КОМБИНИРОВАННОЕ БУРОВОЕ ДОЛОТО С МЕХАНИЧЕСКИМ КРЕПЛЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ШАРОШЕЧНОГО УЗЛА ДОЛОТА Российский патент 2019 года по МПК E21B10/14 E21B10/20 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Данная заявка на патент испрашивает преимущество и приоритет согласно предварительной заявке на патент США №62/002,787, поданной 23 мая 2014 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение.

В общем, изобретения раскрытые и описанные здесь, относятся к комбинированным (гибридным) буровым долотам, имеющим по меньшей мере одну закрепленную лопасть с режущими элементами и по меньшей мере один шарошечный узел долота, а, в частности, относятся к комбинированным буровым долотам с механически прикрепленным шарошечным узлом.

Описание известного уровня техники.

Роторные буровые долота, используемые для разведки и добычи нефти и газа, значительно эволюционировали после разработанного Говардом Хьюзом бурового долота с двойным конусом, который имел два вращающихся конусообразных режущих узла. На сегодняшний день существуют вращающиеся буровые долота с закрепленными или не вращающимися (режущими) лопастями с установленными на них поликристаллическими алмазными резцами (PDC). Существуют также комбинированные буровые долота, сочетающие в себе закрепленные на лопасти режущие элементы и вращающиеся режущие элементы. Большинство, но не все, из комбинированных буровых долот имеют модульную конструкцию, в которой вращающиеся или шарошечные режущие элементы представляют собой отдельными компоненты, соединенные с корпусом долота сваркой или другим способом крепления.

Изобретения раскрытые и описанные в данном документе, относятся к усовершенствованному модульному комбинированному буровому долоту, включающему по меньшей мере один шарошечный узел, механически закрепленный на корпусе бурового долота.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В кратком изложении одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, комбинированное буровое долото содержит: корпус, имеющий по меньшей мере одну (режущую) лопасть, каждая из которых содержит несколько породоразрушающих (далее - режущих) элементов; по меньшей мере один карман для шарошечного узла, выполненный в корпусе и содержащий первый механизм, реагирующий на крутящий момент, причем карман располагается между примыкающими лопастями; по меньшей мере один шарошечный узел, содержащий лапу, к которой присоединен, способный вращаться режущий элемент; лапа содержит второй механизм, реагирующий на крутящий момент, и способный функционально входить в зацепление с первым механизмом, реагирующим на крутящий момент и несколько отверстий для механических крепежных элементов; нескольких механических крепежных элементов, изготовленных из высокопрочного, с высоким сопротивлением на излом, стойкого к коррозии металлического сплава, способных надежно и съемно соединять шарошечные узлы к карманам; фиксирующее соединение, выполненное на части, по меньшей мере одного крепежного элемента и способное обеспечивать посадку с натягом между фиксирующим соединением и связанным с ним отверстием для крепежного элемента в лапе; несколько фиксирующих крышек, каждая из которых способна входить в зацепление с выступающей частью крепежного элемента и предотвращать относительный проворот между крепежным элементом и крышкой; и несколько наварных деталей/швов, зацепляющих, по меньшей мере, часть каждой фиксирующей крышки и способных предотвращать смещение крышки относительно крепежного элемента и предотвращать относительный проворот между крышкой и корпусом, причем каждая из наварных деталей расположена между смежными фиксирующими крышками, соединяя их.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для дополнительного разъяснения и иллюстрирования некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения включены следующие рисунки. Изобретение будет лучше понято со ссылкой на один или несколько рисунков в сочетании с подробным описанием представленных здесь конкретных вариантов осуществления изобретения.

На РИС. 1 представлен вид в разобранном состоянии одного из нескольких возможных вариантов выполнения модульного комбинированного бурового долота с шарошечным узлом, механически закрепленным на корпусе бурового долота.

На РИС. 2 представлено комбинированное буровое долото в собранном виде, изображенное на РИС. 1.

На РИС. 3 представлен один из нескольких возможных вариантов выполнения шарошечной лапы.

На РИС. 4 представлен один из нескольких возможных вариантов выполнения механической системы крепления и фиксирующей крышки.

На РИС. 5 представлено деформированное отверстие для крепежного элемента в шарошечной лапе.

Поскольку описанное изобретение подвержено различным модификациям и альтернативным вариантам осуществления, то только несколько конкретных вариантов его осуществления показаны в качестве примера на чертежах и подробно описаны ниже. Рисунки и подробные описания данных конкретных вариантов осуществления не предназначены для любого ограничения сущности и объема изобретения или прилагаемой формулы изобретения. Скорее всего, рисунки и подробное описание приводятся для иллюстрации идеи изобретения специалисту в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, чтобы дать ему возможность осуществить и использовать идею изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рисунки, указанные выше, и нижеследующее описание конкретных конструкций и функций не предназначены для ограничения объема изобретения или объема прилагаемой формулы изобретения. Скорее всего, рисунки и подробное описание приводятся для иллюстрации идеи изобретения специалисту в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, чтобы дать ему возможность осуществить изобретения, для которых запрашивается охрана патента. Специалистам в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, понятно, что не все признаки, аспекты и функции для промышленного внедрения изобретения описаны или показаны для ясности и понимания. Специалистам в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, также понятно, что разработка действующего промышленного устройства, включающего некоторые или все аспекты настоящего изобретения, потребует многочисленных конкретных решений для коммерческого воплощения, как конечной цели разработчика. Такие конкретные решения могут включать, не ограничиваясь, соблюдение требований, связанных с системой, бизнесом, государством и другими ограничениями, которые могут варьироваться от конкретной сферы использования, местоположения и время от времени. Хотя усилия разработчика могут быть затратны и требовать много времени в абсолютном смысле, такие усилия были бы, тем не менее, рутинным делом для специалистов в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, благодаря этому раскрытию настоящего изобретения. Необходимо понимать, что варианты осуществления изобретения, раскрытые и описанные здесь, восприимчивы к многочисленным и различным модификациям и альтернативным формам. Наконец, использование терминов в единственном числе не следует рассматривать как ограничение количества элементов. Кроме того, использование относительных терминов, например, не ограничиваясь, "сверху", "снизу", "влево", "вправо", "верхний", "нижний", "вниз", "вверх", "сторона", и тому подобное, используемых в описании для ясности с конкретной ссылкой на чертежи, не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения или прилагаемой формулы изобретения.

Предложено модульное комбинированное буровое долото, содержащее одно или несколько закрепленных режущих лопастей и по меньшей мере один шарошечный узел, который крепится к корпусу бурового долота механическими крепежными элементами. Шарошечный узел сопрягается с карманом в корпусе бурового долота и входит в зацепление с конструкциями, предотвращающими антиротационное вращение или смещение, например, соединением шип-паз. Кроме того, между шарошечным узлом и карманом или корпусом бурового долота могут ставиться регулировочные прокладки для регулировки выступа шарошечного узла в радиальном направлении и/или выступа шарошечного узла в осевом направлении.

В предпочтительном варианте осуществления, механические крепежные элементы представляют собой резьбовые шпильки, изготовленные из высокопрочного, с высоким сопротивлением на излом, стойкого к коррозии металлического сплава и простираются в радиальном направлении наружу от кармана или корпуса бурового долота, на котором размещается шарошечный узел. Стяжные гайки входят в зацепление с выступающей частью резьбовых шпилек и затягиваются, зажимая в кармане шарошечный узел. Одна или несколько шпилек имеет фиксирующий механизм, например, посадку с натягом, которая эластично или пластично деформирует отверстие крепежного элемента в шарошечномузле, фиксируя узел в осевом положении. Гайки привариваются по месту, предотвращая ослабление крепежных элементов. В альтернативном и предпочтительном варианте осуществления, фиксирующие крышки, способные входить в зацепление с местом посадки на гайке, размещаются над выступающими гайками и свариваются друг с другом и привариваются к корпусу бурового долота или, как вариант, к стопорной пластине, удерживаемой гайками, что исключает сварку с лапой или корпусом бурового долота, чтобы предотвратить ослабление крепежных элементов.

На РИС. 1 представлен один из вариантов осуществления комбинированного бурового долота 100, содержащего несколько закрепленных режущих лопастей 102 и по меньшей мере один шарошечный узел 104, съемно закрепленный на корпусе 106 бурового долота. Как показано на РИС. 1, закрепленные режущие лопасти 102 выполняются, не обязательно, в одно целое с корпусом 106 бурового долота. Шарошечный узел 104 представлен как отдельный узел, съемно и механически прикрепленный к части корпуса 106 бурового долота, предпочтительно между закрепленными режущими лопастями 102.

Каждая из закрепленных режущих лопастей 102 включает несколько режущих элементов 108, например, не ограничиваясь, режущих элементов, армированных поликристаллическими синтетическими алмазами (PDC), прикрепленных к ним в определенном месте и определенным способом. Шарошечный узел 104 включает корпус или лапу 110 со шпинделем 302 (РИС. 3) и коническую шарошку 112, к которой в определенном месте и определенным способом прикреплено несколько режущих элементов 114.

Шарошечная лапа 110 содержит несколько отверстий 116 для крепежных элементов, по существу, совпадающих с отверстиями 118 для крепежных элементов на корпусе бурового долота. Лапа 110 предпочтительно, но не обязательно, содержит стопорный элемент 120 или шип, входящий в зацепление с участком сопряжения 122 корпуса, например, вырез или карман для лапы в корпусе 106 бурового долота.

Как показано на РИС. 1, шарошечная лапа 110 механически крепится к корпусу 106 резьбовыми крепежными элементами 124. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, резьбовые крепежные элементы 124 представляют собой резьбовые шпильки, с участками резьбы на обоих концах. Шарошечная лапа 110 крепится к корпусу 106 бурового долота гайками 126, которые входят в зацепление с резьбовыми шпильками. В альтернативном варианте осуществления используются болты с резьбой, выполненные в одно целое с лапой. Предпочтительные крепежные элементы более подробно описаны со ссылкой на РИС. 4.

На РИС. 1 представлены дополнительные стопорные пластины 128. Как показано выше, стопорные пластины 128 входят в зацепление с углублением 130 под стопорную пластину в лапе 110. Стопорная пластина 128, показанная на РИС. 1 содержит три выступа 132, которые, как показано на РИС. 2, располагаются между гайками 126. Как уже обсуждалось со ссылкой на РИС. 3 предполагаются альтернативные конфигурации стопорной пластины.

Отверстия 116 для крепежного элемента в лапе и соответствующие отверстия в корпусе 118 буровой колонки предпочтительно центрируются вдоль радиальных линий относительно реального или воображаемого центра корпуса 106. В альтернативном варианте, отверстия 116, 118 для крепежных элементов центрируются вдоль нерадиальных хорд корпуса.

Следует принять во внимание, что, по меньшей мере, из-за различий в сопрягаемых размерах, вызванных производственными допусками в корпусе 106 бурового долота и шарошечной лапы 110, в комбинированном буровом долоте 100 могут использоваться проставки или регулировочные прокладки для точной посадки шарошечной лапы 110 / шарошечного конуса 112 относительно корпуса 106 бурового долота, и особенно относительно величины выступа режущего элемента. Например, как показано на РИС. 2, одна или несколько регулировочных прокладок 134 размещаются между верхней поверхностью шарошечной лапы 110 и соответствующей частью в корпусе 106 бурового долота. Следует понимать, что одна или несколько регулировочных прокладок 134 в этом месте сместит шарошечную лапу 110 в осевом направлении, что позволяет регулировать величину выступа шарошечных режущих элементов 114. Аналогичным образом, одна или несколько регулировочных прокладок 136, размещенных между шарошечной лапой 110 и корпусом 106 бурового долота, отведет лапу 110 от корпуса 106 в радиальном направлении. Благодаря такому способу регулировки предпочтительна ориентация отверстий 116, 118 для крепежного элемента вдоль радиальных линий.

Как уже обсуждалось более подробно со ссылкой на РИС. 3, осевая регулировка шарошечного узла 104 требует, чтобы отверстия 116 для крепежного элемента были продолговатыми, позволяя осуществлять осевую регулировку.

Как показано на РИС. 2 радиальные прокладки 136 удерживаются на месте механическими крепежными элементами 124, 126. Осевые прокладки 134, тем не менее, восприимчивы к их смещению или выбиванию с места между шарошечной лапой 110 и корпусом 106 бурового долота. Предполагается использование фиксирующих механизмов для нескольких различных регулировочных прокладок 134 для удержания осевых прокладок на месте. Например, на поверхности лапы 110 выполняется выемка для зацепления выступа на осевой прокладке 134, чтобы предотвратить выбивание осевой прокладки 134 из бурового долота 100.

Наконец, как показано на РИС. 1, данный конкретный вариант 100 использует фиксирующие крышки 138, предотвращающие ослабление затяжки гаек 126 крепежного элемента, что будет обсуждаться ниже.

На РИС. 2 представлено буровое долото 100, изображенное на РИС. 1, в собранном виде. Механические крепежные элементы 124, 126 затягиваются с определенным моментом, а фиксирующие крышки 138 устанавливаются на выступающие части крепежных элементов 116, например, на гайку или головку болта. Для предотвращения ослабления крепежных элементов 116 при использовании бурового долота 100, вдоль верхней части крышек и между смежными крышками накладывается первый ряд прихваточных швов (наварных деталей) 200, соединяя каждую прилегающую крышку. Кроме того, ряд прихваточных швов 202 может накладываться снизу, прикрепляя крышки 138, предпочтительно, к стопорным пластинам 128, например, к каждому выступу 132 пластины, или, в альтернативном варианте, к лапе 110. Следует принять во внимание, что хотя сварные швы 202 крепят крышки к буровому долоту 100 и предотвращают ослабления крепежного элемента 116, например, гаек 126, то сварные швы 200 удерживают крышки 138, в выровненном положении до наложения сварного шва 202.

Хотя в вариантах осуществления показаны восемь крепежных элементов, представленных на РИС. 1 и 2, следует понимать, что возможно использование другого числа крепежных элементов, в том числе по одному крепежному элементу на шарошечный узел. Следует принять во внимание, что число крепежных элементов может меняться от одного до нескольких в зависимости от конфигурации режущего элемента шарошечного узла и свойств его материала, свойств материала корпуса, свойств материала крепежного элемента(ов). В вариантах осуществления, представленных на РИС. 1 и 2, используются только четыре крепежных элемента, точнее говоря, по два крепежных элемента на каждой стороне в верхней и нижней части. Два средних крепежных элемента на каждой стороне считаются резервными крепежными элементами на случай выхода из строя одного или нескольких основных крепежных элементов. Следует принять во внимание, что увеличение интервала между основными крепежными элементами максимизирует антиротационные свойства шарошечного узла.

На РИС. 3 представлена шарошечная лапа 300, пригодная для использования в изобретениях, раскрытых в данном документе. Лапа 300 подобна лапе 110, представленной на РИС. 1, и на ней показан шпиндель 302 шарошечного узла не видимый на РИС. 1. Лапа 300 показана с выемкой 130, способной принимать стопорную пластину 128, как показано на РИС. 1. В альтернативном варианте, как показано на РИС. 3, лапа 300 может не иметь выемки для стопорной пластины и поверхность 304 остается по существу плоской. Для упрощения демонтажа лапы 300 или шарошечного узла 104 с корпуса 106 бурового долота после эксплуатации (например, для ремонта), лапа 300 показана со съемным приспособлением 306, которое может представлять собой отверстие с резьбой для инструмента, стягивающего лапу с корпуса 106. На РИС. 3 также показаны участки с твердосплавным покрытием 308, которые наносятся на лапу 300 шарошечного узла предпочтительно перед сборкой лапы 300 и до сопряжения шарошечного узла с корпусом 106 бурового долота.

На РИС. 3 также показано, что отверстия 116 для крепежного элемента могут представлять собой продолговатые отверстия, а не полностью круглые отверстия. Следует принять во внимание, что для осевой регулировки шарошечного узла 104, 300 отверстия 116 для крепежного элемента следует выполнять продолговатыми, чтобы обеспечить осевое смещение шарошечного узла 104 по отношению к корпусу 106. И наоборот, если отсутствует необходимость в осевой регулировке шарошечного узла 104, то отверстия 116 для крепежного элемента выполняются круглыми или по существу круглыми и способными осуществлять сопряжение с механическими крепежными элементами скользящей посадкой или посадкой с натягом, в соответствии с пониманием данных терминов в отрасли техники, к которой относится данное изобретение. Например, если требуемая величина осевого смещения или регулировки составляет около 0,070 дюйма, то продольная ось продолговатого отверстия должны превышать на 0,070 дюйма диаметр соответствующего круглого отверстия.

На РИС. 4 приведен пример одного из нескольких типов систем механических крепежа, которые могут быть использованы в настоящем изобретении. В настоящее время предпочтительная механическая система крепежа содержит шпильку 124 с участками 400 и 402 резьбы на каждом конце и гайку 126. В конкретном варианте осуществления, описанном здесь, данная крепежная шпилька 124 имеет номинальный диаметр 7/16 дюйма и общую длину около 2 дюймов. Как показано на РИС. 4, участок 400 с резьбой включает в себя серию крупной резьбы, например, 7/16 дюйма с 14 нитками. Участок 400 с резьбой на шпильке 124 способен осуществлять сопряжение с отверстиями 118 с соответствующей резьбой. Другой конец шпильки 124 может включать в себя серию тонкой резьбы, например 7/16 дюйма с 20 нитками. Одна из причин применения серии тонкой резьбы на одном конце шпильки 124 объясняется тем, что свойства материала корпуса 106 бурового долота, вероятно, будут хуже свойств материала данной предпочтительной механической системы крепежа. Использование тонкой резьбы 402 на дистальном конце шпильки, входящем в зацепление с гайкой 126, служит для уменьшения вероятности создания критической нагрузки и срывания серии крупной резьбы 400 в корпусе бурового долота.

Предпочтительным является изготовление механических крепежных элементов, например, резьбовых шпилек 124 и гаек 126, из стойкого к коррозии, высокопрочного металлического сплава с высоким сопротивлением на излом. В настоящее время, например, предпочтительным является изготовление механических крепежных элементов из никелевого термически упрочняемого сплава, например Inconel®, имеющего прочность на разрыв, по меньшей мере, 260000 фунтов на квадратный дюйм. Механические крепежные элементы данного типа можно приобрести у различных коммерческих структур, включая, не ограничиваясь, компанию Automotive Racing Products, Inc. Шпильки 124 и гайки 126, сделанные компанией ARP из своего материала Custom Age 625+^®, использовались для прототипов комбинированного бурового долота 100. Предпочтительно, но не обязательно, изготовление шпилек 124 и гаек 126 из того же материала.

В случае использования стопорной пластины 128 в конкретном варианте выполнения комбинированного бурового долота, материал для изготовления стопорной пластины и фиксирующих крышек 138 не обязательно должен соответствовать материалу для изготовления крепежных элементов. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, материал стопорной пластина 128 и фиксирующей крышки 138 может представлять собой обычный стальной сплав, например, AISI 8620 или другой металлический сплав, поддающийся сварке. Поскольку стопорная пластина 128 и фиксирующая крышка не являются несущими компонентами, то прочность и стойкость к коррозии не столь важны, как для механических крепежных элементов, которые несут значительные статические и динамические нагрузки.

Следует также иметь в виду, что усилие зажима механических крепежных элементов является вопросом проектирования, зависящим от типоразмера бурового долота 100, прогнозируемого внешнего воздействия и материалов, из которых изготовлено буровое долото 100. Для вариантов осуществления, показанных на рисунках, желательно использование восьми механических крепежных элементов с номинальной резьбой в 7/16 дюйма для каждого шарошечного узла 104, чтобы предварительно дать нагрузку на каждый крепежный элемент примерно в 21000 фунтов, или около 89% разрушающей нагрузки, дающей 0,02% смещения. Специалистам очевидно, что придание предварительной нагрузки крепежному элементу, как правило, осуществляется путем регулирования величины момента затяжки гайки 126. Тем не менее, как известно, соотношение между моментом затяжки и предварительной нагрузкой не обязательно линейно и зависит от целого ряда факторов, не последним из которых является трение между резьбами гайки 126 и шпильки 124. Например, было обнаружено, что расчетный момент затяжки гайки в 95 футо-фунтов дает 17500 фунтов предварительной нагрузки, в фактически было обнаружено, что для достижения той же предварительной нагрузки потребовался момент затяжки вплоть до 120 футо-фунтов. Такое расхождение между расчетным моментом затяжки и требуемым моментом было связано с трением между шпилькой и гайкой, изготовленных из того же высокопрочного, с высоким сопротивлением на излом материала.

Как показано на РИС. 1, шпилька 126 может и иметь головку 140 с внутренним шестигранником или другой тип головки под инструмент для установки и затяжки (например, дотягивания) шпильки в корпусе 106 бурового долота с отверстиями 118 с резьбой.

На РИС. 4 представлен участок осадки 404, длиной около 1/4 дюйма и диаметром на 0,017-0,019 дюйма больше, чем основное тело 406 крепежного элемента 124. Данный участок осадки 404 способен осуществить посадку с натягом в отверстия 116 для крепежного элемента в шарошечной лапе 110. Следует принять во внимание, что при установке на место соответствующих осевых регулировочных прокладок 134 и установке шарошечного узла на шпильки 124, затягивание гайки 126 приводит к механической деформации, пластичной или упругой, которая фиксирует лапу 104 шарошечного узла в осевом положении на корпусе 106 бурового долота. Если материал шпильки 124 прочнее (например, тверже), чем материал, из которого изготовлена лапа 110, то более мягкий материал будет деформироваться значительно больше, чем твердый участок осадки 404.

На РИС. 5. представлено изображение отверстия 116 крепежного элемента после пластической деформации 500, вызванной участком осадки 404 на шпильке 124. Деформация на одной стороне отверстия 116 обозначена буквой "d" на РИС. 5. Из данного изображения следует, что данная посадка с натягом и результирующая деформация фиксируют шарошечный узел 104 в осевом положении на корпусе 106 бурового долота.

Следует принять во внимание, что существуют альтернативные варианты осуществления данного участка осадки, которые представляются перспективными по отношению к вариантам осуществления, раскрытым в настоящем документе. Например, не ограничиваясь, можно использоваться один или несколько выступов в форме ромба вместо цилиндрического профиля участка осадки 404, показанного на РИС. 4. С другой стороны, зазубренные выступы вдоль части шпильки 124 можно использовать для фиксации шарошечного узла 104 в осевом положении.

Теперь, учитывая вышеприведенное раскрытие настоящего изобретения, будет понятно, что комбинированное буровое долото в соответствии с настоящим изобретением может быть собрано следующим образом. Если в качестве механических крепежных элементов используются шпильки, то они размещаются в отверстиях с резьбой в корпусе бурового долота и затягиваются требуемого уровня, например, с моментом 75 футо-фунтов. Следует принять во внимание, что соответствующий уровень момента затяжки зависит от материала крепежного элемента, материала корпуса бурового долота и усилия зажима, необходимого для достижения требуемого запаса устойчивости шарошечного узла.

Радиальные и осевые регулировочные прокладки, при необходимости, размещаются на корпусе бурового долота или шарошечном узле. Шарошечная лапа размещается в требуемом осевом и радиальном направлении в кармане корпуса бурового долота таким образом, что конструкции, предотвращающими антиротационное вращение, функционально входят в зацепление друг с другом. При использовании шпилек шарошечный узел скользит вниз по шпилькам. При использовании болтов они вставляются в отверстия для крепежного элемента и ввинчиваются в корпус бурового долота. При использовании стопорной пластины, она помещаются на шпильки, или устанавливается на место до завинчивания болтов.

При использовании гаек, они навинчиваются на шпильки и каждая гайка или болт затягиваются с моментом до требуемой предварительной нагрузки для каждого механического крепежного элемента. После затяжки крепежных элементов с соответствующим моментом, на выступающие части, например, гайку или головку болта, каждого крепежного элемента помещаются фиксирующие крышки. Сварка, например прихваточным швом, осуществляется между верхними поверхностями крышек. Шов предотвращает отвертывание крышек и тем самым ослабления гаек или головок болта при вращении. Кроме того, этот сварной шов предотвращает скашивание крышки при наложении бокового сварного шва на крышку. Для предотвращения отделения крышки от бурового долота, сварной шов, например прихваточный шов, накладывается между сторонами каждой крышки и между материалом, который контактирует с нижней стороной гайки или головки болта. Следует принять во внимание, что при использовании стопорной пластины, сделанной из того же материала, что и фиксирующая крышка, боковой сварной шов легко накладывается на эти участки. Если блокирующая пластина не используется, то боковой сварной шов все равно фиксирует крышки друг к другу и к шарошечной лапе.

При демонтаже механически прикрепленного шарошечного узла, например, для ремонта бурового долота, один или несколько сварных швов на фиксирующих крышках стачиваются и фиксирующие крышки снимаются. Крепежные элементы отвинчиваются и демонтируются. Для облегчения демонтажа шарошечного узла с корпуса бурового долота, инструмент вставляется в одно или несколько отверстий с резьбой в шарошечном узле и стаскивает шарошечный узел с места посадки с натягом, вызванное участком осадки механической крепежного элемента.

Другие и дополнительные варианты осуществления, с использующие один или несколько аспектов изобретения, описанных выше, могут быть осуществлены без отступления от сущности изобретения. Кроме того, различные способы и варианты способов изготовления и сборки системы, а также технические условия места расположения могут комбинироваться, создавая вариации описанных способов и вариантов осуществления. Обсуждение отдельных элементов подразумевает использование нескольких элементов и наоборот.

Выполнение этапов может происходить с различной последовательностью, если не оговорено особо. Различные этапы, описанные здесь, объединяются с другими этапами, вписанными между строк указанных этапов и/или разделяться на несколько этапов. Точно так же элементы, описанные функционально, могут быть выполнены в виде отдельных компонентов или могут быть объединены в компоненты с несколькими функциями.

Изобретения были описаны в контексте предпочтительных и других вариантов осуществления, поэтому описан не каждый вариант осуществления настоящего изобретения. Модификации и изменения в описанных вариантах очевидны для специалистов в отрасли техники, к которой относится данное изобретение. Раскрытые и не раскрытые варианты осуществления не предназначены для ограничения объема или сферы применения изобретения, предложенного Заявителями, а скорее, в соответствии с патентным законодательством, Заявители намерены полностью защитить все такие модификации и усовершенствования, которые входят в объем или эквиваленты следующей формулы изобретения.

Группа изобретений относится к комбинированным буровым долотам и к способу их изготовления. Технический результат заключается в повышении надежности долота путем исключения сварки с лапой или корпусом долота для предотвращения ослабления крепежных элементов. Комбинированное буровое долото содержит: корпус с несколькими лопастями, каждая из которых содержит несколько породоразрушающих элементов; по меньшей мере один карман для шарошечного узла, расположенный между примыкающими лопастями в корпусе и содержащий первый механизм, реагирующий на крутящий момент; по меньшей мере один шарошечный узел, содержащий лапу, к которой присоединен способный вращаться режущий элемент и которая содержит второй механизм, реагирующий на крутящий момент и способный функционально входить в зацепление с первым механизмом, реагирующим на крутящий момент; и несколько отверстий для механических крепежных элементов. Долото также содержит: несколько механических крепежных элементов, выполненных для надежного и съемного присоединения по меньшей мере одного шарошечного узла к карману; фиксирующее соединение, выполненное на части по меньшей мере одного крепежного элемента и способное обеспечивать посадку с натягом между фиксирующим соединением и связанным с ним отверстием для крепежного элемента в лапе; несколько фиксирующих крышек, каждая из которых способна входить в зацепление с выступающей частью соответствующего крепежного элемента для предотвращения относительного поворота между крепежным элементом и крышкой; и несколько наварных деталей, зацепляющих по меньшей мере часть каждой фиксирующей крышки и способных предотвращать смещение каждой фиксирующей крышки относительно соответствующего крепежного элемента и предотвращать относительный поворот между каждой крышкой и корпусом. Каждая из наварных деталей расположена между смежными фиксирующими крышками, соединяя их. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комбинированное буровое долото, содержащее:

корпус с несколькими лопастями, каждая из которых содержит несколько породоразрушающих элементов;

по меньшей мере один карман для шарошечного узла, выполненный в корпусе и содержащий первый механизм, реагирующий на крутящий момент;

причем карман располагается между примыкающими лопастями;

по меньшей мере один шарошечный узел, содержащий лапу, к которой присоединен способный вращаться режущий элемент и которая содержит второй механизм, реагирующий на крутящий момент и способный функционально входить в зацепление с первым механизмом, реагирующим на крутящий момент; и несколько отверстий для механических крепежных элементов;

несколько механических крепежных элементов, выполненных для надежного и съемного присоединения по меньшей мере одного шарошечного узла к карману;

фиксирующее соединение, выполненное на части по меньшей мере одного крепежного элемента и способное обеспечивать посадку с натягом между фиксирующим соединением и связанным с ним отверстием для крепежного элемента в лапе;

несколько фиксирующих крышек, каждая из которых способна входить в зацепление с выступающей частью соответствующего крепежного элемента для предотвращения относительного поворота между крепежным элементом и крышкой; и

несколько наварных деталей, зацепляющих по меньшей мере часть каждой фиксирующей крышки и способных предотвращать смещение каждой фиксирующей крышки относительно соответствующего крепежного элемента и предотвращать относительный поворот между каждой крышкой и корпусом, причем каждая из наварных деталей расположена между смежными фиксирующими крышками, соединяя их.

2. Комбинированное буровое долото по п. 1, в котором первый и второй механизмы, реагирующие на крутящий момент, имеют конфигурацию шип-паз.

3. Комбинированное буровое долото по п. 1, в котором отверстия для крепежных элементов по существу круглые и пригодны для посадки части механического крепежного элемента.

4. Комбинированное буровое долото по п. 1, в котором часть по меньшей мере одного механического крепежного элемента способна садиться с натягом в отверстие для крепежного элемента.

5. Комбинированное буровое долото по п. 4, в котором посадка с натягом вызывает деформацию в отверстии для крепежного элемента.

6. Комбинированное буровое долото по п. 5, в котором деформация в отверстии для крепежного элемента фиксирует лапу вдоль оси.

7. Способ изготовления комбинированного бурового долота, включающий: формирование по меньшей мере одного кармана для шарошечного узла в корпусе комбинированного бурового долота, содержащего первый механизм, реагирующий на крутящий момент;

обеспечение по меньшей мере одного шарошечного узла, содержащего лапу, к которой присоединен способный вращаться режущий элемент;

обеспечение второго механизма, реагирующего на крутящий момент, на шарошечном узле, способного функционально входить в зацепление с первым механизмом, реагирующим на крутящий момент, для сопротивления относительному смещению между шарошечным узлом и корпусом бурового долота;

формирование нескольких отверстий для механических крепежных элементов в шарошечном узле;

формирование нескольких механических крепежных элементов, устанавливаемых в корпусе бурового долота соответственно нескольким отверстиям для механических крепежных элементов;

обеспечение нескольких механических крепежных элементов, изготовленных из высокопрочного, с высоким сопротивлением на излом, стойкого к коррозии металлического сплава, способных надежно и съемно присоединять шарошечные узлы к карманам;

обеспечение фиксирующего соединения на части по меньшей мере одного крепежного элемента, способного обеспечивать посадку с натягом между фиксирующим соединением и связанным с ним отверстием для крепежного элемента;

затяжку крепежных элементов на шарошечном узле для крепления шарошечного узла к корпусу бурового долота; размещение фиксирующей крышки на выступающей части каждого крепежного элемента для предотвращения относительного поворота между крепежным элементом и крышкой; и

осуществление сварки, на по меньшей мере, части каждой фиксирующей крышки для предотвращения смещения каждой фиксирующей крышки относительно соответствующего крепежного элемента и предотвращения относительного поворота между каждой фиксирующей крышкой и корпусом, и соединение смежных фиксирующих крышек посредством наварной детали.

8. Способ по п. 7, в котором первый и второй механизмы, реагирующие на крутящий момент, имеют конфигурацию шип-паз.

9. Способ по п. 7, в котором отверстия для крепежных элементов по существу круглые и пригодны для посадки части механического крепежного элемента.

10. Способ по п. 7, в котором часть по меньшей мере одного механического крепежного элемента способна садиться с натягом в отверстие для крепежного элемента.

11. Способ по п. 10, в котором посадка с натягом вызывает деформацию отверстия для крепежного элемента.

12. Способ по п. 11, в котором деформация в отверстии для крепежного элемента фиксирует лапу вдоль оси.

13. Способ по п. 10, в котором деформация представляет собой эластичную деформацию.

14. Способ по п. 10, в котором деформация представляет собой пластическую деформацию.

15. Способ по п. 11, в котором деформация в отверстии для крепежного элемента фиксирует лапу вдоль оси.

16. Комбинированное буровое долото, содержащее:

карман для шарошечного узла, выполненный в корпусе комбинированного бурового долота;

по меньшей мере один шарошечный узел, содержащий лапу, к которой присоединен способный вращаться режущий элемент;

лапу, содержащую несколько отверстий для механических крепежных элементов;

несколько механических крепежных элементов, выполненных для надежного и съемного присоединения по меньшей мере одного шарошечного узла к карману;

несколько фиксирующих крышек, каждая из которых способна входить в зацепление с выступающей частью соответствующего крепежного элемента и предотвращать относительный поворот между крепежным элементом и шарошечным узлом; и

несколько наварных деталей, зацепляющих по меньшей мере часть каждой фиксирующей крышки и способных предотвращать смещение каждой фиксирующей крышки относительно соответствующего крепежного элемента и предотвращать относительный поворот между каждой фиксирующей крышкой и корпусом, причем каждая из наварных деталей расположена между смежными фиксирующими крышками, соединяя их.

17. Комбинированное буровое долото по п. 16, дополнительно содержащее механизм, реагирующий на крутящий момент, расположенный между шарошечным узлом и корпусом бурового долота.

18. Комбинированное буровое долото по п. 17, в котором механизм, реагирующий на крутящий момент, имеет конфигурацию шип-паз.

19. Комбинированное буровое долото по п. 16, в котором часть по меньшей мере одного механического крепежного элемента способна садиться с натягом в отверстие для крепежного элемента.

20. Комбинированное буровое долото по п. 19, в котором посадка с натягом фиксирует лапу вдоль оси.

21. Комбинированное буровое долото по п. 1, дополнительно содержащее по меньшей мере одну прокладку между по меньшей мере одним шарошечным узлом и карманом для изменения величины выступа режущего элемента в осевом направлении.

22. Комбинированное буровое долото по п. 1, дополнительно содержащее по меньшей мере одну прокладку между по меньшей мере одним шарошечным узлом и карманом для изменения величины выступа режущего элемента в радиальном направлении.

23. Способ по п. 7, в котором регулируют положение по меньшей мере одного шарошечного узла в кармане посредством размещения одной или более прокладок между по меньшей мере одним шарошечным узлом и карманом.

24. Комбинированное буровое долото по п. 16, дополнительно содержащее одну или более прокладок между по меньшей мере одним шарошечным узлом и карманом, выполненных с возможностью обеспечения заданной величины выступа по меньшей мере одного шарошечного узла в осевом и/или радиальном направлении.