Буровое долото с продувкой забоя воздухом и герметизацией опор шарошек

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2486329:

Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") (RU)

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к буровым долотам с продувкой забоя воздухом. Обеспечивает повышение надежности и эффективности работы долота. Буровое долото с продувкой забоя воздухом и герметизацией опор шарошек содержит корпус из трех сваренных секций с присоединительной резьбой, продувочными каналами для очистки забоя от шлама, компенсационными узлами расхода смазки в опорах с эластичными мембранами и каналами, подводящими к ним давление, шарошки с породоразрушающими зубьями, подвижно закрепленные на цапфах лап с помощью подшипников качения и скольжения. Принудительное давление воздуха на эластичные мембраны компенсационных узлов осуществляется через подводящие каналы, выполненные в грудках лап со стороны ниппеля и со стороны полости компенсационного узла, и полые трубки, закрепленные одним концом на входе этих подводящих каналов, и открытые с другого конца во внутренней ниппельной полости долота. 1 ил.

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к буровым долотам с продувкой забоя воздухом.

Известно буровое долото [1], принятое за аналог. Это долото с герметизированной опорой шарошек предназначено для бурения глубоких скважин в нефтегазовой отрасли.

В этом долоте узел компенсации смазки во время бурения расположен в верхней части секции, между резьбой для присоединения к бурильной колонне и цапфой лапы. Основной деталью узла компенсации является эластичная мембрана, которая при изменении давления в скважине осуществляет возвратно-поступательное движение и воздействует на смазку, задавливая ее через систему каналов в лапе в зоны трения в опорах. В полости отверстия под узел компенсации смазки расположены также стальной габаритный стаканчик, неподвижно закрепленный на уступе отверстия вместе с эластичной мембраной. Снаружи корпуса лапы гнездо узла компенсации смазки закрыто герметизированной крышкой, фиксируемой разжимным стопорным кольцом. Со стороны надшарошечного пространства гнездо узла компенсатора смазки соединено с затрубным пространством с помощью отверстия.

Недостатком такого узла компенсации смазки является место расположения отверстия в надшарошечном пространстве, которое часто засаливается избытком вязкого шлама, выводя узел из строя. Общеизвестно, что при прохождении промывочной жидкости сквозь насадки-сопла на забой происходит перепад давления на долоте, составляющий до одной трети от давления в трубном пространстве и внутренней полости долота. Несмотря на этот недостаток, даже уменьшенного давления в затрубном пространстве достаточно для непрерывной очистки забоя от шлама, а также для работы компенсационного узла. Поэтому указанная схема широко и успешно применяется в долотах для глубокого бурения с промывкой забоя жидкостью. Однако эта схема не нашла применения в карьерном бурении мелких скважин с продувкой забоя воздухом.

Известно другое буровое долото [2], принятое в качестве прототипа, с герметизированной маслонаполненной опорой и продувкой забоя воздухом. В этом долоте узел компенсации смазки расположен, как и в аналоге, с наружной стороны лапы, в верхней части корпуса.

В этом долоте предусмотрены три автономные системы. Первая - для очистки забоя сжатым воздухом через три боковые насадки-сопла. Вторая - для охлаждения опор от перегрева. В этой системе часть воздуха из трубного пространства направлена по индивидуальной системе каналов внутрь цапфы лапы, минуя полость опоры. Третья система - смазочная. Как и в аналоге, эта система снабжена резервуаром для узла компенсации смазки, эластичной мембраной, стальным габаритным стаканчиком, герметизированной крышкой со стопорным разжимным кольцом, индивидуальной системой каналов для подвода смазки из резервуара к зоне нагрева подшипников.

Основным недостатком прототипа, мешавшим его широкому внедрению в бурение, было низкое принудительное давление на эластичную мембрану в течение всего времени бурения. Так же, как и в аналоге, перепад (потеря) давления на долоте составлял около одной трети общего давления на стояке. Оставшегося давления в затрубном пространстве было недостаточно. В большинстве применяемых передвижных станках для бурения карьерных скважин малой глубины компрессоры, работающие в режиме экономии электроэнергии, развивают невысокое давление в бурильной колонне (порядка 3-4 атм).

После перепада (потери) давления на долоте даже это невысокое давление уменьшается еще на треть. Такого давления не хватает, чтобы продавить вязкую долотную смазку через систему каналов к подшипникам опоры. Поэтому увеличение принудительного давления на эластичную диафрагму в течение всего периода бурения является важной задачей, особенно если учесть современную тенденцию замены в опорах шарошек недостаточно стойких подшипников качения на гораздо более стойкие подшипники скольжения, способные работать только в условиях непрерывной смазки и своевременной компенсации ее расхода во время бурения.

Целью данного изобретения является обеспечение повышения надежности и эффективности работы долота за счет улучшения компенсационного узла маслонаполненной герметизированной опоры.

Указанная цель достигается тем, что в буровом долоте с продувкой забоя воздухом и герметизацией опор шарошек, содержащем корпус из трех сваренных секций с присоединительной резьбой, продувочными каналами для очистки забоя от шлама, компенсационными узлами расхода смазки в опорах с эластичными мембранами и каналами, подводящими к ним давление, шарошки с породоразрушающими зубьями, подвижно закрепленные на цапфах лап с помощью подшипникоав качения и скольжения, в котором принудительное давление воздуха на эластичные мембраны компенсационных узлов осуществляется через подводящие каналы, выполненные в грудках двухгранных углов лап со стороны ниппельной части долота и со стороны смазочного гнезда, а также полые трубки, закрепленные одним концом на входе в подводящие каналы и открытые с другого конца внутри трубного пространства в ниппельной части долота.

При этом энергия потока сжатого воздуха полностью направляется через боковые продувочные каналы для очистки забоя от шлама. Величина принудительного давления на эластичные мембраны, равного давлению в трубном пространстве, всегда больше, чем в аналоге и прототипе, на величину перепада давления на долоте.

На фиг.1 показано сечение одной секции предлагаемого бурового долота. Позициями обозначены: 1 - лапа секции долота, 2 - шарошка, 3 - шариковый замковый подшипник, 4 - радиальные подшипники скольжения, 5 - плавающая втулка скольжения, 6 - упорный подшипник скольжения, 7 - плавающая шайба, 8 - герметизирующий опору эластичный элемент, 9 - цапфа лапы, 10 - гнездо для компенсационного узла, 11 - эластичная мембрана компенсационного узла, 12 - металлический габаритный стаканчик, 13 - крышка компенсационного узла, 14 - эластичное кольцо, герметизирующее крышку, 15 - стопорное кольцо для крышки, 16 - трубка, 17 - каналы, соединяющие полость трубки с полостью гнезда 10, 18 - уплотнение для крепления трубки в канале 17, 19 - продувочное сопло-насадка для подачи сжатого воздуха на забой, 20 - система каналов для подвода смазки из гнезда компенсационного узла в опору.

Секции могут свариваться в корпус электронным тепловым лучом или обычной сваркой. Схема расположения подшипников в опоре, показанная на фиг.1, является предпочтительной, но она может изменяться в случае необходимости. Трубка 16 может устанавливаться или при сборке секций, или в уже собранном долоте. Схема крепления трубки также может быть различной - на резьбе, с помощью эластичной прокладки, с помощью клея и др. Верхний край трубки 16 для предохранения от попадания может защищаться фильтром-сеткой, может иметь скос для защиты от возможности накопления шлама на торце трубки (не показано).

В верхней части полости ниппеля, являющейся трубным пространством, для герметизации и предотвращения попадания в полость шлама через продувочные каналы во время наращивания буровой штанги или при внезапной остановке компрессора может быть установлен предохранительный герметизирующий клапан любой известной конструкции.

Заправка смазкой полости компенсационного узла может производиться с помощью вакуумной установки в заводских условиях, а дозаправка - непосредственно на буровой.

При работе долота на забое при компенсации расхода смазки в опорах полностью используется величина внутритрубного давления для воздействия на эластичную мембрану. Это давление больше, чем в прототипе, примерно на одну треть. Преимущество предлагаемого изобретения позволяет повысить продолжительность работы опоры и показатели долота в целом.

Возможность осуществления изобретения подтверждается успешными промысловыми испытаниями опытных образцов буровых долот, изготовленных в соответствии с данным изобретением.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент США «Буровое долото с торцевым уплотнением и компенсатором расхода смазки», кл. Е21В 10/20, 1988.

2. Патент РФ №1559095 «Буровое шарошечное долото», кл. Е21В 10/22, 1988.

Буровое долото с продувкой забоя воздухом и герметизацией опор шарошек, содержащее корпус из трех сваренных секций с присоединительной резьбой, продувочными каналами для очистки забоя от шлама, компенсационными узлами расхода смазки в опорах с эластичными мембранами и каналами, подводящими к ним давление, шарошки с породоразрушающими зубьями, подвижно закрепленные на цапфах лап с помощью подшипников качения и скольжения, отличающееся тем, что принудительное давление воздуха на эластичные мембраны компенсационных узлов осуществляется через подводящие каналы, выполненные в грудках лап со стороны ниппеля и со стороны полости компенсационного узла, и полые трубки, закрепленные одним концом на входе этих подводящих каналов и открытые с другого конца во внутренней ниппельной полости долота.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот. .

Буровое шарошечное долото с циркуляционной системой смазки опоры // 2453675

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот. .

Герметизированная опора шарошечного долота // 2430232

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот, содержащих лапу с цапфой, выполненных с каналами для подачи смазки, шарошку, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника, и размещенное в выточке уплотнительное эластичное кольцо.

Подшипниковый узел шарошки бурового долота // 2411338

Изобретение относится к буровой технике, к конструкции шарошечного долота для бурения скважин, подшипниковым узлам, воспринимающим большие односторонние осевые и радиальные нагрузки.

Буровое шарошечное долото // 2410520

Изобретение относится к шарошечным долотам для бурения скважин с очисткой забоя скважин газообразным агентом. .

Буровое долото с герметизированной опорой // 2389859

Изобретение относится к области буровой техники и может использоваться при производстве буровых шарошечных долот, предназначенных для бурения глубоких скважин с целью добычи нефти и газа.

Каналы для гидродинамической подачи смазки для бурового долота с конической шарошкой // 2363830

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту, а именно к системам смазки опоры долота. .

Буровой режущий элемент с устройством для заполнения его смазкой // 2327850

Наддолотный лубрикатор // 2304690

Изобретение относится к буровой технике, а именно к наддолотным лубрикаторам для смазки опор шарошечных долот в процессе бурения. .

Уплотнение опоры шарошки // 2298634

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам и бурильным головкам для бурения скважин. .

Резервуар для смазочной системы бурового шарошечного долота // 2488679

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при изготовлении шарошечных буровых долот

Буровое шарошечное долото с герметизированной опорой // 2491407

Система смазки бурового шарошечного долота с герметизированными опорами // 2495218

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту, а именно к системам смазки опоры бурового долота. Обеспечивает повышение долговечности опоры бурового долота, возможность обновления смазочного материала в зоне трения в процессе эксплуатации долота. Система смазки бурового шарошечного долота с герметизированными опорами включает узел компенсации смазки в опоре и систему каналов и полостей, соединяющих узел компенсации смазки с зонами трения в опоре. В замковом пальце имеется две полости, не сообщающиеся друг с другом, одна из которых обеспечивает поступление смазочного материала из масляного резервуара через длинный канал в полость опоры, а другая в совокупности с отверстием по оси цапфы обеспечивает отвод из полости опоры отработавшего смазочного материала. Дополнительно имеются два клапана и постоянный магнит, при этом впускной клапан вмонтирован в отверстие по оси цапфы вблизи упорного торца цапфы, выпускной клапан вмонтирован в замковый палец, вблизи спинки лапы, а постоянный магнит расположен в полости замкового пальца, сообщающейся с отверстием по оси цапфы. Смазочная система заполнена смазочным маслом с антизадирными присадками. 1 ил.

Резервуар для смазочной системы бурового шарошечного долота // 2513927

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при изготовлении шарошечных буровых долот. Обеспечивает повышение надежности и работоспособности долота. Резервуар для смазки опоры бурового шарошечного долота содержит автономный корпус со вставным дном и стопорным устройством, герметично устанавливаемый и жестко закрепляемый в отверстии лапы со стороны затрубного пространства, разделительный элемент между смазкой и промывочной жидкостью, позволяющий регулировать давление на смазку внутри резервуара, коническое резьбовое отверстие с пробкой для заправки смазки, боковую проточку с выходным отверстием на стенке корпуса для соединения с каналом системы смазки в лапе для вакуумирования полости опоры и закачки в нее смазки, а также систему каналов и отверстий для подвода внутрь резервуара промывочной жидкости. Разделительный элемент выполнен подвижным, в виде герметизированного поршня, перемещающегося внутри резервуара в зависимости от разницы давления в затрубном пространстве и внутри полости опоры, при этом на его боковой поверхности выполнена кольцевая проточка, соединенная отверстием с внутренней полостью в поршне со стороны смазки, вершина которой со стороны промывочной жидкости снабжена прорезным лепестковым клапаном, открывающимся при избыточном давлении смазки в опоре для сбрасывания его и закрывающимся при выравнивании давления. 9 ил.

Шарошка бурового долота // 2574095

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород. Технический результат заключается в увеличении срока службы шарошки при одновременном снижении трудоемкости изготовления. Шарошка бурового долота содержит корпус, ось, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, камеру переменного объема с поршнем, сообщенную с внутренней полостью шарошки. Между крышкой и подшипником, на оси, с возможностью ограниченного осевого перемещения, установлен подпружиненный относительно крышки поршень. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Шарошка бурового долота // 2579101

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород. Технический результат заключается в увеличении срока службы шарошки при одновременном снижении трудоемкости изготовления. Шарошка бурового долота содержит корпус, ось со сквозным осевым каналом, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, камеру переменного объема с поршнем, сообщенную с внутренней полостью шарошки. В центральном отверстии оси, оппозитно друг другу, установлены два поршня, соединенные пружиной растяжения, а в средней части оси, с возможностью сообщения центрального отверстия оси с внутренней полостью шарошки, выполнен как минимум один радиальный канал. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Компоновка шарошки с компенсацией давления для буровой тоннелепроходческой машины // 2580861

Группа изобретений относится к компоновкам шарошки для буровой тоннелепроходческой машины. Технический результат заключается в предотвращении попадания грязи и других посторонних веществ в компоновке шарошек, работающих в условиях высоких гидростатических давлений. Компоновка шарошки с компенсацией давления для буровой тоннелепроходческой машины включает в себя вал, кольцевой резец в сборе, установленный с возможностью вращения на валу, и первый и второй концевые фиксаторы, закрепленные невращающимися на валу. Группы вращающихся уплотнений, погруженные в смазку, создают подвижное уплотнение между вращающимся кольцевым резцом в сборе и концевыми фиксаторами. Перемещающийся поршневой элемент подвергается воздействию внешнего давления и находится в контакте со смазкой, так что увеличение внешнего давления должно увеличивать давление смазки, при этом перепад давления на уплотнении поддерживается незначительным. В одном варианте осуществления поршень является частью плавающего фиксатора. В других вариантах осуществления поршень является кольцевым поршнем либо поршень представляет собой множество поршней, установленных в концевом фиксаторе. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

Шарошка бурового долота // 2612171

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород. Технический результат заключается в увеличении срока службы шарошки. Шарошка бурового долота содержит корпус, ось, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, снабженную подпружиненным относительно нее поршнем с образованием камеры переменного объема, образованной между поршнем и подшипником, при этом поршень и корпус снабжены парой уплотнительных элементов. Корпус и крышка на месте сопряжения с осью снабжены дополнительными уплотнительными элементами, выполненными из пористого материала. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Шарошка бурового долота // 2612172

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра. Технический результат заключается в увеличении срока службы шарошки. Шарошка бурового долота содержит маслонаполненный корпус, ось, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, на оси выполнено центральное цилиндрическое отверстие с образованием камеры переменного объема. Центральное цилиндрическое отверстие по торцам снабжено пробками, в котором установлена герметичная газонаполненная камера, выполненная из эластичного материала ответно отверстию. Начальное давление в эластичной камере не ниже атмосферного, а отношение давления масла в корпусе к начальному давлению газа в камере находится в диапазоне от 2 до 4. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.