной с кольцевой проточкой средней части, и установленную на цапфе посредством замковых пальцев и подшипников скольжения шарошку с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения цапфы. Для повышения эффективности работы долота, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым, путем разрушения образующейся на забое «породной рейки» торец кольцевой проточки со стороны основания цапфы выполнен с радиальными пазами для взаимодействия с концевыми участками замковых пальцев, причем длина дуги между замковыми пальцами выбрана равной длине дуги между радиальными пазами на торце проточки. При этом замковые пальцы выполнены ступенчатой формы, ступени большего диаметра которых оснащены износостойкими вставками. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Буровое шарошечное долото, содержащее корпус с наклонной цапфой, выполненной с кольцевой проточкой в средней части, и установленную на цапфе посредством замковых пальцев и подшипников скольжения шарошку с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения цапфы, отличающееся тем, что торцевая поверхность кольцевой проточки цапфы со стороны ее основания выполнена с радиальными пазами для взаимодействия с концевыми участками замковых пальцев, при этом длина дуги между замковыми пальцами соответствует длине дуги между радиальными пазами на торцевой поверхности кольцевой проточки цапфы, а глубина радиальных пазов не превышает радиуса концевых участков замковых пальцев.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что замковые пальцы выполнены ступенчатой формы, при этом ступени большего диаметра оснащены износостойкими вставками.