Буровое шарошечное долото

 

Изобретение относится к инструменту для бурения скважин различного назначения, а именно к шарошечным долотам. Буровое шарошечное долото содержит лапу с наклонной цапфой на ней, шарошку, установленную при помощи опоры, выполненной из двух частей, на цапфе. Каждая часть опоры выполнена из трех рядов колец различного диаметра с продольными канавками на оппозитарных контактирующих друг с другом поверхностях. Выступы одной части размещены в пазах другой части, а шарошка выполнена с возможностью ее разборки и замены. На концах каждого ряда колец выполнены буртики. Цапфа имеет крестообразную форму, а установленная на ней часть опоры имеет внутреннюю крестообразную полость. Задачей изобретения является повышение износостойкости опор и увеличение ресурса работы долота путем исключения из его конструкции подшипников, конструктивного изменения рабочих элементов опор, системы смазки и сборки шарошек, тем самым соблюдается принцип равной долговечности всех деталей долота. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к инструменту для бурения скважин различного назначения, а именно к шарошечным долотам.

Известно долото, состоящее из корпуса с нижним наклонным торцом и присоединительным элементом, конической шарошки, размещенных между торцами шарошки и корпуса осевых шаровых опор, центры которых расположены в одной плоскости, причем ось шарошки размещена перпендикулярно нижнему торцу корпуса, а вершина ее корпуса - на продольной оси корпуса. Долото снабжено закрепленной на корпусе сферической опорой, центр которой размещен в точке пересечения оси шарошки с плоскостью, в которой расположены центры осевых опор. Шарошка выполнена с гнездом, в котором размещена сферическая опора. Осевые опоры выполнены с возможностью радиального перемещения относительно торца конической шарошки. Сферическая опора выполнена с хвостовиком, размещенным в корпусе шарошки. Продольная ось хвостовика шарошки размещена под углом к оси шарошки. Гнездо шарошки выполнено разъемным и состоит из двух закладных элементов с резьбовыми концами и замыкающей пробки. Повышается работоспособность долота (см. патент РФ N 2149251 по кл. МПК E 21 B 10/20).

Известно также шарошечное долото, в котором коническая шарошка скреплена с корпусом посредством шарнира, геометрическая ось которого размещена горизонтально в плоскости, в которой размещены центры осевых опор, и проходит через точку пересечения оси шарошки с вышеупомянутой плоскостью, а осевые шаровые опоры выполнены с возможностью радиального перемещения по торцевой поверхности шарошки. Шарнир выполнен в виде скрепленной соответственно с корпусом и шарошкой верхней и нижней крестовин и расположенной коаксиально геометрической оси шарнира цилиндрической оси, причем продольная ось нижней крестовины совпадает с осью шарошки, ось верхней крестовины проходит через точку пересечения оси шарошки с плоскостью, в которой размещены центры осевых опор. Продольная ось верхней крестовины размещена параллельно оси корпуса долота. Повышается работоспособность долота (см. патент РФ N 2149250 по кл. МПК E 21 B 10/20).

Известны шарошечные долота, в которых корпус сваривается из отдельных лап, на которых монтируют шарошки. Опоры шарошечных долот имеют различные конструкции в зависимости от типа, размера и условий применения. Существует большое разнообразие схем опор шарошек, но все они, как правило, включают в себя различные типы подшипников (см. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1978, с. 140).

Однако воздействие негативных нагрузок на опоры долота ведет к разрушению основных рабочих элементов долота.

Опора долота, как и все долото, относится к изделиям невосстанавливаемым, а поэтому при их проектировании особенно должны соблюдаться принципы равной долговечности деталей, так как отказ одной детали ввиду невозможности ее замены влечет за собой отказ всей опоры и долота. Между тем этот принцип часто нарушается как при проектировании опоры, так и вооружения. В результате часто износ опор опережает износ вооружения. Соблюдение принципа равной долговечности узлов, деталей и элементов в долотах должно основываться на выборе оптимальных вариантов их конструкции и технологии изготовления, расположения, размеров и материалов для изготовления.

Известно буровое долото, имеющее цапфу для установки на ней шарошки с конической расточкой с опорой, содержащей уплотнение, выполненное в виде двух контактирующих друг с другом по торцевой поверхности вращающегося и неподвижного уплотнительных колец, при этом вращающееся кольцо окантовано по наружному диаметру эластичным элементом и установлено с упором последним в коническую расточку шарошки. Опора снабжена дополнительной плоской кольцевой прокладкой, неподвижное кольцо выполнено плоским и с кольцевыми герметизирующими выступами на одной из плоских поверхностей, причем эластичная кольцевая прокладка установлена за неподвижным кольцом с упором в кольцевой бурт цапфы и в кольцевые герметизирующие выступы неподвижного кольца, наружный диаметр которого больше наружного диаметра кольца в 1,01-1,15 раза (патент РФ N 2107800 МПК E 21 B 10/08).

Недостатками данного устройства опор шарошек долота является: 1. Отсутствие смазки на трущихся поверхностях подпятника опоры; 2. Невозможность отвода избытка тепла от трущихся элементов опоры (пластин); 3. Осевой люфт шарошек, который вследствие износа пластин будет увеличиваться.

Наиболее близким к предлагаемому является буровое шарошечное долото, содержащее лапу с наклонной цапфой на ней, шарошку, установленную при помощи опоры, выполненной из двух частей, на цапфе. (Cм. SU 233571, МПК E 21 B 10/22).

Недостатком является низкая износостойкость опор и вследствие этого недостаточный ресурс работы долота.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости опор и увеличение ресурса работы долота путем исключения из его конструкции подшипников, конструктивного изменения рабочих элементов опор, системы смазки и сборки шарошек, тем самым соблюдается принцип равной долговечности всех деталей долота.

Поставленная задача решается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем лапу с наклонной цапфой на ней, шарошку, установленную при помощи опоры, выполненной из двух частей, на цапфе, согласно решению, каждая часть опоры выполнена из трех рядов колец различного диаметра с продольными канавками на оппозитарных контактирующих друг с другом поверхностях, при этом выступы одной части размещены в пазах другой части, а шарошка выполнена с возможностью ее разборки и замены.

На концах каждого ряда колец могут быть выполнены буртики.

Кроме того, цапфа имеет крестообразную форму, а установленная на ней часть опоры имеет внутреннюю крестообразную полость.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид долота в разрезе, на фиг. 2 - внешний вид шарошки в разрезе, на фиг. 3 - часть опоры, на фиг. 4 - вид сверху части опоры, на фиг. 5 - цапфа долота, где: 1- одна часть опоры (разрезная); 2 - другая часть опоры; 3 - смазочный канал; 4 - сальниковое уплотнение (манжета); 5 - стопорная гайка; 6 - граверная шайба;
7 - стопорная шпилька;
8 - канал для закачки смазки;
9 - герметизирующее кольцевое уплотнение;
10 - часть шарошки (разрезная);
11 - вторая часть шарошки (верхний конус шарошки);
12 - резьбовое соединение;
13 - крестообразная проточка во внутренней части опоры;
14 - крестообразная цапфа;
15 - лапа;
16 - буртики.

Долото содержит корпус (на чертеже не показан), например, с тремя приваренными лапами 15 с наклонной цапфой 14 на каждой. На цапфе при помощи опоры, выполненной из двух частей 1, 2, установлена шарошка, которая выполнена из двух частей 10, 11. Часть шарошки 10 - разрезная. Внешняя поверхность верхней части 1 опоры имеет проточки глубиной 2,5 и шириной 2 мм. Аналогичные размеры имеют проточки (но с уменьшенной величиной допусков и посадок) на внешней поверхности части 2 опоры. Для улучшения фиксации и более жесткого крепления колец относительно друг друга предназначены буртики 16.

Принимая во внимание конструктивные особенности исполнения долота, необходимо поэтапно описать процесс его сборки. Часть 1 опоры долота запрессована в тело части 10 шарошки. На часть 2 опоры, представляющую собой цельную деталь с внутренней крестообразной проточкой 13, путем сварки сплошным швом крепятся две части 10, 11 шарошки. Собранная и сваренная конструкция надевается на крестообразную цапфу 14 долота, на которой установлена манжета 4. Затем эта часть шарошки фиксируется на цапфе при помощи стопорной гайки с левой резьбой 5, граверной шайбы 6 и стопорной шпильки 7. Часть 11 шарошки выполнена цельной и присоединяется к части 10 шарошки при помощи резьбового левостороннего соединения 12. Для герметизации соединения устанавливается кольцевое резинометаллическое уплотнение 9. Для фиксации части 11 шарошки и предотвращения ее отвинчивания в процессе бурения на стык резьбового соединения 12 наносится 2-3 поперечных сварочных шва. В систему смазки долота через канал для закачки смазки 8 подается под давлением смазывающее вещество, которое заполняет все полое пространство в лапе, цапфе и опорах долота через смазочный канал 3.

Материал для изготовления внешних контактирующих поверхностей частей 1, 2 опоры различен в зависимости от выполняемой функции. Внешняя поверхность части 1 опоры для снижения коэффициента трения выполняется из бериллиевой бронзы и защищается износостойким серебросодержащим сплавом, который вносится непосредственно в проточки. Внешняя поверхность части 2 опоры выполняется из стали марки 16хНЗНМА-Ш и защищается твердым покрытием типа стеллита или релита.

При использовании указанного типа опор значительно возрастает проходка на долото, возникает проблема износостойкости вооружения. Для решения этой задачи предлагается комплектовать долото сменными шарошками.

Смена шарошек проводится также поэтапно. При помощи сварки срезаются швы на стенке резьбового соединения частей 10, 11 шарошки. Отвинчивается часть 11 шарошки и уплотнительный манжет 4. Надевается на цапфу 14 соответствующая шарошка из запасного комплекта. Через смазкоподающий канал 8 в шарошку закачивается смазка. Система смазки опор в конкретном варианте долота состояла из вырезанного в лапе 15 цилиндрического канала, выполняющего функции резервуара-лубрикатора, перекрываемого крышкой. В лубрикаторе установлен компенсатор, обеспечивающий проталкивание смазки через смазочный канал к элементам опоры в процессе бурения. Компенсатор, будучи вначале изогнутым в складки и находящийся под действием давления закачанной смазки, под действием промывочной жидкости, давящей на крышку и компенсатор, постепенно прогибается внутрь кармана. Смазка подается по каналу и через отверстия в цапфе и внутренней части опоры поступает на трущиеся поверхности колец, а также в масляную камеру в корпусе шарошки. Смазка закачивается в долото через канал 8 в лапе долота при помощи простейших приспособлений: ниппеля, штуцера и шланга.

Формула изобретения

1. Буровое шарошечное долото, содержащее лапу с наклонной цапфой на ней, шарошку, установленную при помощи опоры, выполненной из двух частей, на цапфе, отличающееся тем, что каждая часть опоры выполнена из трех рядов колец различного диаметра с продольными канавками на оппозитарных контактирующих друг с другом поверхностях, при этом выступы одной части размещены в пазах другой части, а шарошка выполнена с возможностью ее разборки и замены.

2. Долото по п.1, отличающееся тем, что на концах каждого ряда колец выполнены буртики.

3. Долото по п. 1, отличающееся тем, что цапфа имеет крестообразную форму, а установленная на ней часть опоры имеет внутреннюю крестообразную полость.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5