Опора шарошечного долота (варианты)
Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым шарошечным долотам. Позволяет повысить работоспособность долота. Опора включает цапфу с осевым каналом и торцевой конической расточкой, закрепленную посредством замкового подшипника шарошку и установленный в осевом канале цапфы компенсатор с цилиндрическим хвостовиком и коническим участком, конгруэнтным конической расточке цапфы. Осевой канал цапфы и хвостовик компенсатора выполнены с ответными резьбами, образующими винтовую пару с узлом регулировки положения компенсатора относительно цапфы, выполненным в виде полого стопорного диска, установленного соосно цапфе и жестко соединенного с ней, и пружины, размещенной между диском и торцом компенсатора, при этом торец компенсатора выполнен с пазом. По другому варианту компенсатор выполнен ступенчатой формы, подпружинен в осевом направлении и установлен в полости цапфы с возможностью осевого перемещения под действием реакции стенок скважины, при этом наружный торец хвостовика компенсатора расположен параллельно оси долота и удален от нее на расстояние, равное радиусу долота. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к опорам буровых шарошечных долот.
Известна опора бурового шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников качения и скольжения установлена шарошка с торцевой опорой скольжения (см. Мокшин А.С и др. Шарошечные долота, М.: Недра, 1971 г., с.172).
Использование торцевого подшипника позволяет уменьшить осевые зазоры в опоре и тем самым снизить динамические нагрузки, возникающие за счет наличия люфтов в опоре долота. Однако выполнение цапфы с торцевым подшипником требует высокой точности изготовления, что ведет к значительному удорожанию долота в целом.
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, включающая полую цапфу с торцевой конической расточкой, закрепленную посредством замкового подшипника шарошку и установленный в полости цапфы компенсатор с коническим участком, конгруэнтным конической расточке цапфы (см. патент РФ №2001232, кл. Е21В 10/22, 1993 г.).
Недостатком данного долота является невозможность полного использования ресурса работы опоры долота. Особенно это сильно сказывается при использовании одного долота несколько раз (например, при проведении различных исследований в скважине через определенный интервал глубин, при разбуривании перемежающихся по твердости породам и т.д.). В таких случаях повторный спуск долота осуществляется без дополнительной регулировки опоры долота, что резко снижает ресурс работы долота в целом из-за невозможности регулировки зазоров в опоре долота.
В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение стойкости опоры долота и как следствие этого - повышение проходки на долото и рейсовой скорости бурения.
Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, включающей полую цапфу с торцевой конической расточкой, закрепленную посредством замкового подшипника шарошку и установленный в полости цапфы компенсатор с коническим участком, конгруэнтным конической расточке цапфы, согласно изобретению осевой канал цапфы и хвостовик компенсатора выполнены с ответными резьбами, образующими винтовую пару, которая снабжена узлом регулировки положения компенсатора относительно цапфы.
Решению поставленной задачи способствует также и то, что
- узел регулировки положения компенсатора относительно цапфы выполнен в виде полото стопорного диска, установленного соосно цапфе в жестко соединенного с ней, и пружины, размещенной между диском и торцом компенсатора, при этом торец компенсатора выполнен с пазом;
- хвостовик компенсатора выполнен ступенчатой формы, при этом ступень меньшего диаметра расположена в полости стопорного диска.
По другому варианту поставленная задача достигается тем, что в опоре шарошечного долота, включающей полую цапфу с торцевой конической расточкой, закрепленную посредством замкового подшипника шарошку и установленный в полости цапфы компенсатор с коническим участком, конгруэнтным конической расточке цапфы, согласно изобретению компенсатор установлен в полости цапфы с возможностью осевого перемещения под действием реакции стенок скважины, при этом торец хвостовика компенсатора расположен параллельно оси долота и удален от нее на расстояние, равное радиусу долота.
Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 изображен общий вид опоры бурового шарошечного долота; на фиг.2 - торцевой подшипник; на фиг.3 - другой вариант выполнения компенсатора; на фиг.4 - вариант выполнения компенсатора по другому варианту.
Опора бурового шарошечного долота по первому варианту содержит шарошку 1, закрепленную на цапфе 2 посредством замкового подшипника 3. На торцевой поверхности 4 концевого подшипника 5 выполнена коническая расточка 6. Цапфа 2 выполнена с осевым каналом 8, в котором размещен компенсатор 7 с коническим участком 9, конгруэнтным конической расточке 6 цапфы 1, и цилиндрическим хвостовиком 10. При этом длина конической расточки 6 выбирается равной длине конического участка 9 и суммарной длине осевых зазоров опоры (фиг.2). По первому варианту компенсатор 7 и цапфа 2 выполнены с винтовыми участками, образующими винтовую пару, снабженную узлом регулировки положения компенсатора 7 относительно цапфы 2. Узел регулировки положения компенсатора относительно цапфы выполнен в виде полого стопорного диска 12, установленного соосно цапфе 2 и жестко соединенного с ней, и пружины 11, размещенной между диском 12 и торцом компенсатора 7, при этом торец компенсатора выполнен с пазом 16. С целью упрощения регулировки положения компенсатора 7 хвостовик его выполняется ступенчатой формы, причем ступень 14 меньшего диаметра располагается в полости диска 12.
По второму варианту (фиг.4) осевой канал 8 и компенсатор 7 выполнены без резьбовых участков и компенсатор 7 может перемещаться вдоль осевого канала 8 цапфы 2 под действием реакции стенок скважины, с которыми контактирует торец хвостовика 15, который расположен параллельно оси долота и удален от нее на расстояние, равное радиусу долота (Д1/2, где Д1 - диаметр долота).
Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. В канал 8 ввинчивается компенсатор 7. Благодаря увеличенной длине конической расточки 6 конический участок 9 компенсатора 7 располагается заподлицо с торцом 4 цапфы 2. Затем монтируют шарошку 1 на цапфе 2 и фиксируют ее замковым подшипником 3. Образующиеся осевые зазоры в опоре долота выбирают за счет осевого перемещения компенсатора 7 по резьбе до контакта его внутреннего торца конического участка 6 с противолежащим торцом шарошки 1. Это положение удерживается пружиной 11, которая устанавливается в канале 8. Затем устанавливают диск 12 и жестко фиксируют его относительно цапфы любым известным способом (сваркой, посредством резьбы и т.д.). По второму варианту выборка зазоров осуществляется пружиной 11, которая прижимает в исходном положении конический торец 6 компенсатора 7 к внутреннему торцу шарошки 1, а в процессе работы долота прижатие компенсатора 7 к внутреннему торцу шарошки 2 обеспечивается за счет сил реакции стенок скважины, с которыми контактирует торец хвостовика 15 компенсатора 7.
Принцип работы предложенной опоры долота заключается в следующем. В процессе работы долота шарошка 1, вращаясь вокруг цапфы 2, взаимодействует своим торцом на концевую часть 9 компенсатора 7 и тем самым снимает часть осевой нагрузки, действующей на замковый подшипник 3 вдоль оси цапфы 2. Это значительно повышает срок работы подшипника 3, особенно в долотах малого диаметра. При этом пружина 11 поджимает компенсатор 7 и препятствует его обратному движению, которое может возникнуть за счет вибрации долота, особенно при бурении по трещиноватым породам. Одновременно пружина 11 гасит динамические нагрузки, действующие на компенсатор 7. После подъема долота на поверхность и возможности его повторного спуска в скважину компенсатор 7 отверткой через полость диска 12, используя паз 16, ввинчивают компенсатор 7 до контакта с внутренним торцом шарошки 1, выбирая все образовавшиеся в процессе работы долота осевые зазоры и разгружая тем самым замковый подшипник 3. Во втором варианте выполнения опоры образующиеся в процессе работы осевые зазоры выбираются автоматически, благодаря постоянному контакту торца хвостовика 15 компенсатора 7 со стенками скважины. С этой целью торец хвостовика 15 располагается параллельно оси долота, а в плане - на удалении от оси долота на расстояние, равное радиусу долота (0,5 Д1, где Д1 - диаметр долота, см. фиг.4). В этом случае динамические нагрузки, действующие на компенсатор 7, также гасятся пружиной 11.
Таким образом, выполнение опоры долота предложенной конструкции и схема расположения компенсатора позволяют повысить износостойкость опоры и долота в целом.
1. Опора шарошечного долота, включающая цапфу с осевым каналом и торцевой конической расточкой, закрепленную посредством замкового подшипника шарошку и установленный в осевом канале цапфы компенсатор с цилиндрическим хвостовиком и коническим участком, конгруэнтным конической расточке цапфы, отличающаяся тем, что осевой канал цапфы и хвостовик компенсатора выполнены с ответными резьбами, образующими винтовую пару с узлом регулировки положения компенсатора относительно цапфы, выполненным в виде полого стопорного диска, установленного соосно с цапфой и жестко соединенного с ней, и пружины, размещенной между диском и торцом компенсатора, при этом торец компенсатора выполнен с пазом.
2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что хвостовик компенсатора выполнен ступенчатой формы, при этом ступень меньшего диаметра расположена в полости стопорного диска.
3. Опора шарошечного долота, включающая цапфу с осевым каналом и торцевой конической расточкой, закрепленную посредством замкового подшипника шарошку и установленный в осевом канале цапфы компенсатор с цилиндрическим хвостовиком и коническим участком, конгруэнтным конической расточке цапфы, отличающаяся тем, что компенсатор выполнен ступенчатой формы, подпружинен в осевом направлении и установлен в полости цапфы с возможностью осевого перемещения под действием реакции стенок скважины, при этом наружный торец хвостовика компенсатора расположен параллельно оси долота и удален от нее на расстояние, равное радиусу долота.
