Буровое долото с усиленной армировкой спинок лап

 

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в буровых долотах для любых способов бурения. Буровое долото с армировкой спинок лап содержит корпус с лапами, на которых размещен наплавленный слой твердого сплава, и подвижно закрепленными на цапфах лап шарошками с породоразрушающими зубьями. На козырьке и спинке лап выполнены пазы-углубления, внутри которых размещен наплавленный слой твердого сплава. На козырьке лап дно паза-углубления выполнено наклонным под острым углом α, раскрывающимся в направлении от кромки козырька лапы. Изобретение позволяет снизить интенсивность абразивного износа козырьков лап, зоны заварки замкового пальца и остальной поверхности спинки лапы, обеспечивая повышение стойкости опоры и долота в целом. 2 з.п. ф-лы, 25 ил.

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах для любых способов бурения.

Известно буровое долото, содержащее корпус с тремя секциями в виде лап, на цапфах которых подвижно закреплены три шарошки, наружная поверхность которых оснащена фрезерованными зубьями или твердосплавными породоразрушающими зубками. Большое значение для сохранения длительной работоспособности опор и долота в целом играет стойкость козырька лапы и ее спинки от истирания, в особенности при бурении абразивных пород.

Для повышения стойкости поверхность козырька лапы армируется рядами твердосплавных зубков, располагаемых с набегающей стороны спинки лапы и вдоль козырька лапы [1].

Армирующие зубки расположены таким образом, чтобы они при вращении долота наиболее полно перекрывали образующую линию спинки лапы и козырька.

Недостатком этой конструкции долота является продолжающийся все-таки износ поверхности спинки лапы за армированной полосой и особенно износ козырька, поскольку в тонкой его оконечности невозможно разместить твердосплавные зубки. Также недостаточно защищена зона заварки замкового пальца. При ее абразивном износе вначале разгерметизируется полость опоры, а при дальнейшем износе довольно часто происходит смещение и изворот самого пальца, что приводит к заклинке опоры.

Известно также долото с армировкой козырька и набегающей стороны спинки лапы наплавочным твердым сплавом [2].

Недостатки данного долота-прототипа состоят в следующем.

Поскольку поверхность козырька располагается в непосредственной близости от стенки скважины, абразивные частицы шлама, поднимаемые промывочной жидкостью или продувочным агентом с поверхности забоя, постоянно заполняют пространство между спинкой с козырьком и стенкой скважины. Наплавленный армирующий слой, наносимый на поверхность козырька и спинки лапы, удерживается на ней только силами сцепления. Толщина этого слоя ограничивается габаритами стенки скважины, козырька и величиной “завеса” (выступания наплавленного слоя за корпус).

Поэтому при максимальных габаритах опоры, необходимых для повышения ее стойкости, величина и толщина козырька и величина “завеса” вынужденно выбираются минимальными, что обусловливает выбор минимально возможной толщины наплавленного слоя.

Толщина наплавленного слоя на набегающей стороне спинки лапы лимитируется габаритами долота в меньшей степени, но при нанесении этого слоя трудно получить равное покрытие по глубине, ширине и толщине слоя, при котором истирание происходит более равномерно и при максимальной стойкости. Кроме того, на поверхности спинки, как и у аналога, недостаточно защищена зона заварки замкового пальца.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности армирования козырька, спинки лапы и зоны заварки замкового пальца.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом долоте с армировкой спинок лап, содержащем корпус с лапами, на которых размещен наплавленный слой твердого сплава, и подвижно закрепленными на цапфах лап шарошками с породоразрушающими зубьями, на козырьке и спинке лап выполнены пазы-углубления, внутри которых размещен наплавленный слой твердого сплава, при этом на козырьке лап дно паза-углубления выполнено наклонным под острым углом α, раскрывающимся в направлении от кромки козырька лапы. Дно паза-углубления выполнено гребенчатым с профилем в сечении в виде криволинейных или прямолинейных участков.

Наплавленный слой твердого сплава выступает над поверхностью спинки лапы и козырька, причем ширина выступающего слоя может быть больше ширины пазов-углублений.

На фиг.1 показан фрагмент бурового долота с предложенной схемой армировки (наплавки) спинки лапы; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 с вариантом нанесения наплавленного слоя 1, как у долота-прототипа; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.4 - то же, сечение А-А с изображением наплавленных слоев 3, 2, нанесенных в пазы-углубления; на фиг.5 - показан вариант нанесения наплавленного слоя в паз-углубление и пространство над ним; на фиг.6-9 - увеличение толщины наплавленных слоев 5, 6, 7, 8 за счет выполнения дна паза наклонным под острым углом α, раскрывающимся в сторону замкового пальца, при этом дно канавки выполняется в виде прямолинейных участков, как это показано на фиг.6 и 8, или совокупности криволинейных участков в виде выпукло-вогнутых гребней, подобных резьбе, как показано на фиг.7 и 9. На фиг.8 и 9 в сечении А-А показаны варианты армировки козырька и спинки лапы с заполнением твердым сплавом паза-углубления и пространства над ним. На фиг.10 изображена армировка козырька и спинки лапы бурового долота, как на фиг.1, с вариантом защиты зоны заварки замкового пальца. Позициями 9 (фиг.10), 10 (фиг.11) и 11 (фиг.12) обозначено нанесение наплавленного слоя в кольцевой паз-углубление круглой формы [сечения C₁-C₁ и С-С (повернуто)]. На фиг.13 показана армировка козырька и спинки, как на фиг.10, с вариантом полной защиты зоны заварки замкового пальца. Позициями 12, 13 и 14 на фиг.13, 14 и 15 обозначено выполнение армировки нанесением наплавленного слоя и в кольцевой паз внутри поверхности спинки, и над ней [сечения D₁-D₁ и D-D (повернуто)].

На фиг.16 показан вариант выполнения паза-углубления в виде сплошной рамки с прямолинейными верхним, нижним и боковыми участками. Позициями 15, 16 и 17 на фиг.16, 17 и 18 обозначено выполнение армировки нанесением наплавленного слоя в паз-угубление поверхности спинки [сечения E₁-E₁ и Е-Е (повернуто)].

На фиг.19 показана схема армировки козырька и спинки лапы, как на фиг.16, с вариантом полной защиты зоны заварки замкового пальца. Позициями 18, 19 и 20 на фиг.19, 20 и 21 обозначено выполнение армировки нанесением наплавленного слоя и в паз-углубление внутри поверхности спинки, и над ней [сечения F₁-F₁ и F-F (повернуто)].

На фиг.22 показан вариант армировки всей спинки начиная от козырька до линии, расположенной выше зоны заварки замкового пальца. Позициями 21, 22 и 23 на фиг. 22, 23 и 24 обозначено выполнение такой армировки [сечения G₁-G₁] и G-G (повернуто)].

Предложенная схема армировки спинки лапы в пазы-углубления, представленная на фиг.1-24, не исключает и другие варианты, например, с использованием на свободной от наплавки поверхности спинки лапы долота установки твердосплавных зубков 24, как это показано на фиг.25.

Предлагаемая армировка козырька и спинки лапы бурового долота, при которой на спинке лапы выполнены пазы-углубления, заполняемые наплавленным слоем твердого сплава, позволяет увеличить завес при увеличении толщины наплавленного слоя; а при такой же величине завеса - кратно увеличить толщину и объем этого слоя. Дно паза-углубления на козырьке спинки выполнено наклонным под острым углом α, раскрывающимся в направлении от кромки козырька, что позволяет повысить надежность сцепления наплавленного слоя с телом лапы и долговечность работы бурового долота.

При длительной работе бурового долота с предложенной армировкой спинок лап их козырек изнашивается значительно медленнее, дольше защищается полость опоры, особенно герметизированной. В большинстве предложенных вариантов армировки спинок лап, даже при полном износе твердосплавного покрытия до уровня козырька и спинки, наплавленный слой твердого сплава внутри паза-углубления продолжает надежно защищать их. Повышена защита зона заварки замкового пальца, исключена возможность разгерметизации опоры и изворот замкового пальца из-за износа металла его заварки, повышены стойкость долота в целом и его показатели в бурении. Это позволяет достигнуть требуемый технический результат.

Данное изобретение может быть применено в любых буровых долотах для сверхглубокого, глубокого и взрывного горно-рудного бурения.

Предлагаемое решение легко воспроизводится и надежно в работе.

Источники информации

1. Патент США № 5415243, 16.05.1995, МПК Е 21 В 10/16 (аналог).

2. Европатент ЕР № 0267140, 1988, МПК Е 21 В 10/24 (прототип).

Формула изобретения

1. Буровое долото с армировкой спинок лап, содержащее корпус с лапами, на которых размещен наплавленный слой твердого сплава, и подвижно закрепленными на цапфах лап шарошками с породоразрушающими зубьями, отличающееся тем, что на козырьке и спинке лап выполнены пазы-углубления, внутри которых размещен наплавленный слой твердого сплава, при этом на козырьке лап дно паза-углубления выполнено наклонным под острым углом α, раскрывающимся в направлении от кромки козырька лапы.

2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что дно паза-углубления выполнено гребенчатым с профилем в сечении в виде криволинейных или прямолинейных участков.

3. Буровое долото по п.1 или 2, отличающееся тем, что наплавленный слой твердого сплава выступает над поверхностью спинки лапы и козырька, причем ширина выступающего слоя может быть больше ширины пазов-углублений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25