Шарошечное долото Советский патент 1992 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано преимущественно для высокооборотного турбинного бурения скважин различного назначения в разных горно-геологических условиях.

Известно шарошечное долото, включающее корпус и шарошки с центральными осями, установленные на полых цапфах лап с помощью подшипниковых опор, размещенных как снаружи, так и внутри полых цапф, и замкового узла, выполненного в виде однорядного шарикового подшипника.

Замковый узел этого долота довольно быстро выходит из строя, а вместе с ним выходит из строя и все долото, поскольку его. стойкость по опоре определяется почти исключительно стойкостью замкового узла. Это связано с тем, что на шарики замкового подшипника действуют противоположно направленные силы, обусловленные тем.

что шарошка во время работы надевается на цапфу. При этом шарики смещаются со своей беговой дорожки вбок и контактируют с ней в одной точке. Это приводит к интенсивному износу как беговых дорожек, особенно их бортов, так и самих шариков.

Наиболее близко к предлагаемому шарошечное долото, включающее корпус и шарошки с центральными осями, установленными на полых цапфах с помощью размещенных внутри и снаружи них подшипниковых опор, и размещенный внутри полой цапфы замковый узел в видеупорного подшипника.

Этот породоразрушающий инструмент не приспособлен для высокооборотного турбинного бурения, поскольку шариковый упорный подшипник, который хорошо переносит высокие обороты, размещен внутри полой цапфы, где он не может быть выполVI

сл о

ч

нен большим, в го время как упорные подшипники скольжения, которые плохо воспринимают высокие скорости вращения, размещены снаружи цапфы, где они не могут быть выполнены малыми и работают при больших окружных скоростях вращения. Это приводит к быстрому выходу подшипниковых опор шарошек из строя при высокооборотном бурении, которое имеет место при использовании турбобуров для сооружения нефтяных и газовых скважин. Отказ же от высокооборотного бурения ведет к резкому снижению механической скорости бурения, являющейся основным показателем, определяющим эффективность нефтяного бурения.

Цель изобретения - повышение производительности долота за счет возможности увеличения скорости вращения.

Указанная цель достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем корпус, прикрепленные к нему лапы с полыми цапфами, и шарошки, установленные на цапфах посредством наружных упорных подшипников и размещенных внутри цапф замковых упорных подшипников, запорный упорный подшипник выполнен в виде подшипника скольжения, установленного с возможностью размыкания его частей при работе долота, а наружный упорный подшипник - в виде подшипника качения

На чертеже изображен общий вид долота в рабочем положении.

Шарошечное долото состоит,из корпуса 1 с лапами 2, которые снабжены полыми цапфами 3, На цапфах 3 с помощью подшипниковых опор установлены шарошки 4 с жестко закрепленными на них центральными осями 5. Подшипниковые опоры выполнены в виде двух роликовых 6 и одного упорного шарикового 7 подшипников, Внутри полой цапфы 3 размещен замковый узел, выполненный в виде торцевого подшипника скольжения, включающего кольцевой выступ 8 и кольцевой буртик 9, выточенный на внутренней части полой цапфы. Кольцевой выступ 8 выполнен путем напрессовки кольца на центральную ось 5. В рабочем положении между обращенными друг к другу торцами кольцевого выступа 8 и кольцевого буртика 9 имеется зазор. Упорный шариковый подшипник 7 размещен у основания цапфы. Полая цапфа в затылочной части снабжена съемной крышкой 10, изолирующей внутреннюю полость шарошки от внешней среды. Консольный конец цапфы снабжен уплотнением 11, отделяющим внутреннюю полость цапфы от внутренней полости шарошки.

Внутренняя полость цапфы может быть заполнена жидким маслом, а полость между наружной частью цапфы и внутренней частью шарошки консистентной смазкой Данная

система смазки не исключает наличия лубрикатора (на чертеже не показан).

Долото работает следующим образом. Установленный на забой инструмент приводят во вращение и подают по трубам

0 промывочную жидкость. При бурении реакции забоя стремится надеть шарошку на полую цапфу 3, Этому препятствует шариковый подшипник 7, В начальный момент бурения обращенные друг к другу торцы

5 кольцевого выступа 8 и кольцевого буртика 9 имеют минимальный зазор, в связи с чем они не изнашиваются. В дальнейшем, по мере износа упорного шарикового подшипника, зазор между этими торцами увеличи0 вается. Роликовые подшипники 6 не позволяют шарошке 4 перекашиваться на цапфе, поэтому тела качения шарикового упорного подшипника 7 точно центрируются по своим беговым дорожкам и восприни5 мают сжимающую нагрузку всей своей образующей. При этом они изнашиваются незначительно. При высоких частотах вращения инструмента характер работы и износа упорного подшипника меняется

0 несущественно.

Сборка шарошечного инструмента при изготовлении осуществляют следующим образом. На цапфу, а в некоторых случаях на цапфу и шарошки устанавливают тела каче5 ния, обмазывают их консистентной смазкой и надевают на шарошку так, чтобы ее цен- тальная ось 5 прошла в кольцевой буртик 9. Затем на ось напрессовывают кольцо кольцевого выступа 8. После этого заполняют

0 внутреннюю полосто цапфы жидким маслом и ввинчивают крышку 10. Собранные совместно с шарошками 4 лапы 2 сваривают между собой и производят доводочные работы. Преимущества шарошечного инстру5 мента заключаются в следующем.

Резко повышается стойкость шарошек на забое в связи с тем, что замковый узел практически не изнашивается в процессе бурения. При этом существенно повышает0 ся ресурс долота на высоких скоростях вращения, поскольку шариковый наружный подшипник изнашивается крайне медленно. Наличие изолированных с помощью уплотнений камер, заполненных смазкой,

5 предохраняет подшипники и особенно замковый узел от проникновения во внутреннюю полость выбуренных частичек породы исключая абразивный износ взаимодействующих поверхностей. Все это позволяет создать высокооборотный шарошечный инструмент, который при турбинном бурении позволяет резко увеличить как механическую скорость, так и проходку на долото. Турбинное же бурение в нефтяной промышленности составляет 70-80% всего объема бурения.

Использование предложенного инструмента при бурении на нефть и газ позволит исключить применение редукторов в турбобурах, винтовых вставок и винтовых забойных двигателей, снижающих механическую скорость бурения, удорожающих конструкцию и уменьшающих ее надежность.

0

5

Формула изобретения Шарошечное долото, содержащее KOJ. пус, прикрепленные к нему лапы с полыми цапфами, шарошки, установленные на цапфах посредством наружных упорных подшипников и размещенных внутри цапф замковых упорных подшипников, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности за счет возможности увеличения скорости его вращения, замковые упорные подшипники выполнены в виде подшипников скольжения, установленных с возможностью размыкания их частей при работе-до лота, а наружный упорный подшипник выполнен в виде подшипника качения.

Изобретение относится к буровой технике, может быть использовано преимущественно для высокооборотного турбинного бурения скважин различного назначения в разных горно-геологических условиях и позволяет повысить производительность шарошечного долота за счет возможности увеличения скорости его вращения Это достигается тем, что замковый упорный подшипник выполнен в виде подшипника скольжения. Подшипник скольжения установлен с возможностью размыкания его частей 8 и 9 при работе долота. Наружный упорный подшипник 7 выполнен в виде подшипника качения. При работе между частями 8 и 9 подшипника скольжения образуется зазор, благодаря чему подшипник не изнашивается. При подъеме долота части 8 и 9 смыкаются, и подшипник скольжения вступает в работу. Установка наружного подшипника 7 качения позволяет вести бурение на высоких скоростях вращения, которые приводят к повышению производительности долота. 1 ил.