ДОЛОТО С КОНИЧЕСКИМИ ШАРОШКАМИ, ИМЕЮЩЕЕ САЛЬНИК ДЛЯ ПОЛНОЙ ФИКСАЦИИ УПЛОТНЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК E21B10/25 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники изобретения

[1] Настоящее изобретение, в общем, относится к долоту с коническими шарошками, имеющему сальник для полной фиксации уплотнения.

Описание известной техники

[2] В US 4,429,854 раскрыто уплотнение вала в виде упругого кольца круглого сечения для применения в вращающемся долоте для горной породы, в котором степень сжатия, передаваемого на уплотнительное кольцо круглого сечения увеличивается одним или несколькими дискретными шагами, проходящими, когда условия бурения или повреждение подшипника обуславливает повышение температуры, действующей на уплотнение. Сжатие увеличивается дискретными шагами посредством связанных с температурой изменений формы в одном или нескольких нитиноловых, или т.п., подпорных кольцах, установленных смежно с уплотнением в виде кольца, размещенного в уплотнительном сальнике. Уплотнительный сальник, образован между цапфой долота для горной породы и шарошкой, установленной свободно вращающейся на цапфе.

[3] В US 6,279,671 раскрыто начальное сжатие в уплотнительный сальнике в шарошечном буровом долоте кольца круглого сечения между цапфой и центральной частью сальник который имеет сечение параллельное цапфе. Данные две концентрических поверхности обеспечивают минимальное значение контактного давления для данного значения сжатия в сравнении с другими конфигурациями. Фаски соединяют центральный участок с боковыми стенками сальника, так чтобы, когда уплотнение изношено при эксплуатации, оно должно наезжать на фаски, с дополнительным сжатием уплотнения. Данное обеспечивает уплотнению работу в стандартном режиме в первой части его эксплуатационного ресурса и автоматическое переключение в более сжатую конфигурацию по мере износа уплотнения

[4] В US 6,769,500 раскрыто уплотнение долота для твердых пород, в котором оптимизирована форма упорного выступа фиксатора (который ограничивает осевое перемещение уплотнения в ответ на перепады давления) по отношению к форме уплотнения, деформированного по месту при установке, для получения напряжения предварительной нагрузки, которое везде не равно нулю. Предпочтительно соотношение максимального и минимального напряжения в условиях при установке сохраняется небольшим, например, меньше 2:1.

[5] В US 7,461,708 раскрыто буровое долото и узел уплотнения для него, включающий в себя уплотнительный сальник, эластомерную уплотнительную прокладку, установленную в уплотнительном сальнике и имеющую поверхность динамического уплотнения, а также поверхность статического уплотнения, и по меньшей мере один вспомогательный эластомерный кольцевой уплотнительный элемент, установленный между поверхностью статического уплотнения уплотнительной прокладки и уплотнительным сальником. Вспомогательный кольцевой уплотнительный элемент служит для предотвращения перемещение уплотнительной прокладки относительно поверхностей уплотнительного сальника и обеспечения уплотнительным прокладкам различных сечений и форм приспособления к сальникам обычных размеров и формы и функционирования с ними. Вспомогательный кольцевой уплотнительный элемент выполнен с размерами, конфигурацией и свойствами материала для сообщения подходящего сжатия уплотнительной прокладки для обеспечения требуемого контактного давления и опорной поверхности. Выбор подходящего вспомогательного уплотнительного элемента может обеспечивать применение уплотнений с одинаковыми размерами в уплотнительных сальниках отличающихся размеров.

[6] В US 7,721,827 раскрыто буровое, долото включающее в себя головную часть долота и вращающуюся шарошку долота. Уплотнительная система для бурового долота включает в себя уплотнительный сальник и уплотнение, удерживаемое в уплотнительном сальнике. Уплотнительный сальник образован радиальной поверхностью шарошки, уплотнительной поверхностью головной части и противоположной уплотнительной поверхностью шарошки. По меньшей мере одна из уплотнительной поверхности головной части и противоположной уплотнительной поверхности шарошки не является цилиндрической (т.e., поверхность является конической и не параллельной оси вращения шарошки). Дополнительно, радиальная поверхность шарошки может быть конической (т.e., поверхностью, не перпендикулярной оси вращения шарошки). Уплотнение радиально сжато между уплотнительной поверхностью головной части и противоположной уплотнительной поверхностью шарошки. Применение одной или нескольких конических поверхностей в сальнике обеспечено для смещения сжатого уплотнение в предпочтительную зону динамического уплотнения.

[7] В US 8,448,723 раскрыто буровое долото, включающее в себя плавающий вкладыш цапфы, уплотнение, режущий элемент с сальником для уплотнения и несущую поверхность режущего элемента вблизи подшипника цапфы, при этом несущая поверхность режущего элемента имеет первый внутренний диаметр, и цапфу, при этом режущий элемент соединен с возможностью вращения вокруг цапфы, при этом подшипник цапфы соединен с возможностью вращения вокруг цапфы, при этом цапфа имеет утолщение для уплотнения с первым диаметром, и поверхность подшипника цапфы со вторым диаметром, и при этом первый диаметр меньше первого внутреннего диаметра.

[8] В US 8,689,907 раскрыто текстурирование поверхности, применяемое для модификации рельефа одной или несколько поверхностей (радиальных или цилиндрических) уплотнительной системы для шарошечного долота для твердых пород. Текстурирование поверхности дает регулярную или повторяющуюся поверхность, снабженную ребристым рисунком, который удерживает дополнительную смазку, помогающую уменьшать трение в граничном режиме и режиме смешанной смазки.

[9] В US 8,783,385 раскрывает бурильный инструмент включающий в себя корпус долота, по меньшей мере одну подшипниковую ось, проходящую от корпуса долота, и шарошку, закрепленную для вращения на подшипниковой оси. Между подшипниковой осью и шарошкой в уплотнительном сальнике установлено механическое уплотнение. Механическое уплотнение включает в себя жесткое уплотнительное кольцо с поверхностью динамического уплотнения с шарошкой и другую, не уплотняющуюся поверхность, открытую к отверстию в уплотнительном сальнике. Механическое уплотнение дополнительно включает в себя по меньшей мере один охлаждающий канал, выполненный в другой не уплотняющейся поверхности жесткого уплотнительного кольца, причем охлаждающий канал имеет открытый конец в сообщении текучей средой с отверстием в уплотнительном сальнике.

[10] В US 9,376,866 раскрыто гибридное шарошечное долото вращательного бурения, включающее в себя множество лап. Подшипниковая ось проходит от каждой лапы, и вращающаяся шарошка вращательно соединена c каждой подшипниковой осью. По меньшей мере одна вращающаяся шарошка включает себя привершинный ряд вооружения, внутренний ряд вооружения и калибрующий ряд вооружения. Привершинный ряд и внутренний ряд вооружения выполнены в виде фрезерованных зубцов. Калибрующий ряд вооружения выполнен из режущих вставных зубков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[11] Настоящее изобретение в общем относится к долоту с коническими шарошками, имеющему сальник для полной фиксации уплотнения. В одном варианте осуществления долото для применения в скважине включает в себя: лапу, имеющую средний затылок и нижнюю подшипниковую ось; коническую шарошку, установленную свободно вращающейся на подшипниковой оси; ряд калибрующих режущих элементов, ряд внутренних режущих элементов и привершинный режущий элемент, причем каждый режущий элемент смонтирован или выполнен на конической шарошке; и сальник, выполненный во внутренней поверхности конической шарошки. Сальник имеет: стенку; наружную поверхность; скругление, соединенное с наружной поверхностью; угол, соединяющий стенку и наружную поверхность; и эластомерное кольцо круглого сечения, захваченное в сальнике и сжатое между наружной поверхностью и подшипниковой осью. Радиус скругления больше половины диаметра сечения кольца круглого сечения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[12] Чтобы можно было более детально понять описанные выше в кратком изложении признаки настоящего изобретения, ниже приведено более конкретное описание изобретения со ссылками на варианты осуществления, некоторые из которых показаны на прилагаемых чертежах. Здесь следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только обычные варианты осуществления данного изобретения и не должны рассматриваться ограничивающими его объем, поскольку изобретение допускает другие равно эффективные варианты осуществления.

[13] На фиг. 1 показана часть шарошечного бурового долота с сальником для полной фиксации уплотнения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

[14] На фиг. 2A показан с увеличением фрагмент фиг. 1 и уплотнение в сжатом состоянии. На фиг. 2B показано уплотнение в свободном состоянии. На фиг. 2C показан сальник.

[15] На фиг. 3A и 3B показано фрезерное шарошечное долото согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3C показано альтернативное фрезерное шарошечное долото согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[16] На фиг. 1 показана часть шарошечного бурового долота 1 с сальником 12 для полной фиксации уплотнения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Буровое долото 1 может включать в себя корпус 2 и коническую шарошку 3. Хотя показана только одна коническая шарошка 3, буровое долото 1 может дополнительно включать в себя множество, такое как три конических шарошки, и вторая и третья конические шарошки могут быть одинаковыми с показанной первой конической шарошкой 3. Корпус 2 может иметь верхнее соединение (не показано) и нижнюю лапу 4 для каждой конической шарошки 3, а также проходное отверстие 5, образованное между лапами. Корпус 2 и конические шарошки 3 могут быть выполнены из металла или сплава, такого как сталь. Корпус 2 может быть выполнен посредством скрепления вместе трех поковок, например, сваркой. Лапы 4 могут быть разнесены на равные углы по окружности корпуса, например, в сто двадцать градусов. Верхнее соединение может являться резьбовым ниппелем для соединения с другим элементом компоновки низа бурильной колонны для бурения скважины. Сквозной канал (не показано) может быть выполнен в соединении и проходить к напорной камере (не показано), выполненной в горловине 5.

[17] Каждая лапа 4 может иметь верхний уступ (не показано), средний затылок 6, нижнюю подшипниковую ось 7 и утолщение с отверстием (не показано). Уступ, затылок 6, утолщение с отверстием и подшипниковая ось 7 каждой лапы могут быть соединены между собой, например, выполнены как одно целое и/или сварены вместе. Каждое утолщение с отверстием может быть в сообщении текучей средой с напорной камерой через соответствующее окно, выполненное в горловине 5 и может иметь сопло, закрепленное в нем для выпуска бурового раствора на соответствующую коническую шарошку 3.

[18] Каждая подшипниковая ось 7 может проходить от соответствующего затылка 6 в радиальном наклонном направлении. Каждая подшипниковая ось 7 и/или соответствующая шарошка 3 могут иметь одну или несколько канавок, и каждая канавка может образовывать беговую дорожку для приема соответствующего комплекта 8a-c роликовых подшипников. Упорный подшипник 9a может быть установлен между каждым подшипниковым валом 7 и соответствующей шарошкой 3, и/или пара упорных подшипников 9b,c может быть установлена в противоположных соосных канавках, выполненных в каждом подшипниковом валу 7 и соответствующей шарошке. Комплекты 8a-c роликовых подшипников и упорные подшипники 9a-c могут поддерживать вращение каждой шарошки 3 относительно соответствующей лапы 4.

[19] Альтернативно, можно применять подшипники скольжения вместо комплектов 8a-c роликовых подшипников для поддержания каждой конической шарошки 3 на соответствующем подшипниковом валу.

[20] Каждая лапа 4 может иметь выполненный в ней резервуар для смазки (не показано) и канал 10b для смазки (только частично показан), проходящий от резервуара до соответствующих комплектов 8a-c роликовых подшипников и упорных подшипников 9a-c. Смазка может удерживаться в каждой лапе 4 соответствующим уплотнением, таким как кольцо 11 круглого сечения, установленное в соответствующем сальнике 12, выполненном во внутренней поверхности соответствующей шарошки 3. В каждом резервуаре может быть установлен компенсатор давления (не показан) для регулирования давления смазки в нем. Канал 10e уравновешивания давления может проходить от каждого резервуара и через проходное отверстие 5 для работы соответствующего компенсатора давления для регулирования давления смазки с поддержанием его несколько превышащим давление на забое.

[21] Каждая коническая шарошка 3 может быть скреплена с соответствующей лапой 4 комплектом 13 шариков, принятых в беговую дорожку, образованную совмещенными канавками в каждой конической шарошке и соответствующей подшипниковой оси 7. Шарики могут быть заложены в каждую беговую дорожку через проход 14 для шариков, выполненный в каждой лапе 4, и удерживаться в ней соответствующий стопорным пальцем 15, установленным в проходе для шариков, и соответствующей заглушкой 16, закрывающей проход для шариков. Каждая заглушка 16 может быть прикреплена к соответствующей лапе 4, например, сваркой.

[22] Каждая коническая шарошка 3 может иметь множество венцов, выполненных в ней, таких как опорный венец, калибрующий венец, один или несколько внутренних венцов и привершинный венец. Ряд калибрующих режущих элементов 17g может быть закреплен вокруг каждой шарошки 3 на соответствующем калибрующем венце. Ряд первых внутренних режущих элементов 17a может быть закреплен вокруг каждой шарошки 3 на соответствующем первом из внутренних венцов. Ряд вторых внутренних режущих элементов 17b может быть закреплен вокруг каждой шарошки 3 на соответствующем втором из внутренних венцов. Ряд третьих внутренних режущих элементов 17c может быть закреплен вокруг каждой шарошки 3 на соответствующем третьем из внутренних венцов. Один или несколько привершинных режущих элементов 17n могут быть закреплены на каждой шарошке 3 на соответствующем привершинном венце. Каждый режущий элемент 17a-c,g,n может являться вставным зубком, закрепленной в соответствующем гнезде, выполненном в соответствующей шарошке 3, посредством посадки с натягом. Каждый режущий элемент 17a-c,g,n может быть выполнен из кермета, такого как цементированный карбид, и может иметь цилиндрическую часть, закрепленную в соответствующей шарошке и коническую, полусферическую или клиновидную часть, выступающую из соответствующего венца соответствующей шарошки 3. Ряды внутренних режущих элементов 17a-c и привершинных режущих элементов 17n шарошек 3 могут быть смещены относительно друг друга для получения завершенного режущего профиля.

[23] Ряд протекторов 18 может быть закреплен вокруг каждой шарошки 3 на соответствующем опорном венце. Каждый протектор 18 может являться вставкой, закрепленныой в соответствующем гнезде, выполненном в соответствующей шарошке, 3 посредством посадки с натягом. Каждый протектор 18 может быть выполнен из кермета, такого как цементированный карбид, и может быть цилиндрическим.

[24] Альтернативно, каждая шарошка 3 может иметь один или несколько рядов внутренних режущих элементов. Альтернативно, каждая шарошка 3 может фрезерованные зубцы с твердосплавной наплавкой из керамики или кермета вместо вставных зубков 17a-c,g,n для любых или всех рядов режущих элементов. Альтернативно, по меньшей мере некоторые из режущих элементов 17a-c,g,n могут быть импрегнированы поликристаллическими алмазами (PCD). Альтернативно, протекторы 18 могут быть импрегнированы PCD. Альтернативно, каждая лапа 4 и/или каждая шарошка 3 могут быть обработаны для повышения стойкости к эрозии. Обработка может включать в себя поверхностное упрочнение, такое как науглероживание, слой твердосплавной наплавки, и/или закрепление вставок на нем.

[25] Буровое долото 1 можно применять для бурения разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и/или природный газ и/или геотермальных скважин. Альтернативно, буровое долото 1 можно применять для бурения взрывных скважин для горных разработок.

[26] На фиг. 2A показана с увеличением часть фиг. 1 с уплотнением в сжатом состоянии. На фиг. 2B показано уплотнение в свободном состоянии. На фиг. 2C показан сальник 12. Кольцо 11 круглого сечения может быть выполнено из эластомерного материала, такого как эластомер или эластомерный coполимер. Кольцо 11 круглого сечения может иметь внутренний диаметр 11n, наружный диаметр 11o, и диаметр 11x сечения. Диаметр 11x сечения кольца 11 может иметь величину в диапазоне между одной восьмой и половиной дюйма (от трех до тринадцати миллиметров).

[27] Сальник 12 может иметь переднюю стенку 12f, заднюю стенку 12b, наружную поверхность 12o, скругление 12r, угол 12c, длину 12g и глубину 12d. Каждая из передней стенки 12f и задней стенки 12b может быть плоской, и наружная поверхность 12o может быть цилиндрической. Угол 12c может соединять заднюю стенку 12b и наружную поверхность 12o. Угол 12c может также являться скруглением. Скругление 12r может соединять наружную поверхность 12o и переднюю стенку 12f. Каждая из задней стенки 12b и передней стенки 12f может быть соединена с внутренней поверхностью шарошки 3 соответствующим закруглением 3b,f, и внутренняя поверхность шарошки смежная с сальником 12 может иметь постоянный внутренний диаметр 3n. Скругление 12r может иметь радиус 19r больше половины диаметра 11x сечения кольца 11 и меньше диаметра сечения кольца. Угол 12c может иметь радиус меньше радиуса скругления 12r. Радиус угла 12c может быть небольшим в сравнении с диаметром 11x сечения, таким как меньше или равным одной восьмой от него. Наружная поверхность 12o может иметь длину равную половине диаметра 11x сечения кольца 11. Длина 12g сальника может быть равна радиусу 19r скругления плюс длина наружной поверхности 12o плюс длина угла 12c.

[28] Альтернативно, угол 12c может иметь фаску. Альтернативно, сальник 12 может быть перевернут так, что передняя и задняя стенки меняются местами. Альтернативно, каждое из закруглений 3a,b может иметь вид фаски.

[29] Подшипниковая ось 7 может иметь цилиндрическую поверхность 7c с постоянным наружным диаметром 7o смежную с сальником 12. Для исключения истирания шарошки 3 на подшипниковой оси 7, внутренний диаметр 3n шарошки может быть больше наружного диаметра 7o подшипниковой оси, при этом между ними образуется зазор 20g. Зазор 20g может иметь величину в пределах 0,001-0,005 диаметра долота. Внутренний диаметр 11n кольца 11 круглого сечения может быть немного больше наружного диаметра 7o подшипниковой оси 7, например, больше на один - пять процентов, при этом между ними образуется зазор 20o. Наружный диаметр 11o кольца 11 круглого сечения может быть больше диаметра 19d наружной поверхности 12o уплотнительного сальника 12, например, больше на один - десять процентов.

[30] Альтернативно, зазор 20g смежный с передней стенкой 12f может отличаться от зазора смежного с задней стенкой 12g.

[31] Диаметр 19d наружной поверхности 12o сальника 12 может быть выбран для получения радиального сжатия кольца 11 круглого сечения на величину в диапазоне между пятью и двадцатью процентами. Глубина 12d сальника 12 может быть равна половине разности между диаметром 19d наружной поверхности 12o сальника и наружным диаметром 7o подшипниковой оси 7. Процент радиального сжатия кольца 11 круглого сечения можно определить, как (разность диаметра 11x сечения и глубины 12d сальника) поделенную на глубину сальника умноженную на сто.

[32] Глубина задней стенки 12b может быть равна глубине 12d сальника минус зазор 20g минус глубина угла 12c минус глубина заднего закругления 3b. Глубина передней стенки 12f может быть равна глубине сальника минус зазор 20g минус радиус 19r скругления минус глубина переднего закругления 3f. Угол 12c может иметь величину сорок пять градусов и глубину в диапазоне от трех до двенадцати процентов диаметра 11x сечения. Радиус каждого закругления 3f,b может быть равен удвоенной глубине угла 12c.

[33] Альтернативно, переднюю стенку 12f можно исключить, и скругление 12r может соединяться напрямую с передним закруглением 3f.

[34] Для монтажа кольца 11 круглого сечения в сальник 12 кольцо круглого сечения можно протолкнуть в сальник. Больший наружный диаметр 11o кольца 11 круглого сечения и ограниченная глубина 12d сальника 12 могут обуславливать образование выступающего из сальника участка внутреннего участка кольца круглого сечения (не показано). Шарошку 3 можно затем надеть на цапфу 7. Взаимодействие выступающего участка кольца 11 круглого сечения с поверхностью 7c может задавливать кольцо круглого сечения в сальник 12. Кольцо 11 круглого сечения может быть задавлено в контакт с скруглением 12r сальника, наружной поверхностью 12o, задней стенки 12b и поверхностью 7c оси. Сжатое кольцо 11 круглого сечения может смещаться от угла 12c и передней стенки 12f. Во время бурения угол 12c и/или передняя стенка 12f могут предоставлять место для деформации кольца 11 круглого сечения.

[35] Предпочтительно, полный захват кольца 11 круглого сечения сальником 12 предотвращает или по меньшей мере ограничивает продольное перемещение кольца круглого сечения относительный него. Большой радиус скругления 12r сальника поддерживает кольцо 11 круглого сечения во время скачка давления в системе смазки (давление в системе смазки больше давления на забое скважины). Большой радиус скругления 12r сальника обеспечивает увеличенную контактную силу на шарошке 3, при этом, предотвращая проскальзывание уплотнения относительно шарошки. Скругление 12r сальника также действует, увеличивая давление уплотнения на поверхность 7c цапфы, когда система смазки испытывает скачок давления. Дополнительно, полный захват кольца 11 круглого сечения сальником 12 предотвращает или по меньшей мере ограничивает способность кольца круглого сечения перекатываться в ответ на перепад давления между системой смазки и давлением на забое скважины.

[36] Дополнительно, по сравнению с одним или несколькими конструктивными решениями существующей техники, рассмотренными выше, сальник 12 требует меньшего сжатия кольца 11 круглого сечения для поддержания давления уплотнения. Сальник 12 также может поддерживать эквивалентное давление уплотнения с применением кольца 11 круглого сечения, имеющего меньший диаметр 11x сечения, при этом уменьшается выделение тепла.

[37] Альтернативно, радиус угла 12c можно увеличить так, чтобы угол поддерживал кольцо 11 круглого сечения во время скачка давления на забое скважины (давление на забое скважины больше давления смазки). В данной альтернативе увеличенный радиус угла 12c должен все равно быть меньше радиуса 19r скругления, и кольцо 11 круглого сечения должно все равно смещаться от угла в сжатом состоянии.

[38] На фиг. 3A и 3B показано фрезерное шарошечное долото 21, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Фрезерное долото 21 может включать в себя корпус 22 и один или несколько, например, две или три конические шарошки 23a-c. Корпус 22 может иметь верхнее соединение (не показано) и нижнюю лапу 24a,b для каждой конической шарошки 23a-c, а также горловину 25, выполненную между лапами. Корпус 22 и конические шарошки 23a-c могут быть выполнены из металла или сплава, такого как сталь. Корпус 22 может быть выполнен посредством скрепления вместе трех поковок, например, сваркой. Лапы 24a,b могут быть разнесены на равные углы по окружности корпуса, например в сто двадцать градусов. Верхнее соединение может являться резьбовым ниппелем для соединения с другим элементом компоновки низа бурильной колонны для удаления фрезерованием пробок гидроразрыва (не показано), установленных в стволе скважины. Сквозной канал (не показано) может быть выполнен в соединении и проходить к напорной камере (не показано), выполненной в горловине 25.

[39] Каждая лапа 24a,b может иметь верхний уступ (не показано), средний затылок 26, нижнюю подшипниковую ось (не показано), и утолщение с отверстием (не показано). Уступ, затылок 26, утолщение с отверстием, и подшипниковая ось каждой лапы 24a,b могут быть соединены между собой, например, выполнены как одно целое и/или сварены вместе. Каждое утолщение с отверстием может быть в сообщении текучей средой с напорной камерой через соответствующее окно, выполненное в горловине 25, и может иметь сопло, закрепленное в нем для выпуска текучей среды для фрезерования на соответствующую коническую шарошку 23a-c.

[40] Каждая подшипниковая ось может проходить от соответствующего затылка 26 в радиально наклонном направлении. Каждая подшипниковая ось может иметь одну или несколько цапф, выполненных в ее наружной поверхности и соответствующий подшипник скольжения (не показано) может быть надет на нее. Упорный подшипник (не показано) может быть установленный между каждой цапфой и соответствующей шарошкой 23a-c, и/или пара упорных подшипников (не показано) могут быть установлены в противоположных совмещенных канавках в каждой подшипниковой оси и соответствующей конической шарошке. Подшипники скольжения и упорные подшипники могут поддерживать вращение каждой шарошки 23a-c относительно соответствующей лапы 24a,b.

[41] Каждая лапа 24a,b может иметь резервуар для смазки (не показано) выполненный в ней, и канал для смазки (не показано), проходящий от резервуара до соответствующих подшипников цапфы и упорных подшипников. Смазка в каждой лапе 24a,b может удерживаться с помощью соответствующего уплотнения, такого как кольцо круглого сечения (не показано), одинаковое с кольцом 11 круглого сечения, установленным в соответствующем сальнике (не показано), одинаковом с сальником 12, выполненным во внутренней поверхности соответствующей шарошки 23a-c. Компенсатор давления (не показано) может быть установлен в каждом резервуаре для регулирования давления смазки в нем.

[42] Каждая коническая шарошка 23a-c может быть скреплена с соответствующей лапой 24a,b комплектом 13 шариков (не показано), принятых в беговую дорожку, образованную совмещенными канавками в каждой конической шарошке и соответствующей подшипниковой оси. Шарики могут быть поданы в каждую беговую дорожку через проход 28 для шариков, выполненный в каждой лапе 24a,b и удерживаться в ней соответствующим стопорным пальцем (не показано), установленным в проход для шариков, и соответствующей заглушкой (не показано), закрывающей проход для шариков. Каждая заглушка может быть прикреплена к соответствующей лапе 24a,b, например, сваркой.

[43] Каждая коническая шарошка 23a-c может иметь множество венцов, выполненных в ней, таких как опорный венец, калибрующий венец, внутренний венец, и привершинный венец. Ряд калибрующих режущих элементов 27g может быть закреплен вокруг каждой шарошки 23a-c на соответствующем калибрующем венце. Ряд внутренних режущих элементов 27a может быть закреплен вокруг каждой шарошки 23a-c на соответствующем внутреннем венце. Один или несколько привершинных режущих элементов 27n может быть закреплен на каждой шарошке 23a-c на соответствующем привершинном венце. Каждый калибрующий режущий элемент 27g может быть вставным зубком, закрепленным в соответствующем гнезде, выполненном в соответствующей шарошке, 3 посредством посадки с натягом. Каждый калибрующий режущий элемент 27g может быть выполнен из кермета, такого как цементированный карбид, и может иметь цилиндрический участок закрепленный в соответствующей шарошке, а также конический, полусферический, или клиновидный участок, выступающий от соответствующего венца соответствующей шарошки 23a-c. Каждый внутренний режущий элемент 27a и привершинный режущий элемент 27n может быть зубцом, фрезерованным в соответствующей шарошке 23a-c, и иметь твердосплавную накладку из керамики или кермета.

[44] Каждая лапа 24a,b может иметь протекторы 29, закрепленные на затылке 26, для повышения стойкости к эрозии. Каждый протектор 29 может быть вствным зубком из керамики или кермета, посаженным с натягом в соответствующее гнездо, выполненное на соответствующем затылке 26.

[45] Альтернативно, ряд протекторов может быть закреплен вокруг каждой шарошки 23a-c на соответствующем опорном венце. Каждый протектор может быть вставкой, закрепленной в соответствующе гнезде выполненном в соответствующей шарошке 23a-c посредством посадки с натягом. Каждый протектор может быть выполнен из кермета, такого как цементированный карбид, и может быть цилиндрическим. Альтернативно, протекторы могут быть импрегнированы PCD.

[46] Альтернативно, калибрующие зубки 27g могут быть импрегнированы PCD.

[47] На фиг. 3C показано альтернативное фрезерное шарошечное долото 30, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Альтернативное фрезерное долото 30 может быть одинаковым с фрезерным шарошечным долотом 21 за исключением того что один из внутренний рядов 31 режущих элементов включает в себя вставки зубки вместо фрезерованных зубцов.

[48] Выше приведены варианты осуществления настоящего изобретения, другие и дополнительные варианты осуществления изобретения могут быть разработаны без отхода от его базового объема, и объем изобретения определен приведенной ниже формулой изобретения.

Изобретение относится к долоту для применения в скважине. Технический результат заключается в обеспечении эффективной работы уплотнения. Долото содержит: лапу, имеющую средний затылок и нижнюю подшипниковую ось; коническую шарошку, установленную с возможностью вращения на нижней подшипниковой оси; ряд калибрующих режущих элементов, ряд внутренних режущих элементов и привершинный режущий элемент. Каждый режущий элемент установлен или выполнен на конической шарошке. Долото также содержит: сальник, выполненный во внутренней поверхности конической шарошки и имеющий стенку, наружную поверхность, скругление, соединенное с наружной поверхностью, и угол, соединяющий стенку и наружную поверхность; и эластомерное кольцо круглого сечения, установленное в сальнике и сжатое между наружной поверхностью и нижней подшипниковой осью. Радиус скругления больше половины диаметра сечения кольца. 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Долото для применения в скважине, содержащее:

лапу, имеющую средний затылок и нижнюю подшипниковую ось;

коническую шарошку, установленную с возможностью вращения на нижней подшипниковой оси;

ряд калибрующих режущих элементов, ряд внутренних режущих элементов и привершинный режущий элемент, причем каждый режущий элемент установлен или выполнен на конической шарошке;

сальник, выполненный во внутренней поверхности конической шарошки, имеющий:

- стенку;

- наружную поверхность;

- скругление, соединенное с наружной поверхностью;

- угол, соединяющий стенку и наружную поверхность; и

эластомерное кольцо круглого сечения, установленное в сальнике и сжатое между наружной поверхностью и нижней подшипниковой осью,

при этом радиус скругления больше половины диаметра сечения кольца.

2. Долото по п. 1, в котором угол снабжен фаской.

3. Долото по п. 1, в котором:

наружная поверхность имеет длину, равную половине диаметра сечения кольца круглого сечения, и

длина сальника равна радиусу скругления плюс длина наружной поверхности плюс длина угла.

4. Долото по п. 1, в котором нижняя подшипниковая ось имеет цилиндрическую поверхность, смежную с сальником.

5. Долото по п. 4, в котором:

внутренний диаметр конической шарошки больше наружного диаметра цилиндрической поверхности, за счет чего между ними образуется зазор, причем

зазор имеет величину в диапазоне 0,001-0,005 диаметра долота.

6. Долото по п. 4, в котором:

внутренний диаметр кольца круглого сечения больше наружного диаметра цилиндрической поверхности, а

наружный диаметр кольца круглого сечения больше диаметра наружной поверхности сальника.

7. Долото по п. 6, в котором внутренний диаметр кольца круглого сечения больше на один-пять процентов наружного диаметра цилиндрической поверхности, а наружный диаметр кольца круглого сечения на один-десять процентов больше диаметра наружной поверхности сальника.

8. Долото по п. 1, в котором радиальное сжатие кольца круглого сечения имеет величину в диапазоне между пятью и двадцатью процентами.

9. Долото по п. 1, в котором стенка является плоской, а наружная поверхность является цилиндрической.

10. Долото по п. 1, в котором:

стенка является задней стенкой,

сальник дополнительно имеет переднюю стенку, и

скругление соединяет наружную поверхность и переднюю стенку.

11. Долото по п. 10, в котором:

сжатое кольцо круглого сечения контактирует со скруглением, наружной поверхностью, задней стенкой и подшипниковой осью, причем

сжатое кольцо круглого сечения смещено от угла и передней стенки.

12. Долото по п. 1, в котором радиус скругления меньше диаметра сечения кольца круглого сечения.

13. Долото по п. 1, в котором:

угол является вторым скруглением,

угол имеет второй радиус меньше радиуса скругления, и

сжатое кольцо круглого сечения смещено от угла.

14. Долото по п. 1, в котором каждый режущий элемент является вставным зубком из кермета.

15. Долото по п. 1, в котором:

каждый калибрующий режущий элемент является вставным зубком из кермета, и

каждый внутренний режущий элемент и привершинный режущий элемент является фрезерованным зубцом.

16. Долото по п. 1, в котором каждый калибрующий и внутренний режущий элемент является вставным зубком из кермета.

17. Долото по п. 16, в котором привершинный режущий элемент является фрезерованным зубцом.

18. Долото по п. 10, в котором каждая из передней и задней стенок проходит в радиальном направлении к нижней подшипниковой оси.

19. Долото по п. 18, в котором наружная поверхность выполнена цилиндрической.