Патент на изобретение №2287656

(54) ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот, содержащих цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом. Особенностью предложенной опоры является то, что цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой. При этом контактирующие поверхности разъемного кольца и цапфы в зоне расположения кольцевой проточки выполнены с кольцевыми выступами и ответными пазами, а разъемное кольцо образовано из нескольких частей в виде кольцевых сегментов. Зона сопряжения торцевой и внутренней поверхностей разъемного кольца выполнена с радиусом, соответствующим радиусу дуги зоны перехода торцевой и боковой поверхностей кольцевой проточки. Такое выполнение опоры позволяет повысить надежность ее работы. 2 ил.

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

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник «Буровые долота». Палий П.А. и Корнеев К.Е., М.: Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.30).

К недостаткам данного долота следует отнести значительное ослабление цапфы в зоне расположения замкового подшипника, связанное с использованием замкового пальца большого диаметра. Особо это сильно сказывается при использовании долот малого диаметра.

Наличие сварного шва на спинке лапы, которая соприкасается со стенками скважины, ведет к быстрому износу выходного торца пальца и к выходу из строя всей опоры. При наличии же герметизирующего элемента в опоре долота, устанавливаемого, как правило, у основания цапфы, при проведении сварочных работ наблюдаются случаи быстрого выхода их из строя из-за значительного влияния высокой температуры. Все это снижает эффективность работы долота в целом.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом (см. авт.св. СССР №1588857, кл. Е 21 В 10/ 22, 1990 г.)

В данном долоте, благодаря исключению канала под замковый палец, значительно повышается прочность цапфы, а также исключаются все негативные явления, связанные с креплением замкового пальца сваркой.

Недостатками его являются сложность конструкции и как следствие малая надежность в работе, а также трудоемкость монтажа и демонтажа. Все это усугубляется наличием пружинного элемента, который в скважинных условиях быстро выйдет из строя и может стать причиной заклинивания шарошки на цапфе.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощения конструкции,

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, согласно изобретению, цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой, при этом внутренняя поверхность разъемного кольца и контактирующая с ней поверхность цапфы в зоне расположения кольцевой проточки выполнены с кольцевыми выступами и ответными пазами.

Решению предложенной технической задачи способствует также и то, что разъемное кольцо образовано из нескольких частей в виде кольцевых сегментов, при этом зона сопряжения торцевой и внутренней поверхностей разъемного кольца выполнена с радиусом, соответствующим радиусу дуги зоны перехода торцевой и боковой поверхностей кольцевой проточки.

Выполнение цапфы с кольцевой проточкой под замковый узел, а замкового узла в виде разъемного кольца с выступами и впадинами на внутренней его поверхности, контактирующего с ответными выступами и впадинами на цилиндрической поверхности цапфы в зоне кольцевой проточки и жестко соединенного с шарошкой, позволяет увеличить опорную поверхность шарошки. Увеличение опорной поверхности шарошки соответственно уменьшает удельную нагрузку и тем самым увеличивает работоспособность как опоры, так и долота в целом. Выполнение разъемной втулки из нескольких кольцевых сегментов, а зоны сопряжения торцевой и внутренней поверхностей разъемного кольца с радиусом, соответствующим радиусу дуги зоны перехода торцевой и боковой поверхностей кольцевой проточки, позволяет исключить возникновение зон концентрации напряжений в цапфе и тем самым увеличить срок службы опоры долота.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры долота; фиг.2 – сечение А-А на фиг.1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 с закрепленной на ней посредством замкового узла шарошкой 2. Цапфа 1 выполнена с кольцевой проточкой 3, в которой размещен замковый узел, выполненный в виде разъемного кольца, состоящего из нескольких частей в виде кольцевых сегментов 4, каждый из которых жестко соединен с шарошкой 2 посредством стопорного элемента 5. Внутренняя поверхность разъемного кольца и контактирующая с ней наружная поверхность цапфы 1 в зоне кольцевой проточки 3 выполнены с выступами 8 и ответными им впадинами 9. При этом зона перехода внутренней поверхности разъемного кольца к его торцевой поверхности выполнена по выпуклой дуге 10 с радиусом, соответствующим радиусу вогнутой дуги 11, соединяющей торцевую и цилиндрическую поверхности кольцевой проточки 3. Толщина кольцевых сегментов 4, образующих разъемное кольцо, выбирается таким образом, чтобы внутренний диаметр их был равен наружному диаметру кольцевой проточки 3 цапфы 1, а наружный – внутреннему диаметру шарошки 2. При этом суммарная длина внутренних дуг кольцевых сегментов 4 должна соответствовать примерно наружному диаметру цапфы 1 в зоне их контакта, а сумма их наружных дуг – внутреннему диаметру шарошки 2. Кольцевые сегменты 4 разъемного кольца могут соединяться то типу «шип-паз» (на фиг.2 показаны пунктиром), когда выступ (шип) 6 одного сегмента 4 входит в ответный паз 7 другого сегмента. Возможно жесткое соединение кольцевых сегментов 4 между собой посредством сварки, пайки или любым другим известным способом. В этом случае возможно использование одного стопорного элемента 5 большого диаметра.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в кольцевой проточке 3 цапфы 1 устанавливают кольцевые сегменты 4, которые затем фиксируют относительно шарошки 2 стопорными элементами 5. В случае необходимости кольцевые сегменты 4 предварительно жестко соединяют между собой, а образованное таким образом кольцо жестко фиксируют с шарошкой 2 любым известным способом, например стопорным разрезным кольцом (не показано) или штифтом (фиг.1 и 2).

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 2 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью, подаваемой через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в том числе кольцевыми сегментами 4. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде плавающего подшипника, контактирующего с цапфой 1 посредством выступов 9 и впадин 10, обеспечивается снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и увеличение опорной поверхности шарошки 2. Это увеличивает работоспособность как всей опоры, так и долота в целом. Одновременно с этим исключаются все операции по сверлению канала для установки замкового шарикового подшипника и сварочные работы по креплению замкового пальца. Такое решение в первую очередь благоприятно скажется при создании и эксплуатации долот малого диаметра. Отсутствие сварочных работ также позволяет повысить надежность и работоспособность опоры благодаря сохранению твердости термообработанных поверхностей опоры. Особое значение это имеет для долот с герметизированной опорой, которые в последнее время находят все более широкое применение в практике буровых работ. Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.

Формула изобретения

Опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, отличающаяся тем, что цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой, причем контактирующие поверхности разъемного кольца и цапфы в зоне расположения кольцевой проточки выполнены с кольцевыми выступами и ответными им впадинами, а разъемное кольцо образовано из нескольких частей в виде кольцевых сегментов, при этом зона сопряжения торцевой и внутренней поверхностей разъемного кольца выполнена с радиусом, соответствующим радиусу дуги зоны перехода торцевой и боковой поверхностей кольцевой проточки.

РИСУНКИ