Буровое долото

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ °

Союз Советскик

Социалистических

Республик (ii)1002504 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 100781 (21) 3265418/22-03 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Опубликовано 07,03.83. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 070383 ($1) М. Кл.

Е 21 В 10/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 622.24.051. . 553(088. 8) ь fc -, Э.P. Аллахвердов и A.M.Т. денев

/ (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследователь институт нефтяного ологический (71) Заявитель (54) БУРОВОЕ ДОЛОТО

Изобретение относится к буровому инструменту, в частности к трехшарошечным буровым долотам, применяемым для бурения горных пород.

Известны трехшарошечные буровые долота, корпусные или секционные, резьбовой ниппель которых жестко связан с секциями (13.

Недостатком этих долот является то, что при бурении вследствие неравномерности износа элементов секций по опорам и тыльным конусам ось ка-. либрующей поверхиости смещается относительно оси ниппеля, что приводит к еще большему их износу.

Известно буровое долото, содержащее корпус, составленный иэ отдельных секций в виде лап с шарошками, имеющими основные и периферийные конусы, калибратор, ниппель с резьбой, центральный промывочный канал 2).

Недостаток укаэанного долота заключается в неравномерности распределения осевой нагрузки по секциям, что снижает долговечность его работы.

Цель изобретения — повышение долговечности работы долота эа счет равномерного распределения осевой нагрузки ITo секциям и центрирования их.

Поставленная цель достигается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус, составленный из отдельных сек ций в.виде лап с шарошками, имеющими основные и периферийные конусы, калибратор, ниппель с резьбой, цент-, ральный промывочный канал, корпус выполнен в виде двух шарнирно связанных полумуфт, снабженных соединительными роликами, герметизирующим элементом и ступенчатой цанговой втулкой, размещенной в пролывочном канале, при этом верхняя полумуфта жестко соединена с ниппелем, а нижняя — с секциями.

Причем периферийные конусы шарошек имеют угол, при котором перпендикуляр, проведенный к середине образующей периферийного конуса в нижнем ее положении, пересекается с осью долота в точке, лежащей в горизонтальной плоскости, проходящей через оси роликов.

На фиг. 1 изображено долото (две секции условно не показаны); на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1.

Долото представляет собой две шарнирно связанные полумуфты. Первая полумуфта (выполнена в виде трех сваренных секций, каждая из которых

1002504 содержит лапу 1 и установленную на подшипниках шарошку 2. К торцу секций приварен стакан 3 °

Вторая полумуфта выполнена в виде ниппеля 4 с замковой резьбой, к которому приварено кольцо 5. Внутри центрального промывочного канала ниппеля

4 запрессована втулка б, свободный конец которой имеет больший диаметр и заведен во внутреннюю цилиндрическую поверхность стакана 3, при- 10 чем этот конец выполнен в виде цанги с разрезами а (фиг. 2) .

На наружной поверхности кольца 5 и в нижней его части запрессованы твердосплавные зубки 7, при этом коль45 цо имеет три скоса б (фиг. 2).

Между торцами обеих полумуфт, а именно в выточке торца ниппеля 4 и стакана 3, размецен упругий гермети- зирующий элемент 8. Эти торцы имеют 2р уступы в, которые не смыкаются межд собой, оставляя гарантированный осевой зазор.

Герметиэируюций элемент 8 контактирует с наружной поверхностью и буртом втулкй б, а также с торцом r стакана 3.

Кольцо 5 шарнирно соединено со стаканом 3 с помоцью трех роликов 9 со сферическими торцами, расположенных под углом 120 в плане (фиг. 2) и Ж размещенных в гнездах стакана 3 и колнца 5.

Периферийные конуса шарошек 2 выполнены под таким углом наклона, что перпендикуляр к ним пересекается З с осью долота в точке.0, которая одновременно лежит в горизонтальной плоскости, проходяцей через оси роликов 9.

Ниже роликов 9 кольцо 5 охватыва- 40 ет стакан 3 по цилиндрической поверх ности Э, выполненной по широкоходовой насадке, причем поверхность д имеет три скоса, аналогичные скосам

6 у стакана 3 ° 45

В стенке кольца 5 выпог ены три отверстия, в которые заведены штифты

10, заходящие в цилиндрические пазы стакана 3 и фиксируюцие его в осевом чаправлении, причем посадка штифтов 50

10 в гнезде обеспечивает гарантирован ный зазор. Штифты 10 приварены к коль .цу 5.

При сборке обеих полумуфт обеспечивается гарантированный начальный осевой натяг герметизируюцего элемента 8.

Наружный диаметр кольца 5 по зубкам 7 выполнен больше калибрующего диаметра долота.

Долото работает следуюцим образом. 1О

Шарошки 2 нижней полумуфты разбуривают забой скважины, а кольцо 5 затем расширяет ствол скважины, калибруя его и выглаживая, не допуская. искривления его оси. 65

Осевая нагрузка на долото передается в основном шарошками 2 и их опорам и частично, разгружая нх, воспринимается зубками 7 на нижнем конусе кольца 5, который сглаживает переход ствола от пилотной части к расширенной.

При осевых вибрациях долота происходит выравнивание нагружаемости его деталей.

При попытке отжима одной из трех шарошек 2 от стенки скважины вся нижняя полумуфта стремится сместиться и прижаться к противоположному участку стенки. Эти явления происходят периодически, повторяясь для разных шарошек, что способствует динами- ческому центрированию оси калибрующей поверхности, описанной вокруг шарошек

2, с осью стакана 3, соосного с ниппелем 4. Вследствие этого элементы опоры и калйбрующие конусы шарошек 2 изнашиваются равномерно.

Центрированию осей полумуфт способствует близкое расположение стакана 3 к нижней полумуфте, наличие ро- ликов 9, упругость элемента 8 и втулки б. Кроме того, этому способствует то, что силы реакции забоя, действующие на периферийные конусы шарошек 2, пересекаются в одной точке по оси долота, лежащей одновременно в плос кости оси роликов 9. При этом не возникает поперечных сил и моментов, стремящихся перегрузить соединение двух полумуфт и привести к значительному их смещению. Таким образом, кольцо 5, калибруя ствол скважины, выполняет одновременно и функцию центратора для шарошек 2.

Укаэанная самоустановка и центрирование.осуществляются с помоцью роликов 9, размещенных в пазах между кольцом 5 и стаканом 3. Ролики 9, кроме того, передают крутяций момент от ниппеля 4 к секциям и воспринимают. часть осевой нагрузки на долото.

Радиальные же нагрузки воспринимают поверхность 3 стакана 3 и кольца 5.

Элемент 8 служит средством герметизации долота, не допуская. попадания промывочной жидкости в зазор между торцом ниппеля 4 и торцом стакана, а также для аммортизации осевых нагрузок. .Втулка б способствует герметизаций и противостоит размыву элемента 8 и самого канала ниппеля 4. Частично она служит и для гашения малых изгибающих колебаний и поперечных сил в роликах 9 при угловых поворотах и радиальных смещениях стакана 3 в дополнение к опорной поверхности 0 ..

Разбуренная дслотом порода с потоком промывочной среды поднимается вверх, проходя между стенкой скваяп ны и скосами о (фиг. 2) в кольце 5.

1002504

30, Положительный эффект изобретения в сфере технологии изготовления заключается в упрощении обработки отдельно выполненного резьбового ннппеля 4 (резцы при обработке не обдирают в тяже-. 5 лых услОвиях участки сварки лап секцйй, не требуются специальные станки для этой операции и сложные патроны для установки долота по шарошкам лап и .т.п.). Нет необходимости выдерживать точный допуск на радиальное биение калибрующих конусов шарошек относительно.оси резьбы ниппеля с трудоемким контролем этого параметра. Появляется возможность изготовления ниппеля из других марок стали и более15 проиэводительными способами, чем в случае неразъемности ниппеля с секциями. Облегчается операция термической обработки ниппеля (после сварки она отпадает, тогда,как обычно 20 требуется трудоемкий отжиг хвостовиков в сложных громоздких печах последующей механической Обработки ниппеля).

В сфере эксплуатации долота, по- 25 мимо повышения долговечности, появляется возможность многократного ис- . пользования элементов, подлежащих разъему; облегчается навинчивание бурильных труб на ниппель долота, .повышается долговечность замкового реэьбового соединения (вследствие шарнирности ниппеля относительно. секций и исключения сдвигающих и изгибающих перегрузок, действующих на ;35 резьбу и ее торед в натяге); появ.ляется возможность установки на долото различных ниппелей и компоновки долота с разнообразными калибратора-. ми и бурильными трубами.

Формула изобретения

1. Буровое долото, содержащее корпус, составленный из отдельных секций в виде лап с.шарошками, имеющими. основные и периферийные конусы, калибратор, ниппель с резьбой, центральный промывочный канал, о т л и:,ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

1 повышения долговечности работы долота за счет равномерного распределения осевой нагрузки по секциям и центрирования их, корпус выполнен в виде двух шарнирно связанных полумуфт, снабженных соединительными роликами, герметизирующим элементом и ступенчатой цанговой втулкой, размещенной в промывочногл канале, при этом верхняя полумуфта жестко соединена с ниппелем, а нижняя — c секциями °

2. Долото по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что периферийные конусы шарошек имеют угол, при котором перпендикуляр, проведенный к середине образующей периферийного конуса в нижнем ее положении, пересекается с осью долота в точке, лежащей в горизонтальной плоскости, проходящей через оси роликов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Масленников И.Х. и др.. Инструмент для бурения скважин, И., "Недра", 1981, с. 16.

2. Патент США Р 4068731, кл. 175-339, опублик. 1978.

АННИН((Заказ 1484/3 ТКРаж 6()1 (тоти оно»

4илиаи П(Ш "((атент", г. Ужгоро ;, VJI Проект и 1н (