Промывочный узел шарошечного бурового долота

Изобретение относится к промывочным узлам шарошечных долот. Позволяет упростить конструкцию и снизить стоимость долота. Узел содержит насадку со ступенчатой наружной поверхностью и уплотнительный элемент, закрепленные в гнезде канала корпуса долота посредством стопора, установленного на ступени меньшего диаметра насадки. Насадка выполнена с дополнительной ступенью, расположенной со стороны входной ее части и имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру промывочного канала. Стопор промывочного узла выполнен в виде разрезного пружинного кольца, а боковые стенки промывочного канала с ответной кольцевой расточкой. Внутренний и наружный диаметры пружинного кольца в сомкнутом положении соответственно меньше наружного диаметра малой ступени насадки и больше диаметра гнезда, а ход насадки - расстояние от верхнего торца ступени большего диаметра насадки до дна гнезда не менее высоты нижней ступени. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к их промывочным узлам.

Известен промывочный узел шарошечного бурового долота, содержащий коноидальную насадку с уплотнительным элементом, закрепленные в канале корпуса бурового долота посредством стопорного пружинного кольца (см. справочник "Буровой инструмент", Масленников И.К., Москва, Недра, 1989 г., с.27).

К недостаткам данного промывочного узла следует отнести малую надежность, связанную с возможностью выдавливания промывочного узла из гнезда канала под действием перепада давления на насадке. Наиболее часто это наблюдается при бурении шарошечными долотами, работа которых сопровождается сильной вибрацией, особенно при бурении по твердым и крепким трещиноватым породам.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является промывочный узел шарошечного бурового долота, содержащий насадку со ступенчатой наружной поверхностью и уплотнительный элемент, закрепленные в гнезде канала корпуса долота посредством стопора, установленного на ступени меньшего диаметра насадки (см. патент США №5494122, кл. 175-340, 1996 г.).

Недостатками данного промывочного узла являются сложность конструкции, высокая стоимость и ограниченная область применения.

Сложность конструкции и связанная с ним высокая стоимость обусловлены использованием в качестве стопора резьбовой втулки и необходимостью проведения сварочных работ для крепления элементов промывочного узла с корпусом долота. Ограниченность же области применения связана с возможностью использования подобных промывочных узлов только в долотах большого диаметра, предназначенных для бурения по мягким и средней твердости породам, разрушение которых не связана с сильной вибрацией бурового инструмента. Наличие же сильной вибрации в процессе работы долота может привести к развинчиванию резьбовой втулки с оставлением всех элементов промывочного узла на забое скважины.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение стоимости и расширение области применения предложенного промывочного узла.

Поставленная техническая задача решается тем, что в промывочном узле шарошечного бурового долота, содержащем насадку со ступенчатой наружной поверхностью и уплотнительный элемент, закрепленные в гнезде канала корпуса долота посредством стопора, установленного на ступени меньшего диаметра насадки, согласно изобретению насадка выполнена с дополнительной ступенью, расположенной со стороны входной ее части, и имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру промывочного канала, стопор выполнен в виде разрезного пружинного кольца, а боковые стенки промывочного канала - с ответной кольцевой расточкой, при этом внутренний и наружный диаметры пружинного кольца в сомкнутом положении соответственно меньше наружного диаметра малой ступени насадки и больше диаметра гнезда, а ход насадки (расстояние от верхнего торца ступени большего диаметра насадки до дна гнезда) не менее высоты нижней ступени.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- верхняя ступень насадки выполнена съемной и жестко соединена со ступенью насадки большего диаметра.

- ступень насадки большего диаметра выполнена с кольцевой расточкой под съемную ступень насадки.

Выполнение насадки ступенчатой формы и стопора с указанными параметрами позволяет создать замковое соединение, в котором насадка удерживается стопором, а сам стопор в рабочем положении блокируется от сжатия меньшей ступенью насадки, и улучшить гидродинамические показатели промывочного узла благодаря перекрытию зазора между дном гнезда и верхним торцом насадки. При этом съемное выполнение верхней ступени насадки и жесткое крепление ее со ступенью большего диаметра позволяет упростить конструкцию промывочного узла, а выполнение ступени большого диаметра с кольцевой расточкой под съемную часть насадки повышает герметичность между контактирующими поверхностями насадки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид промывочного узла в разрезе; фиг.2 и 3 - варианты выполнения промывочного узла.

Промывочный узел шарошечного бурового долота включает насадку 1 со ступенями меньшего и большего диаметра 2 и 3 соответственно, закрепленную посредством стопора в виде разрезного пружинного кольца 4, установленного на ступени 2 малого диаметра в кольцевой расточке 5 гнезда 6. Для герметизации насадки от промывочной жидкости, нагнетаемой через канал 7, на боковой поверхности гнезда 6 установлен уплотнительный элемент 8. В предложенном промывочном узле насадка 1 выполнена с дополнительной ступенью 9, расположенной со стороны входной ее части и имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру промывочного канала 7. Насадка 1, гнездо 6 и разрезное кольцо 4 имеют размеры, которые строго взаимосвязаны между собой. Так, общая высота насадки 1 должна быть больше высоты гнезда 6, ход - Н насадки 1 (расстояние от верхнего торца ступени 3 большего диаметра насадки до дна гнезда 6) должен быть не менее высоты - h ступени 2 меньшего диаметра, а внутренний и наружный диаметры разрезного кольца 4 в сомкнутом положении должны быть соответственно меньше наружного диаметра меньшей ступени 2 насадки 1 и больше диаметра гнезда 6. При таком соотношении размеров насадка 1 и пружинное разрезное кольцо 4 образуют в рабочем положении замковое соединение, когда насадка 1 надежно удерживается в гнезде 6 разрезным кольцом 4, при этом само кольцо 4 блокируется от сжатия ступенью 2 насадки 1 меньшего диаметра. В промывочном узле, представленном на фиг.1, представлен промывочный узел с монолитной двухступенчатой насадкой 1, верхняя ступень 9 которой полностью перекрывает гнездо 6 по высоте и те самым исключает возникновение кавитационных явлений, а следовательно, и размыв промывочного узла, возникающих вследствие наличия зазора между верхним торцом насадки 1 и дном гнезда 6. Возможен вариант выполнения насадки 1 со съемной верхней ступенью 9 (фиг.2), которая жестко крепится со ступенью 3 большего диаметра. При этом возможен вариант выполнения ступени 3 большего диаметра с кольцевой проточкой 10 (фиг.3) под съемную часть 9 насадки 1. Причем в обоих случаях уплотнительный элемент 8 устанавливается непосредственно в гнезде 6 между боковой стенкой гнезда и наружной поверхностью съемной части 9 насадки.

Монтаж промывочного узла осуществляется следующим образом. После установки уплотнительного элемента 8, в гнездо 6 до упора с его дном вводят насадку 1, высота которой выбирается с таким расчетом, чтобы она не препятствовала установке стопорного кольца 4. После установки пружинного кольца 4 насадку 1 опускают и промывочный узел занимает положение, показанное на фиг.1, 2 и 3. Для повышения эффективности работы промывочного узла за счет улучшения его гидродинамических показателей используют насадку 1, полностью перекрывающую гнездо 6 по высоте. При использовании промывочных узлов с насадкой 1 со съемной верхней ступенью 9 вначале соединяют последнюю со ступенью 3 большого диаметра и после этого сборка промывочного узла продолжается, как и с промывочными узлами с монолитными насадками.

1. Промывочный узел шарошечного бурового долота, содержащий насадку со ступенчатой наружной поверхностью и уплотнительный элемент, закрепленные в гнезде канала корпуса долота посредством стопора, установленного на ступени меньшего диаметра насадки, отличающийся тем, что насадка выполнена с дополнительной ступенью, расположенной со стороны входной ее части, и имеющий наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру промывочного канала, стопор выполнен в виде разрезного пружинного кольца, а боковые стенки промывочного канала с ответной кольцевой расточкой, при этом внутренний и наружный диаметры пружинного кольца в сомкнутом положении соответственно меньше наружного диаметра малой ступени насадки и больше диаметра гнезда, а ход насадки - расстояние от верхнего торца ступени большего диаметра насадки до дна гнезда, не менее высоты нижней ступени.

2. Промывочный узел по п.1, отличающийся тем, что верхняя ступень насадки выполнена съемной и жестко соединена со ступенью насадки большего диаметра.

3. Промывочный узел по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ступень насадки большего диаметра выполнена с кольцевой расточкой под съемную ступень насадки.