Система и способ фиксации лапы на гибридных долотах
Группа изобретений относится к гибридным долотам для бурения подземных пород. Технический результат заключается в упрощении процесса сборки и ремонта долота при сохранении его прочности. Долото для бурения подземных пород включает корпус; по меньшей мере одну фиксированную лопасть, связанную с корпусом и удерживающую по меньшей мере один режущий элемент; одну или более лап, каждая из которых удерживает с возможностью вращения шарошку, имеющую по меньшей мере один режущий элемент, причем корпус долота имеет паз, который имеет первую и вторую боковые стенки, третью стенку, соединяющую боковые стенки, и который выполнен с возможностью установки в него установочной части лапы, имеющей боковую стенку, выполненную с возможностью сопряжения с первой боковой стенкой паза; шпонку, размещенную между установочной частью лапы и стенкой паза; клин, имеющий боковую сторону, наклоненную под тупым углом и выполненную с возможностью размещения между наклоненной под острым углом боковой стенкой лапы и второй боковой стенкой паза, тем самым фиксируя лапу внутри паза; и несколько крепежных элементов, присоединяющих лапу и клин к корпусу долота. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка претендует на приоритет Заявки US 12/114537, поданной 2 мая 2008 г. под названием "Система фиксации лапы на гибридных долотах и соответствующий способ", включенной в настоящее описание посредством специальной ссылки.
Область техники
В общем, настоящее изобретение относится к долотам для бурения подземных пород, и в частности к долоту, имеющему комбинацию шарошечных и фиксированных резцов и режущих элементов, и способу использования их для бурения.
Уровень техники
В US 3294186 раскрывается использование прокладок из никеля для высокотемпературной пайки компонентов дробящего долота.
В US 3907191 раскрывается "долото для роторного бурения твердых пород, составленное из нескольких отдельных сегментов. Каждый отдельный сегмент включает две поверхности разделения и калибрующую режущую поверхность. Отдельные сегменты располагают, так, что примыкают друг к другу, при этом поверхности разделения прилегающих сегментов упираются одна в другую. Вокруг сегментов помещают калибровочное кольцо и отдельные сегменты смещают друг относительно друга так, что поверхности разделения отдельного сегмента скользят относительно поверхностей разделения смежных сегментов. Сегменты перемещают, пока их калибрующие режущие поверхности не войдут в соприкосновение с калибровочным кольцом, что обеспечит требуемый размер по диаметру. Сегменты сваривают друг с другом по значительной части поверхностей разделения".
В US 5439067 раскрывается "шарошечное буровое долото для формирования ствола скважины, имеющее цельный корпус, нижняя часть которого имеет выпуклую внешнюю поверхность, а верхняя часть приспособлена для присоединения к буровой колонне. Предпочтительно, к корпусу долота прикреплено несколько несущих рычагов, отходящих от него. У каждого несущего рычага имеется внутренняя поверхность, к которой прикреплена цапфа, и наружная поверхность. Каждая цапфа выступает в целом вниз и внутрь относительно соответствующего несущего рычага. На каждой из цапф установлен шарошечный режущий узел, и число таких узлов равно числу несущих рычагов. Несущие рычаги разнесены по внешней поверхности корпуса долота для обеспечения протекания потока бурового раствора между нижней частью корпуса долота и несущими рычагами. Кроме того, длина несущих рычагов выбирается так, чтобы обеспечить хорошее протекание потока бурового раствора между соответствующим шарошечным режущим узлом и нижней частью корпуса долота. Один и тот же корпус долота может быть использован в различных шарошечных буровых долотах, имеющих различные калибрующие диаметры".
В US 5439068 раскрывается "шарошечное буровое долото для формирования ствола скважины, имеющее цельный корпус, нижняя часть которого имеет выпуклую внешнюю поверхность, а верхняя часть приспособлена для присоединения к буровой колонне. Буровое долото обычно вращается вокруг центральной оси корпуса долота. Предпочтительно, в гнездах, сформированных в корпусе долота, закреплено несколько несущих рычагов, отходящих от корпуса. У каждого несущего рычага имеется внутренняя поверхность, к которой прикреплена цапфа, и наружная поверхность. Каждая цапфа выступает в целом вниз и внутрь относительно продольной оси соответствующего несущего рычага и центральной оси корпуса долота. На каждой цапфе установлен соответствующий шарошечный режущий узел, и число таких узлов равно числу несущих рычагов. Расстояние между несущими рычагами, а также их соответствующие размеры по длине и ширине выбираются для обеспечения потока бурового раствора между шарошечными режущими узлами, установленными на соответствующих несущих рычагах, и нижней частью корпуса долота. Предпочтительно, в каждом несущем рычаге имеется емкость для смазки для подачи смазки к одному или более узлам подшипника, расположенным между каждым шарошечным режущим узлом и соответствующей цапфой. Для установки и точной ориентации части каждого несущего рычага внутри соответствующего гнезда в процессе изготовления бурового долота могут быть использованы сопряженные отверстия и штифты, или сопряженные пазы и шпонки."
В US 5595255 раскрывается "шарошечное буровое долото для формирования ствола скважины, верхняя часть корпуса которого приспособлена для присоединения к буровой колонне. Буровое долото вращается вокруг центральной оси корпуса долота. Предпочтительно, от корпуса долота отходит несколько несущих рычагов. Несущие рычаги могут быть либо сформированы как неотъемлемая часть корпуса долота, либо закреплены на наружной поверхности корпуса долота в гнездах, размер которых приспособлен для установки в них соответствующего несущего рычага. У каждого несущего рычага имеется нижняя часть с внутренней поверхностью, к которой присоединена цапфа, и наружная затылочная поверхность. Каждая цапфа выступает в целом вниз и внутрь по отношению к соответствующему несущему рычагу. На цапфах установлены шарошечные режущие узлы, число которых равно, соответственно, числу несущих рычагов. На нижней части каждого несущего рычага вблизи соответствующей цапфы имеется разгрузочный проход для усиления потока бурового раствора между несущим рычагом и соответствующим шарошечным режущим узлом."
В US 5606895 раскрывается "шарошечное буровое долото, имеющее цельный корпус, нижняя часть которого имеет выпуклую внешнюю поверхность, а верхняя часть приспособлена для присоединения к буровой колонне. Буровое долото обычно вращается вокруг центральной оси корпуса долота, формируя ствол скважины. Предпочтительно, в гнездах, сформированных в корпусе долота, закреплено несколько несущих рычагов, отходящих от корпуса. Использование корпуса долота в совокупности с несущими рычагами позволяет снизить исходные затраты на изготовление и обеспечивает восстановление изношенного бурового долота. У каждого несущего рычага имеется внутренняя поверхность, к которой прикреплена цапфа, и наружная затылочная поверхность. Каждая цапфа выступает в целом вниз и внутрь относительно продольной оси соответствующего несущего рычага и центральной оси корпуса долота. На каждой цапфе установлен соответствующий шарошечный режущий узлы, и число таких узлов равно числу несущих рычагов. Радиальный разнос несущих рычагов по периметру связанного с ними корпуса долота, а также их соответствующие размеры по длине и ширине выбираются так, чтобы обеспечить хорошее протекание бурового раствора между шарошечными режущими узлами, установленными на соответствующих несущих рычагах, и нижней частью корпуса долота. В полученном таким образом буровом долоте обеспечивается улучшенное протекание бурового раствора, повышенная герметичность и срок службы подшипника, более эффективная работа в скважине, а также стандартизация процесса разработки и изготовления."
В US 5624002 раскрывается "шарошечное буровое долото, имеющее цельный корпус, нижняя часть которого имеет выпуклую внешнюю поверхность, а верхняя часть приспособлена для присоединения к буровой колонне. Буровое долото обычно вращается вокруг центральной оси корпуса долота, формируя ствол скважины. Предпочтительно, в гнездах, сформированных в корпусе долота, закреплено несколько несущих рычагов, отходящих от корпуса. Использование взаимодействия корпуса долота с несущими рычагами позволяет снизить исходные затраты на изготовление и обеспечивает восстановление изношенного бурового долота. У каждого несущего рычага имеется внутренняя поверхность, к которой прикреплена цапфа, и наружная затылочная поверхность. Каждая цапфа выступает в целом вниз и внутрь относительно продольной оси соответствующего несущего рычага и центральной оси корпуса долота. На каждой цапфе установлен соответствующий шарошечный режущий узел, и число таких узлов равно числу несущих рычагов. Радиальный разнос несущих рычагов по периметру связанного с ними корпуса долота, а также их соответствующие размеры по длине и ширине выбираются так, чтобы обеспечить хорошее протекание бурового раствора между шарошечными режущими узлами, установленными на соответствующих несущих рычагах, и нижней частью корпуса долота. В полученном таким образом буровом долоте обеспечивается улучшенное протекание бурового раствора, повышенная герметичность и срок службы подшипника, более эффективная работа в скважине, а также стандартизация процесса разработки и изготовления."
В патенте на промышленный образец US D372253 описаны несущий рычаг и шарошка для модульного бурового долота.
Раскрытые здесь изобретения относятся к усовершенствованному гибридному долоту, имеющему комбинацию шарошечных и фиксированных резцов и режущих элементов.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается долото для бурения подземных пород, включающее: корпус; по меньшей мере одну фиксированную лопасть, связанную с корпусом и удерживающую по меньшей мере один режущий элемент; одну или более лап, каждая из которых удерживает с возможностью вращения шарошку, имеющую по меньшей мере один режущий элемент, причем корпус долота имеет паз, который имеет первую и вторую боковые стенки, третью стенку, соединяющую боковые стенки, и который выполнен с возможностью установки в него установочной части лапы, имеющей боковую стенку, выполненную с с возможностью сопряжения с первой боковой стенкой паза; шпонку, размещенную между установочной частью лапы и стенкой паза; клин, имеющий боковую сторону, наклоненную под тупым углом и выполненную с возможностью размещения между наклоненной под острым углом боковой стенкой лапы и второй боковой стенкой паза, тем самым фиксируя лапу внутри паза; и несколько крепежных элементов, присоединяющих лапу и клин к корпусу долота.
Первая и вторая боковые стенки паза выполнены параллельными. При этом одна из боковых стенок паза образует острый угол с третьей стенкой, а другая боковая стенка паза образует тупой угол. Клин предпочтительно размещен непосредственно рядом с боковой стенкой, наклоненной под тупым углом.
Клин может иметь две стороны, наклоненные под тупым углом.
Несколько крепежных элементов предпочтительно включают один или более болтов, проходящих через клин и прикрепляющих клин вместе с лапой к корпусу долота.
Шпонка может нести как осевые, так и срезающие нагрузки.
В другом варианте предлагается гибридное буровое долото, включающее: корпус; по меньшей мере одну фиксированную лопасть, связанную с корпусом и удерживающую по меньшей мере один режущий элемент; одну или более лап, удерживающих с возможностью вращения шарошку, каждая из которых имеет по меньшей мере один режущий элемент, причем корпус имеет паз, имеющий первую и вторую параллельные боковые стенки, третью стенку, соединяющую боковые стенки, так, что одна из боковых стенок паза образует острый угол с третьей стенкой, а другая боковая стенка паза образует тупой угол, и паз выполнен с возможностью установки в него установочной части лапы, имеющей боковую стенку лапы, выполненную с возможностью сопряжения с боковой стенкой паза, образующей острый угол; шпонку, размещенную между установочной частью лапы и стенкой паза; клин, выполненный с возможностью размещения между боковой стенкой лапы и второй стенкой паза, тем самым фиксируя лапу внутри паза; и несколько крепежных элементов, присоединяющих лапу и клин к корпусу долота.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен в плане вид снизу варианта выполнения гибридного долота для бурения подземных пород;
на фиг. 2 представлен вид сбоку варианта выполнения гибридного долота для бурения подземных пород, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3 представлен в разобранном виде другой вариант выполнения гибридного долота для бурения подземных пород, показанного на фиг. 1, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 4 представлен комбинированный вид сбоку при вращении гибридного бурового долота, показанного на фиг. 1;
на фиг. 5 представлен упрощенный вид сбоку гибридного долота для бурения подземных пород, показанного на фиг. 1, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением; и
на фиг. 6 представлен упрощенный вид в плане поперечного сечения гибридного долота для бурения подземных пород, показанного на фиг. 1, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 7 представлено в разобранном виде изображение, приведенное на фиг. 6; и
на фиг. 8 представлен упрощенный вид сбоку сечения гибридного долота для бурения подземных пород, показанного на фиг. 1, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание осуществления изобретения
Описанные выше фигуры чертежей и приводимое ниже описание конкретных структур и функций не предназначены для ограничения объема изобретения или области притязаний приложенной формулы. Напротив, чертежи и описание предназначены для того, чтобы показать любому специалисту, как могут быть изготовлены и использованы изобретения, для которых испрашивается патентная защита. Специалистам должно быть понятно, что для краткости и лучшего понимания описаны или показаны не все признаки промышленных вариантов осуществления изобретений. Специалистам также должно быть понятно, что разработка реальных конструкций, включающих особенности настоящего изобретения, для достижения целей разработки промышленного образца потребует многочисленных решений, обусловленных конкретным вариантом реализации. Такие решения, обусловленные конкретным вариантом реализации, могут включать соблюдение ограничений системного, делового, нормативного и иного характера, хотя, скорее всего, не сводятся к ним. Эти ограничения могут отличаться для конкретного варианта осуществления, местоположения, и в разное время. Хотя стоящие перед разработчиком задачи будут сложны и трудоемки в абсолютном выражении, использование данного раскрытия для специалиста сделает решение этих задач обычной работой. Следует понимать, что раскрытое и описанное здесь изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы. И, наконец, использование термина в единственном числе, например, выражаемого неопределенным артиклем, или иным способом, не подразумевает ограничения количества элементов. Кроме того, термины, выражающие соотношения, например, "верх", "низ", "левый", "правый", "верхний", "нижний", "вниз", "вверх", "боковой" и другие, используются в описании для прояснения конкретных ссылок на чертежи, и не предполагают ограничения области притязаний изобретения или приложенной формулы.
Заявители создали долото для бурения подземных пород, содержащее: одну или более лап; корпус долота, имеющий лопасть и паз для введения в него лапы; один или более клиньев между лапой и пазом, фиксирующих лапу внутри паза. Паз может иметь две параллельных боковых стенки, одна из которых образует острый угол, а другая образует тупой угол. Клин может закрепляться непосредственно рядом с боковой стенкой, образующей тупой угол. Клин может иметь две стороны, наклоненные под тупым углом. Долото может иметь один или более болтов, проходящих сквозь каждый клин, для прикрепления клина и лапы к корпусу долота. В альтернативных вариантах выполнения, паз может иметь две боковые стенки, которые не параллельны друг другу, например, первая из них может проходить примерно прямо наружу от центральной оси корпуса долота. В этом случае, клин желательно прикрепить непосредственно у этой первой боковой стенки. В большинстве случаев, однако, боковую стенку клина, наклоненную под тупым углом, желательно прикреплять непосредственно у стенки лапы, наклоненной под острым углом.
Со ссылкой на фиг. 1-2 приводится описание частного варианта выполнения модульного гибридного долота для бурения подземных пород. Долото 11 может быть аналогично долоту, описанному в публикациях патентных заявок US 20090272582 и (или) 20080296068, включенных в настоящее описание посредством частной ссылки. Долото 11 содержит корпус 13 долота, имеющий продольную ось 15, определяющую центральную ось корпуса 13 долота. От корпуса 13 долота в осевом направлении параллельно продольной оси 15 отходит несколько (например, две, как показано) лап долота или головок 17. Поскольку лапы 17 закреплены вокруг корпуса 13 долота, они могут также выступать в радиальном направлении от корпуса 13 долота. Корпус 13 долота также имеет несколько фиксированных лопастей 19, проходящих вдоль оси.
На соответствующих лапах 17 долота установлены шарошки 21. Форма и расположение каждой из шарошек 21 выбираются таким образом, что каждая поверхность шарошек 21 отстоит по радиусу от центральной оси 15 на минимальное радиальное расстояние 23. На шарошках установлено несколько режущих вставок или элементов 25 шарошки, отстоящих по радиусу от центральной оси 15 на минимальное радиальное расстояние 27. Минимальные радиальные расстояния 23, 27 могут изменяться в соответствии с конкретным применением и могут отличаться от шарошки к шарошке и (или) от режущего элемента к режущему элементу.
Кроме этого, несколько фиксированных режущих элементов 31 установлено на фиксированных лопастях 19. По меньшей мере один из фиксированных режущих элементов 31 может быть расположен на центральной оси 15 корпуса 13 долота и приспособлен для прорезания породы по центральной оси. В одном варианте выполнения, по меньшей мере один из фиксированных режущих элементов 31 расположен в пределах примерно 0,040 дюйма от центральной оси. Примеры режущих элементов 25 шарошки и фиксированных режущих элементов 31 включают вставки из карбида вольфрама, резцы, выполненные из сверхтвердого материала, например поликристаллического алмаза, и другие известные специалистам режущие элементы.
Фиг. 3 иллюстрирует модульный характер долота 11. На фиг. 3 представлен вид различных частей разобранного долота 111. Частный вариант выполнения, показанный на фиг. 3, представляет собой трехшарошечное, трехлопастное долото. Модульные принципы конструкции настоящего изобретения в равной мере применимы к двухшарошечному, двухлопастному долоту 11, показанному на фиг. 1 и 2, и гибридным долотам с любой комбинацией фиксированных лопастей и шарошек.
Как показано на чертежах, долото 111 включает часть, или секцию, 113 хвостовика, имеющую резьбу или иным способом приспособленную на своем верхнем конце для присоединения к буровой колонне. В нижнем конце хвостовика 113 сформировано в целом цилиндрическое приемное отверстие 115. В приемное отверстие 115 вставляется имеющая соответствующую форму и размеры цилиндрическая область 117 на верхнем конце части 119 корпуса долота. Части хвостовика 113 и корпуса 119 соединяются друг с другом путем введения цилиндрической области 117 на верхнем конце части 119 корпуса в цилиндрическое приемное отверстие 115 в нижнем конце хвостовика 113. Для показанного долота размером 12-1/4 дюйма, приемное отверстие представляет собой внутреннюю резьбу класса 2, которая стыкуется с сопряженной наружной резьбой на верхнем конце корпуса. Кольцевой шов, или стык, затем фиксируется непрерывным узким сварным швом для скрепления двух частей или секций. Приемное отверстие 115 и верхний конец 117 не обязательно должны быть цилиндрическими, а могут иметь и другие сопрягаемые формы, например, могут соединяться на скользящей или ходовой посадке, прочность соединения которой обеспечивается сваркой. В альтернативном варианте, соединение может быть усилено плотной посадкой с натягом между верхним концом 119 и приемным отверстием 115. Также могут использоваться круговые прихваточные швы и (или) сплошной сварной шов.
Лапа долота, или головка, 17, 121 (показаны три лапы) вставляется в проходящий вдоль оси паз 123 (для каждой лапы, или головки, 121 имеется паз 123). Паз 123 может иметь форму "ласточкин хвост" (лапа 121 имеет соответствующую форму), что делает возможным скольжение лапы 121 только в осевом направлении и препятствует ее извлечению из паза 123 в радиальном направлении. Каждая лапа 121 закрепляется в пазу 123 несколькими (четырьмя) болтами 127 с шайбами, препятствующими ее перемещению вдоль оси и извлечению из паза 123. Шарошка 125 закрепляется на подшипнике, связанным с каждой лапой 121, узлом 129, включающим шариковый замок и уплотнитель. Отверстия в лапе 121, сквозь которые проходят болты 127, могут иметь овальную форму и (или) увеличенный размер для обеспечения изменения положения лапы 121 в пазу 123 в осевом и (или) радиальном направлениях, что, в свою очередь, позволит выбрать относительный выступ режущих элементов на каждой шарошке. В каждой лапе 121 также имеется узел 131 компенсатора давления смазки, который подает смазку в узел подшипника и компенсирует изменения давления смазки в процессе бурения. В части 119 корпуса долота вставлена и закреплена по меньшей мере одна форсунка 133, направляющая поток бурового раствора из внутренней полости долота 111 в заданные места вблизи резцов и лопастей долота.
Паз 123 предпочтительно имеет пару прилегающих противоположных сторон 135, 135а, 135b (фиг. 6). Как будет более подробно показано ниже, стороны 135 могут быть наклонены. Третья сторона 137 (фиг. 6), которая может криволинейной или плоской, соединяет две противоположные стороны 135. В корпусе 13, 119 долота сформировано слепое резьбовое отверстие или отверстие 139 (фиг. 6) для каждого из крепежных элементов или болтов 127.
Как показано на фиг. 4, шарошечные режущие элементы 25 и фиксированные режущие элементы 31 в совокупности определяют профиль 41 резания, проходящий от центральной оси 15 до наиболее радиально удаленного периметра 43. В одном варианте выполнения, только фиксированные режущие элементы 31 формируют режущий профиль 41 на центральной оси 15 и наиболее радиально удаленном периметре 43. Однако режущие элементы 25 шарошки перекрываются на профиле 41 резания с фиксированными режущими элементами 31 между центральной осью 15 и наиболее радиально удаленным периметром 43. Режущие элементы 25 шарошки приспособлены для резания в носовой части 45 и на перегибе 47 профиля 41 резания, при этом носовая часть 45 является ведущей частью профиля (т.е., расположенной между центральной осью 15 и перегибом 47), обращенной к стенке скважины и находящейся вблизи наиболее радиально удаленного периметра 43.
Таким образом, режущие элементы 25 шарошки и фиксированные режущие элементы 31 в совокупности определяют общую поверхность 51 резания (фиг. 2) в носовой части 45 и перегибе 47, которые, как известно, являются наиболее слабыми частями профиля долота с фиксированными резцами. Поверхность 51 резания расположена на удаленном вдоль оси конце гибридного бурового долота 11. В одном варианте выполнения, по меньшей мере один из каждого режущего элемента 25 шарошки или фиксированного режущего элемента 31 выступает вдоль оси на поверхности 51 резания по существу на одинаковое расстояние. В одном варианте, режущие элементы 25 шарошки и фиксированные режущие элементы 31 смещены друг относительно друга по радиусу, даже если они находятся на одном уровне в осевом направлении. Однако, выравнивания вдоль оси между наиболее удаленными элементами 25, 31 не требуется, поэтому эти элементы 25, 31 могут быть разнесены вдоль оси на значительное расстояние, находясь в наиболее удаленном положении. Например, режущие элементы 25 шарошки или фиксированные режущие элементы 31 могут выступать за пределы поверхности 51 резания, либо полностью не доходить до нее. Другими словами, режущие элементы 25 шарошки могут доходить до поверхности 51 резания, при этом фиксированные режущие элементы 31 могут быть смещены вдоль оси от поверхности 51 резания.
Как показано на фиг. 5, несмотря на то, что лапы 17, 121 могут быть закреплены сваркой внутри пазов 123 корпуса 13 долота, лапы могут быть дополнительно, либо в альтернативном варианте, закреплены посредством одного или более клиньев 201. Клинья 201 также могут быть приварены и (или) прикреплены болтами к корпусу 13 долота, например, посредством крепежных элементов или болтов 127.
Как показано на фиг. 6 и 7, стороны, боковые стороны 135 паза 123, могут быть наклонены под углом. В частности, первая из сторон 135а может быть наклонена к другой, образуя острый угол 141, в то время как другая сторона 135b может быть отклонена от первой, образуя тупой угол 143. В такой конструкции, лапа 17 закрепляется болтами в пазу 123 так, что первая сторона 145а опирается на сторону 135а паза 123, наклоненную под острым углом, тем самым частично фиксируя положение лапы 17. Желательно, чтобы острый угол 147 первой стороны 145а лапы 17, 121 соответствовал острому углу 141 первой стороны 135а паза 123 для их сопряжения. В предпочтительном варианте выполнения, вторая сторона 145b лапы 17 также располагается под острым углом 149, который может быть близок или точно равен острому углу 147 первой стороны 145а лапы 17. Затем клин 201 закрепляется болтами в пазу 123, между второй стороной 145b лапы 17, наклоненной под острым углом, и стороной 135b паза 123, наклоненной под тупым углом. Поскольку клин 201, предпочтительно, имеет две стороны 203, 203а, 203b, наклоненные под тупым углом, которые формируют тупые углы 151, 153, клин 201 прочно закрепляет лапу 17 в пазу 123, и болты 127, закрепляющие клин 201, затягиваются. Над болтами 127 затем могут быть наварены заглушки для предотвращения их отвертывания в процессе работы, чем клин 201 и лапа 17 дополнительно фиксируются в пазу 123.
Боковые стенки 135 могут быть параллельны, как показано на чертеже. Считается, что в том случае, когда стенки 135 параллельны, как показано на чертеже, болты 127, фиксирующие положение лапы 17, испытывают меньшее напряжение, чем болты 127, фиксирующие положение клина 201.
В альтернативном варианте, боковые стенки 135а, 135b могут располагаться под разными углами, в части отклонения от девяноста градусов. Например, первая боковая стенка 135а и (или) вторая боковая стенка 135b могут быть установлены примерно прямо наружу от центральной оси корпуса 13 долота, при этом углы 141 будут по существу касательными прямыми углами, в отличие от показанных острого и тупого углов. При этом стороны 135 паза 123 могут быть ближе к центральной оси корпуса 13 долота, и наклонены наружу и в сторону друг от друга по мере того, как они отходят наружу. В такой конфигурации на болты 127, фиксирующие положение лапы 17 и клина 201, будут воздействовать значительные растягивающие усилия.
В еще одном варианте выполнения, первая боковая стенка 135а может быть расположена под углом, как показано на чертеже, притом что вторая боковая стенка 135b проходит примерно прямо наружу от центральной оси корпуса 13 долота. Расположенные под углом стороны 203 клина 201 будут продолжать прижимать лапу 17 к первой боковой стенке 135а, тем самым фиксируя положение лапы 17. В альтернативном варианте, первая сторона 203а клина 201 может быть наклонена, как показано, при этом вторая сторона 203b клина 201 проходит примерно прямо наружу от центральной оси корпуса 13 долота, вдоль второй боковой стенки 135b. В этом случае, наклоненная под углом сторона 203а клина 201 будет продолжать прижимать лапу 17 к первой боковой стенке 135а, тем самым фиксируя положение лапы 17. В любом случае, однако, стороны 203, 203а, 203b клина 201 не обязательно должны быть параллельными, но не должны иметь близкие углы, по отношению к направлению прямо наружу от центральной оси корпуса 13 долота.
Можно предположить, исходя из фиг. 8, что осевой конец 301 лапы 17, упирающийся в осевой конец 303 паза, будет нести большую часть, если не всю, нормальной осевой нагрузки в процессе бурения. В некоторых вариантах выполнения, лапа 17 может включать выступающую в радиальном направлении внутрь шпонку 305, входящую в шпоночный паз 307 в пазу 123. В этом случае, верхний конец 309 шпонки 305, упирающийся в корпус 13 долота, сможет взять на себя часть нормальной осевой нагрузки в процессе бурения. Возможно, более важным является то, что нижний конец 311 шпонки 305, упирающийся в корпус 13 долота, сможет принять на себя обратную осевую нагрузку, воздействующую на лапу 17, например, при обратном разбуривании. Шпонка 305 также может предотвратить воздействие на болты 127 больших либо вообще каких-либо срезающих нагрузок. В некоторых вариантах выполнения, шпонка 305 может быть жестко прикреплена к лапе 17 и может даже представлять собой составляющий единое целое выступ или утолщение, входящее в шпоночный паз 307 в пазу 123, принимая на себя такие нагрузки.
В любом случае, клин 201, в соответствии с настоящим изобретением, решает проблемы допусков, обычно связанные с частями модульной конструкции и ее сборкой. Клин 201 и другие аспекты настоящего изобретения также сводят к минимуму или устраняют какую-либо необходимость приваривать лапу 17 к корпусу 13 долота, тем самым упрощая процессы сборки, при этом сохраняя прочность сборки долота 11. Более того, эти особенности существенно упрощают ремонт долота, т.к. при ремонте долота 11 может потребоваться демонтаж небольшого числа приваренных компонентов, либо не потребуется вовсе, поскольку все основные компоненты просто свинчены болтами. Например, заваренные заглушки могут быть просто высверлены, обеспечивая доступ к болтам 127 для удаления и (или) замены лап 17, при необходимости.
Другие варианты выполнения, в которых используются одна или более особенностей описанных изобретений, могут быть предложены без отступления от существа настоящего изобретения. Кроме того, различные способы и варианты выполнения настоящего изобретения могут быть использованы в комбинации друг с другом для внесения изменений в раскрытые способы и варианты выполнения. Рассмотрение отдельных элементов может относиться к нескольким элементам, и наоборот. Например, совместно с каждой лапой 17 может быть использовано несколько клиньев 201.
Порядок выполнения любых шагов может иметь различную последовательность, если иное не оговорено специально. Различные описанные здесь шаги могут быть объединены с другими шагами, вставлены между имеющимися шагами и (или) разбиты на несколько шагов. Аналогично, элементы были описаны функционально, и могут быть реализованы как отдельные компоненты, либо могут быть объединены в компоненты, имеющие несколько функций.
Изобретения были описаны применительно к предпочтительным и другим вариантам осуществления, но не каждый вариант осуществления изобретения был описан. Специалистам доступны очевидные модификации и изменения описанных вариантов осуществления. Раскрытые и нераскрытые варианты осуществления не подразумевают ограничения области притязаний или применения изобретения, предложенных Заявителем, напротив, в соответствии с патентным законодательством, Заявитель намерен обеспечить полную защиту всех таких модификаций и усовершенствований, попадающих в область притязаний или множество эквивалентов приведенной ниже формулы изобретения.
1. Долото для бурения подземных пород, включающее:
корпус;
по меньшей мере одну фиксированную лопасть, связанную с корпусом и удерживающую по меньшей мере один режущий элемент;
одну или более лап, каждая из которых удерживает с возможностью вращения шарошку, имеющую по меньшей мере один режущий элемент, причем корпус долота имеет паз, который имеет первую и вторую боковые стенки, третью стенку, соединяющую боковые стенки, и который выполнен с возможностью установки в него установочной части лапы, имеющей боковую стенку, выполненную с возможностью сопряжения с первой боковой стенкой паза;
шпонку, размещенную между установочной частью лапы и стенкой паза;
клин, имеющий боковую сторону, наклоненную под тупым углом и выполненную с возможностью размещения между наклоненной под острым углом боковой стенкой лапы и второй боковой стенкой паза, тем самым фиксируя лапу внутри паза; и
несколько крепежных элементов, присоединяющих лапу и клин к корпусу долота.
2. Долото по п. 1, в котором первая и вторая боковые стенки паза выполнены параллельными.
3. Долото по п. 2, в котором одна из боковых стенок паза образует острый угол с третьей стенкой, а другая боковая стенка паза образует тупой угол.
4. Долото по п. 2, в котором клин размещен непосредственно рядом с боковой стенкой, наклоненной под тупым углом.
5. Долото по п. 1, в котором клин имеет две стороны, наклоненные под тупым углом.
6. Долото по п. 1, в котором несколько крепежных элементов включают один или более болтов, проходящих через клин и прикрепляющих клин вместе с лапой к корпусу долота.
7. Долото по п. 1, в котором шпонка выполнена с возможностью несения осевых нагрузок, а также срезающих нагрузок.
8. Гибридное буровое долото, включающее:
корпус;
по меньшей мере одну фиксированную лопасть, связанную с корпусом и удерживающую по меньшей мере один режущий элемент;
одну или более лап, удерживающих с возможностью вращения шарошку, каждая из которых имеет по меньшей мере один режущий элемент, причем корпус имеет паз, имеющий первую и вторую параллельные боковые стенки, третью стенку, соединяющую боковые стенки так, что одна из боковых стенок паза образует острый угол с третьей стенкой, а другая боковая стенка паза образует тупой угол, и паз выполнен с возможностью установки в него установочной части лапы, имеющей боковую стенку лапы, выполненную с возможностью сопряжения с боковой стенкой паза, образующей острый угол;
шпонку, размещенную между установочной частью лапы и стенкой паза;
клин, выполненный с возможностью размещения между боковой стенкой лапы и второй стенкой паза, тем самым фиксируя лапу внутри паза; и
несколько крепежных элементов, присоединяющих лапу и клин к корпусу долота.
9. Долото по п. 8, в котором клин размещен непосредственно у боковой стенки, наклоненной под тупым углом.
10. Долото по п. 8, в котором несколько крепежных элементов включают один или более болтов, проходящих через каждый клин и прикрепляющих клин вместе с лапой к корпусу долота.
11. Долото по п. 8, в котором наклоненная под тупым углом боковая стенка клина закреплена непосредственно у стороны лапы, наклоненной под острым углом.
12. Долото по п. 8, в котором шпонка выполнена с возможностью несения осевых нагрузок, а также срезающих нагрузок.
13. Долото по п. 8, в котором клин имеет две стороны, наклоненные под тупым углом.
