Буровое долото Советский патент 1983 года по МПК E21B10/20 

(54) БУРОВОЕ ДОЛОТО

Изобретение относится к буровому инструменту, в частности к трехшарошечным буровым долотам, применяемим для бурения горных пород.

Известны трехшарошечные буровые долота,.корпусные или секционные, резьбовой ниппель которых жестко связан с секциями l.

Недостатком этих долот является то, что при бурении вследствие неравномерности износа элементов секций по опорам и тыльным конусам ось калибрующей поверхности смещается относительно оси ниппеля, что приводит к еще большему их износу.

Известно буровое долото, содержащее корпус, составленный из отдельных секций в виде лап с шарошками, имеющими основные и периферийные конусы, калибратор, ниппель с резьбой, центрашьный промлвочный канал .

Недостаток указанного долота заключается в неравномерности распределения осевой нагрузки по секциям, что снижает долговечность его работы.

Цель изобретения - повышение долговечности работы долота за счет равномерного распределения осевой нагрузки ITO секциям и центрирования их.

Поставленная цель достигается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус, составленный из отдельных сек ций в- виде лап с шарошками, имеющими основные и периферийные конусы, калибратор, ниппель с резьбой, цент-, ральный промывочный канал, корпус выполнен в виде двух шарнирно связанных полумуфт, снабженных соедини10тельными роликами, герметизирующим элементом и ступенчатой цанговой втулкой, размещенной в промывочном канале, при этом верхняя полум фта жестко соединена с ниппелем, а ниж15няя - с секциями.

Причем .периферийные конусы шаршаек имеют угол, при которомперпендикуляр, проведенный к середине образующей периферийного конуса в нижнем ее по20ложении, пересекается с осью долота в точке, лежащей в горизонтальной плоскости, проходящей через оси роликов.

На фиг. 1 изображено долото (две

25 секции условно не показаны); на фиг. 2 - разрез Л-Л на фиг. 1.

Долото представляет собой две шарнирно связанные полумуфты. Первая полумуфта f выполнена в виде трех сва30ренных секций, каждая из которых

содержит лапу 1 и установленную на подшипниках шарошку 2. К торцу секций приварен стакан 3.

Вторая полумуфта выполнена в виде ниппеля 4 с замковой резьбой, к которому приварено кольцо 5. Внутри центрального npofviHBO4Horo канала ниппеля

4запрессована втулка б, свободный конец которой имеет больишй диаметр и заведен во внутреннюю цилиндрическую поверхность стакана 3, причем этот конец выполнен в виде цанги

с разрезами а (Фиг. 2).

На наружной поверхности кольца 5 и в нижней его части запрессованы твердосплавные зубки 7, при этом колы цо имеет три скоса б (фиг. 2.

Между торцами обеих полумуфт, а именно в выточке торца ниппеля 4 и стакана 3, размещен упругий герметизир тощий элемент 8. Эти торцы имеют уступы в, которые не смыкаются собой, оставляя гарантированный осевой зазор,,

Герметизирующий элемент 8 контактирует с наружной поверхностью и буртом втулки 6, а также с торцом г стакана 3.

Кольцо 5 шарнирно соединено со стаканом 3 с помощью трех роликов 9 со сферическими торцами, расположенных под углом 120° в плане СФиг. 2) и размещенных в гнездах стакана 3 и колца 5.

Периферийные конуса шарошек 2 выполнены под таким углом наклона т, что перпендикуляр к ним пересекается с осью долота в точке . О, которая од новременно лежит в горизонтальной плоскости, проходящей через оси роликов 9.

Ниже роликов 9 кольцо 5 охватывает стакан 3 по цилиндрической поверхности Э, выполненной по широкоходовой насадке, причем поверхность д имеет три скоса, аналогичные скосам

5у стакана 3.В стенке кольца 5 выпог:1ены три

отверстия, в которые заведены штифты 10, заходящие в цилиндрические пазы стакана 3 и фиксирующие его в осевом чаправлении, причем посадка штифтов 10 в гнезде обеспечивает гарантирован ный зазор. Штифты 10 приварены к коль ЦУ 5.

При сборке обеих полумуфт обаспе-чивается гарантированный начальный осевой натяг герметизирующего элеМента 8.

Наружный диаметр кольца 5 по зубкам 7 выполнен больше калибрующего диаметра долота.

Долото работает следующим образом.

Шарошки 2 нижней полумуфты разбуривают забой скважины, а кольцо 5 затем расширяет ствол скважины, калибруя его и выглаживая, не допуская, искривления его оси.

Осевая нагрузка на долото передается в основном шарошками 2 и их опорам и частично , разгружая их, воспринимается зубками 7 на нижнем конусе кольца 5, который сглаживает переход ствола от пилотной части к расширенной.

При осевых вибрациях долота происходит выравнивание нагружаемости его деталей.

При попытке отжима одной из трех шарошек 2 от стенки скважины вся нижняя полумуфта стремится сместиться и прижаться к противоположному участку стенки. Эти явления происходят периодически, повторяясь для разных шарошек, что способствует динамическому центрированию оси калибрующей поверхности, описанной вокруг шарошек 2, с осью стакана 3, сросного с нип1пелем 4. Вследствие этого элементы опоры и калибрующие конусы шарошек 2 изнашиваются равномерно.

Центрированию осей полумуфт способствует близкое расположение стакана 3 к нижней полумуфте, наличие роликов 9, упругость элемента 8 и втулки 6. Кроме того, этому способствует то, что силы реакции забоя, действующие на периферийные конусы шарошек 2 пересекаются в одной точке по оси долота, лежащей одновременно в плоскости оси роликов 9. При этом не возникает поперечных сил и моментов, стремящихся перегрузить соединение двух полумуфт и привести к значительному их смещению. Таким образом, кольцо 5, калибруя ствол скважины, выполняет одновременно и функцию центратора для шарошек. 2.

Указанная самоустановка и центри.рование. осуществляются с помощью роликов 9, размещенных в пазах между кольцом 5 и стаканом 3. Ролики 9, кроме того, передают крутящий момент от ниппеля 4 к секциям и воспринимают, часть осевой нагрузки на дояото

Радиальные же нагрузки воспринимают поверхность в стакана 3 и кольца 5

Элемент 8 служит средством герметизации долота, не допуская попадания промывочной жидкости в зазор между торцом ниппеля 4 и торцом стакана, а также для аммортизации осевых нагрузо1 :.

Втулка 6 способствует герметизаций и противостоит размы§у элемента 8 и самого канала ниппеля 4. Частично она служит и для гашения малых изгибающих колебаний и поперечных сил в роликах 9 при угловых поворотах и радиальных смещениях стакана 3 в дополнение к опорной поверхности 9 ,

Разбуренная долотом порода с потоком промывочной среды поднимается ,вверх, проходя между стенкой скващ и и скосами S (Фиг. 2) в кольце 5. ( Положительный эффект изобретения в сфере технологииизготовления заключается в упрощении обработки отдел но выполненного резьбового ниппеля 4 (резцы при обработке не обдирают в лых условиях участки сварки лап секций не требуются специальные станки для этой операции и сложные патроны для установки долота по шарошкам лап и :т.пО« Нет необходимости выдерживать точный допуск на радиальное биение калибрующих конусов шарошек относительно оси резьбы ниппеля с трудоемким контролем эгрго параметра. Появляется возможность изготовления ниппеля из других марок стали и боле производительными способами, чем в случае неразъемности ниппеля с секциями. Облегчается операция термической обработки ниппеля (после свар ки она отпадает, тогда,как обычно требуется трудоемкий отжиг хвостовиков в сложных громоздких печах последующей механической обработки ниппеля). В сфере эксплуатации долота/ помимо повышения долговечности, появляется возможность многократного ис пользования элементов, подлежагцих разъему; облегчается навинчивание бурильных труб на ниппель долота, повышается долговечность замкового резьбового соединения (вследствие шарнирности ниппеля относительно- се ций и исключения сдвигающих и изгибающих перегрузок, действующих на резьбу и ее торец в натяге); пОяв. ляется возможность установки н долото различных ниппелей и компоновк долота с разнообразными калибраторами и бурильными трубами. Формула изобретения 1.Буровое долото, содержащее корпус, составленный из отдельных секций в виде лап с шарошками, имеющими, основные и периферийные конусы, калибратор/ ниппель с резьбой, центральный промывочный канал, о т л и |чающееся тем, что., с целью повышения долговечности работы долота за счет равномерного распределения осевой нагрузки по. секциям и центрирования их, корпус вьтолнен в виде двух шарнирно связанных полумуфт, снабженных соединительныг ш роликами, герметизирующим элементом и ступенчатой цанговой втулкой, размещенной в промывочном канале, при этом верхняя полумуфта жестко соединена с ниппелем, а нижняя - с секциями. 2.Долото по п. 1, отличаю щ е е с я тем, что периферийные конусы шарошек имеют угол, при котором перпендикуляр, проведенный к середине образующей периферийного конуса в нижнем ее положении, пересекается с осью долота в трчке, лежащей в горизонт:альной плоскости, проходящей через оси роликов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Масленников И.К. и др.. Инструмент для бурения скважин, Н., Недра, 1981,-с. 16. 2.Патент США № 4068731, кл. 175-339, опублик. 1978.