Патент на изобретение №2291273

(54) ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА “МЕЛЬПАК” И СПОСОБ ЕЕ МОНТАЖА

(57) Реферат:

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот, содержащих цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом. Позволяет повысить надежность работы и упростить ее конструкцию. Цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а замковый узел – в виде цанговой втулки с кольцевым буртом на внутренней поверхности на концевом участке со стороны цанговых лепестков, установленным в кольцевой проточке цапфы. Втулка выполнена с левой резьбой на наружной поверхности, а шарошка – с ответной резьбой на внутренней поверхности. Цанговая втулка зафиксирована в исходном положении от проворота относительно цапфы срезными элементами. Способ монтажа опоры включает установку на цапфе уплотнительного кольца и резьбовой цанговой втулки, кольцевой бурт которой размещают в ответной проточке цапфы, установку и фиксацию втулки относительно цапфы срезным элементом, соединение втулки с шарошкой посредством левой резьбы на наружной поверхности втулки и ответной резьбы на внутренней поверхности шарошки. После чего полость между лепестками цанговой втулки заполняют твердой смазкой и срезают срезной элемент. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот и способам их монтажа.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых – замковый, установлена шарошка с породоразрушающими элементами (см. справочник “Буровые долота”, Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, 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 в долотах малого диаметра.

Наличие сварного шва на спинке лапы, которая соприкасается со стенками скважины, ведет к быстрому износу наружного 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 его их из строя из-за значительного влияния высокой температуры. Все это снижает эффективность работы долота в целом.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом с резьбовым кольцом (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 с резьбовым кольцом, согласно изобретению цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а резьбовое кольцо замкового узла – в виде цанговой втулки с кольцевым буртом на внутренней поверхности концевого участка со стороны цанговых лепестков, установленным в кольцевой проточке цапфы, при этом втулка выполнена с левой резьбой на наружной поверхности и в исходном положении жестко соединена с цапфой срезным элементом, а шарошка выполнена с ответной резьбой на внутренней поверхности.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что полость, образованная между внутренней поверхностью шарошки и между цанговыми лепестками, заполнена смазочным материалом.

Решению задачи по снижению затрат времени на сборку долота способствует также и реализация предложенного способа монтаж опоры шарошечного долота, включающего установку и фиксацию резьбовой втулки с одним из соединяемых элементов (шарошкой) с возможностью вращения и жесткое соединение с другим соединяемым элементом (цапфой), согласно изобретению перед жестким соединением с одним из соединяемых элементов втулку фиксируют от проворота относительно цапфы, а после жесткого соединения резьбовой втулки с шарошкой фиксатор освобождают.

Выполнение цапфы с кольцевой проточкой, а резьбового кольца замкового узла – в виде цанговой втулки с кольцевым буртом, размещенным в кольцевой проточке цапфы, обеспечивает надежную фиксацию втулки относительно цапфы от осевого перемещения и легкость изготовления опоры и ее монтажа. Выполнение втулки и шарошки с ответными резьбами обеспечивает жесткое соединение шарошки и втулки и совместное вращение их относительно цапфы. Жесткое соединение втулки в исходном положении с цапфой упрощает сборку опоры. Заполнение свободной полости между лепестками цанговой втулки и шарошкой смазочным материалом уменьшает вероятность попадания шлама в опору долота и тем самым заклинивания опоры, особенно при длительном хранении долот в складских условиях.

Использование предложенного способа, связанного с применением специального фиксатора для соединения резьбовой втулки с цапфой при монтаже опоры, позволяет значительно повысить производительность сборки долот и исключить вероятность возникновения аварийных ситуаций на забое скважины, возникающих в известном способе (авт. св. СССР №1588857) из-за возможности разрушения пружины замкового узла.

В целом это позволяет увеличить срок службы как опоры, так и долота в целом и тем самым повысить производительность долота и снизить стоимость буровых работ.

Изобретение поясняется чертежами, на которых 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 шарошкой 2 посредством замкового узла с резьбовым кольцом. Цапфа 1 выполнена с кольцевой проточкой 3, а резьбовое кольцо замкового узла – в виде цанговой втулки 4 с кольцевым буртом 5 на внутренней поверхности со стороны цанговых лепестков 6. Кольцевой бурт 5 размещен в кольцевой проточке 3 цапфы 1. Другой конец втулки 4 выполнен с левой резьбой 7 на наружной поверхности, посредством которой она соединяется с шарошкой 2, выполненной с ответной резьбой 8 на внутренней ее поверхности. Полость 11 между лепестками 6 цанговой втулки 4 и внутренней полостью шарошки 2 заполняется смазочным материалом, преимущественно твердой смазкой, например графитом. Допускается использование и других смазок. В исходном положении втулка 4 фиксируется относительно цапфы 1 срезным элементом 9. Для герметизации опоры предусмотрено уплотнительное кольцо 10, устанавливаемое в совмещенных кольцевых канавках цапфы 1 и шарошки 2.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале на цапфе 1 устанавливают уплотнительное кольцо 10 и цветовую втулку 4, кольцевой бурт 5 которой размещают в ответной проточке 3 цапфы 1. Затем втулку 4 фиксируют относительно цапфы 1 срезным элементом 9 и посредством левой резьбы 7, 8 соединяют с шарошкой 2. При этом полость между цанговыми лепестками 6 заполняют твердой смазкой, например графитом или другой смазкой, которая благодаря уплотнительному кольцу 10 сохраняется длительное время. На заключительном этапе соединения шарошки 2 с втулкой 4 элементы 9, фиксирующие втулку 4 относительно цапфы 1, срезают и шарошка тем самым приводится в рабочее положение.

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 цанговой втулкой 4, выполняющей роль плавающего подшипника, чем обеспечивается значительное снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и тем самым увеличивается работоспособность как всей опоры, так и долота в целом. Этому способствует также и использование свободной полости между лепестками 6 цанговой втулки 4 под смазку. В процессе бурения шарошки долота вращаются против часовой стрелки и поэтому постоянно происходит довинчивание резьбового соединения втулки 4 с шарошкой 2. Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.

Формула изобретения

1. Опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом с резьбовым кольцом, отличающаяся тем, что цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а резьбовое кольцо замкового узла – в виде цанговой втулки с кольцевым буртом на внутренней поверхности концевого участка со стороны цанговых лепестков, установленным в кольцевой проточке цапфы, при этом цанговая втулка выполнена с левой резьбой на наружной поверхности и в исходном положении жестко соединена с цапфой срезным элементом, а шарошка выполнена с ответной резьбой на внутренней поверхности.

2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что полость, образованная между внутренней поверхностью шарошки и между цанговыми лепестками, заполнена смазочным материалом.

3. Способ монтажа опоры шарошечного долота, включающий установку и фиксацию резьбовой втулки относительно цапфы, соединение резьбовой втулки с шарошкой, отличающийся тем, что в качестве резьбовой втулки используют цанговую втулку, при этом вначале на цапфе устанавливают уплотнительное кольцо и цанговую втулку, кольцевой бурт которой размещают в ответной проточке цапфы, фиксацию цанговой втулки относительно цапфы осуществляют срезным элементом, а соединение цанговой втулки с шарошкой осуществляют посредством левой резьбы на наружной поверхности цанговой втулки и ответной резьбы на внутренней поверхности шарошки, после чего полость между лепестками цанговой втулки заполняют твердой смазкой и срезают срезной элемент.

РИСУНКИ