Патент на изобретение №2215112

(54) БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО ГРИБЕННИКОВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в нефтяной, газовой, геолого-разведочной и горно-рудной отраслях. Шарошечное долото содержит узел в сборе, включающий шарошку с опорой из цапфы, и втулки, сопрягаемые поверхности которых выполнены конусными, и упорного подшипника, размещенное в кольцевых канавках цапфы и шарошки замковое устройство, выполненное в виде разрезного фланца, закрепленного крепежными элементами, и вынесенное за пределы рабочей зоны цапфы, и уплотнения. Долото имеет отдельные самостоятельные части – ниппель, корпус с лапами, и узел в сборе с перемычкой. В средней части цапфы имеется посадочный бурт. На конце цапфы выполнены плоскопараллельные лыски и прорези. Внутри цапфы имеются взаимно перпендикулярные сквозные отверстия, а на концах лап корпуса выполнены П-образные пазы и прорези. Упрощается технология изготовления и сборки, снижаются трудозатраты на производство долот. Долото имеет надежную в работе конструкцию и удобно при монтаже. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в нефтяной, газовой, геолого-разведочной и горно-рудной отраслях.

Известно буровое шарошечное долото, состоящее из корпуса с резьбовым ниппелем, цапфы, являющейся продолжением лапы корпуса долота с насаженной на ней шарошкой, и сегментами с резиновым кольцом, выполняющими роль замкового устройства (а.с. 920188, МПК Е 21 В 10/22).

Недостатком данной конструкции является технологическая сложность изготовления и сборки, присущая серийно выпускаемым шарошечным долотам, низкая надежность замкового устройства, отсутствие смазки и герметизации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является шарошечное долото, опора которого является продолжением лапы в виде цапфы, содержащее втулку, шарошку, сопрягаемые поверхности которых выполнены конусными, размещенное в кольцевых канавках цапфы и шарошки замковое устройство, выполненное в виде разрезной крышки, закрепленное крепежными элементами и вынесенное за пределы рабочей зоны цапфы, упорный подшипник и уплотнения (патент 2166607, МПК Е 21 В 10/22) – прототип.

Недостатком данного устройства является сложная технология сборки, присущая серийным долотам, отсутствие циркуляционной системы смазки и ограниченность применения по типа размерам долот.

Техническая задача заявляемой полезной модели заключается в создании конструкции шарошечного долота, позволяющей раздельно изготавливать корпус долота и шарошки с цапфой в сборе, упростить технологии изготовления и сборки, снизить трудозатраты на производство долот и изготавливать их на предприятиях с ограниченной технической оснащенностью (неспециализированных).

Разборная конструкция долота дает возможность выполнять окончательную сборку корпуса с инструментом (цапфа-шарошка) на месте эксплуатации в соответствии с назначением инструмента для конкретных горно-геологических условий с целью более эффективного их использования и последующей утилизации.

Поставленная задача достигается тем, что опора выделена в самостоятельный узел, позволяющий таким образом корпус с лапами изготовить цельным (литым или штампованным).

Опора с внутренней начинкой представляет собой отдельный узел в сборе как буровой инструмент целевого назначения.

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
– опора долота (цапфа в сборе с шарошкой) отделена от лапы корпуса и является самостоятельным узлом в сборе;
– в опоре внутри вала цапфы выполнены два взаимно перпендикулярных (сквозных) отверстия;
– одно из отверстий закрывается винтом-заглушкой;
– на конце цапфы выполнены плоскопаралельные лыски и прорези под перемычку;
– на валу цапфы выполнен посадочный бурт;
– корпус с лапами является самостоятельной деталью, от которой отделена цапфа;
– на концах лап корпуса имеются П-образные пазы;
– в центре пазов лапы выполнены поперечные шпоночные прорези;
– внутренняя поверхность корпуса выполнена конусной на величину две трети ширины шарошки, в которой имеются конструктивные базовые плоскости под бурт вала цапфы;
– ниппель отделен от корпуса и имеет две резьбы: замковую и метрическую, а также лыски под гаечный ключ.

Поэтому заявляемое изобретение соответствует критерию “новизна”.

Предлагаемое техническое решение дает возможность:
– выполнять окончательную сборку шарошки с цапфой и корпусом долота на заводах или на местах эксплуатации с учетом конкретных горно-геологических условий;
– оперативно доставлять и заменять отдельные узлы и детали, так как по весу они значительно легче всего долота (секционного неразборного);
– упростить технологии изготовления и сборки, организовывать производство узлов и деталей долот на неспециализированных предприятиях с ограниченной технической оснащенностью и невысокой культурой производства;
– значительно снизить трудозатраты всего производства долот за счет упрощения конфигурации долота и снижения его веса путем равномерного перераспределения масс металлов по объему заготовки, а также отказа от энергозатратной технологии секционной штамповки совмещенных лап с цапфой;
– применять замковые устройства, альтернативные опорам на подшипниках качения;
– определить действительную стойкость вооружения шарошек и наметить перспективу их совершенствования;
– снизить вероятность выпадения шарошек в скважину, повысить эксплутационный ресурс работы долота, что сократит количество трудоемких и дорогостоящих спускоподъемных операций;
– увеличить проходку на долото и прогнозировать его стойкость во времени;
– решить проблему утилизации отработанных долот.

При проведении информационного поиска по патентной и научно-технической литературе не была выявлена совокупность признаков, которая определила новое свойство заявляемого долота. Поэтому она соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Заявляемое изобретение может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию “промышленная применимость”.

На фиг.1 показано долото в сборе. На фиг.2 показан ниппель. На фиг.3 показана шарошка с цапфой в сборе. На фиг.4 показан корпус. На фиг.5 показана перемычка.

Шарошка с цапфой в сборе содержит цапфу 1, шарошку 7, замковое устройство, состоящее из разъемного фланца 2, упругого уплотнительного элемента 3, резинометаллической прокладки 5, уплотнения 6, зафиксированные с помощью разъемного фланца 2 и винтов 4 на кольцевой канавке торца шарошки 7. Сопрягаемые поверхности шарошки 7 и цапфы 1 выполнены конусными. Опора содержит втулку 8, упорный подшипник 9 с отверстием 10, масляный резервуар 11, маслопроводы 12, винт-заглушку 13, плоскопараллельные лыски 14, прорези 15 и перемычку 16.

Сборка долота начинается с опоры (цапфы с шарошкой). Шарошка 7 с упорным подшипником 9 и втулкой 8 монтируется на цапфу 1. Резинометаллическая прокладка 5, уплотнительные элементы 3 и 6, разъемный фланец 2 вставляются в кольцевые канавки шарошки 7 и цапфу 1, крепятся винтами 4, образуя замковое устройство. Плоскопаралельные лыски 14 цапфы 1 и паз лапы корпуса 17 совмещаются до соприкосновения бурта Б с базовой поверхностью Г и с верхней цилиндрической поверхностью А паза лапы корпуса и прорезями 15, затем производится прихватка их сваркой.

После этого ниппель 18 собирается с корпусом 17 долота и свариваются. Через осевое отверстие 12 вала нагнетается смазка до полного заполнения, которое потом закрывается винтом-заглушкой 13. В пазы прорези 15 вставляется перемычка 16 и производится окончательная сварка сопрягаемых поверхностей по их верхнему контуру вала цапфы 1 с лапой корпуса 17 и перемычки 16.

При работе долота часть осевой нагрузки (относительно вала цапфы 1) через шарошку 7 воспринимается упорным подшипником 9, остальная часть – внутренней поверхностью шарошки 7 и через вал цапфу 1 передается на лапу секции долота через бурт Б. Кольцевая поверхность бурта Б, упираясь во внутреннюю поверхность лапы корпуса 17 с перемычкой 16 и внешним контуром сварки вала цапфы 1, с пазом лапы корпуса 17 образуют цельную жесткую конструкцию, не уступающую по прочности серийной секции долота. Резинометаллическая прокладка 5 и уплотнительный элемент 6 выполняют роль гасителей ударных импульсов и одновременно ограничителей осевых и радиальных перемещений шарошки относительно цапфы, а также в комплексе с уплотнительным элементом 5 герметизируют опору от попадания в нее шлама и абразива. Пространство под упором подшипником, заполненное консистентной смазкой, которая в процессе работы нагревается от трения скольжения упорного подшипника, образует совместно с осевым и радиальным отверстиями вала цапфы замкнутую циркуляционную систему смазки и выполняет функцию масленки.

Формула изобретения

1. Шарошечное долото, содержащее узел в сборе, включающий шарошку с опорой из цапфы, и втулки, сопрягаемые поверхности которых выполнены конусными, и упорного подшипника, размещенное в кольцевых канавках цапфы и шарошки замковое устройство, выполненное в виде разрезного фланца, закрепленного крепежными элементами, и вынесенное за пределы рабочей зоны цапфы, и уплотнения, отличающееся тем, что долото имеет отдельные самостоятельные части – ниппель, корпус с лапами, и узел в сборе с перемычкой, в средней части цапфы имеется посадочный бурт, а на конце цапфы выполнены плоскопараллельные лыски и прорези, внутри цапфы имеются взаимно перпендикулярные сквозные отверстия, на концах лап корпуса выполнены П-образные пазы и прорези.

2. Долото по п.1, отличающееся тем, что ниппель имеет замковую и метрическую резьбы и лыски под гаечный ключ.

3. Долото по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность корпуса выполнена конусной на величину две трети ширины шарошки.

4. Долото по п.1, отличающееся тем, что в средней части цапфы имеется посадочный бурт.

5. Долото по п. 1, отличающееся тем, что с внутренней стороны корпуса выполнены базовые плоскости под бурт цапфы.

РИСУНКИ