Буровое шарошечное долото Советский патент 1985 года по МПК E21B10/22 

11

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции породоразрушающего инструмента шарошечного долота, предназначенного для бурения скважин и нефтяной, газовой и горнорудной промышленности.

Целью изобретения я-вляется повышение стойкости опоры бурового шарошечного долота за счет оптимального распределения нагрузки между подшипниками в процессе бурения.

На фиг. 1 схематически изображено буровое шарошечное долото.

Долото состоит из секций 1, свареных между собой в один корпус.Для эффективной очистки забоя долото имеет комбинированную систему гидромониторной промывки, включающую центральную насадку 2 и по меньшей мере две периферийные насадки 3.

Вооружение шарошек 4 вьшолнено твердосплавными зубками 5 известных форм с увеличенной высотой рабочих головок или стальными фрезерованными зубьями, армированными зерновым твердым сплавомо

Конструкция опоры вьтолнена в виде совокупности шарикового замкового подшипника 6, расположенного у основания цапфы 7, и двух конических роликовых подшипников 8 и 9, расположенных в средней части цапфы и на конце.

Шарики вводятся в опору через отверстие замкового пальца 10 на спинке лапы. Оси роликов среднего и концевого конических подшипников пересекают ось цапфы на расстояниях от оси долота «сИ й,.

Долото работает следуюищм образом

При бурении на корпус долота со стороны вращающейся колонны бурильных труб или шпинделя забойного двигателя передается крутящий момент и осевая нагрузка. Подводимая к долоту мощность передается от корпуса 1 на шарошки 4j .которые перекатываясь по забою скважины, разрушают породу с помощью зубков 5. Частицы породы выносятся из скважины на поверхность промывочной жидкостью, поступающей

82

через центральную насадку 2 и две периферийные насадки 3. Реакция забоя прижимает шарошку 4 к опорным поверхностям цапфы 7, через тела качения шарикового 6 и двух конических роликовых 8 и 9 подшипников.

В лабораторных условиях на буровом станке ЗИФ-1200 были проведены экспериментальные исследования предлагаемой конструкции долота, выполненные в шести вариантах,при этом конструкция замкового подшипника во всех вариантах оставалась неизменной, пе-, ременными были диаметр, количество и угол конуса роликов конических подшипников.

Режимные параметры; частота вращения 127 об/мин, осевая нагрузка на долото 10 тс,

В качестве забоя использовалась сталь Ст.З. В образцах варианта 2 заклинки роликов опоры при вращении шарошек не наблюдалось Износ в виде выкрашивания на цапфе начинался с концевого подшипника, затем на среднем коническом и на шариковом подшипниках.

В вариантах 354,5 наблюдался равномерньй износ всех подшипников опоры В варианте 6 после 3-5 ч работы происходила поломка конических роликов поперек, после чего начинался форсированньй износ опор и заклинка шарошек на цапфах. .

Таким образом, новая конструкция опоры в вариантах 3,4,3 показала высокую работоспособность (см,таблицу и фиг. 2).

В варианте 1 из-за малых углов контакта развивались высокие напряжения под действием составляющей нагрузки вдоль оси цапфы, что приводило к заклинкам, а в отдельных случаях к поломкам шарошек. В варианте 6 наблюдалась преждевременная поломка роликов из;-за недостаточной их прочности на изгиб, поскольку в отсутствие сепараторов происходят перекосы роликов в процессе работы подшЕ-тников, которые подвергаются циклическим напряжениям изгиба. Примечание. Со знаком плюс значение а и а берется в том случае, если точка пересечения осей роликов и оси цапфы расположена за осью долота по отношению к данной секции, и со знаком минус, когда эта точка вместе с данной секцией находится по одну сторону от оси долота,

БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО, содержащее секции с цапфами, на каждой из которых посредством шарикового замкового подшипника, расположенного у основания цапфы, среднего конического и концевого роликовых подшипников установлена шарошка, отличающееся тем, что, с целью повьшения стойкости опоры долота за счет оптимального распределения нагрузки между подшипниками, концевой роликовый подшипник выполнен коническим, причем угол наклона осей роликов концевого подшипника к оси цапфы меньше, чем у среднего а расстояния от оси долота до точек пересечения осей роликов подшипников с осью цапфы связаны с диаметром долота D зависимосимостью -- 0,03 - 0,015; S ,05-0,10, где ац и а - расстояния от оси долота до точек пересечения осей роликов соответственно концевого и среднего подшипников, с осью цапфы.