Буровое шарошечное долото грибенникова-ушаковой

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в нефтяной, газовой, геологоразведочной, горнорудной, а также в других отраслях промышленности. Долото содержит отдельные самостоятельные части: корпус, ниппель и узел в сборе, включающий шарошку с опорой из цапфы и подшипники, замковое устройство для фиксации шарошки на цапфе в виде разрезного фланца, закрепленного крепежными винтами и вынесенного за пределы рабочей зоны цапфы, и уплотнения. Диаметр цапфы d у ее основания равен 0,2 диаметра долота D. 2 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в нефтяной, газовой, геологоразведочной и горнорудной отраслях, а также для бурения скважин различного значения в других отраслях промышленности.

Известно буровое шарошечное долото, содержащее шарошки, установленные на цапфах лап посредством замкового шарикоподшипника и двух конических роликовых подшипников (большого и малого), а.с. №1229297 А1, МПК Е21В 10/22. Недостатками данной конструкции являются ограниченная область применения (только для опор шарошек, выполненных по схеме ролик-шарик-ролик); трудность (по сложности) в изготовлении; неравномерность изнашивания большого и малого подшипников - нарушен принцип равной долговечности подшипников качения; наличие замкового шарикоподшипника в рабочей зоне цапфы (катализатор разрушения опоры шарошек). Более близкой по технической сущности является шарошечное долото (патент №2067150 С1, Е21В 10/22), прототип, содержащее шарошки, установленные на цапфах лап посредством замкового шарикоподшипника двух роликовых (большого и малого) подшипников, где вместо замкового шарикового подшипника смонтирован малый роликовый подшипник, а замковый подшипник занял место малого роликового подшипника. Недостатками данной конструкции являются ограниченная область применения (только для опор шарошек, выполненных по схеме ролик-шарик-ролик); наличие в рабочей зоне цапфы замкового шарика подшипника; дорогостоящие затраты на переточку новых беговых дорожек с последующей корректировкой всей технической документации и усложнением технологии изготовления.

Техническая задача заявляемого изобретения заключается в создании надежной и долговечной конструкции долота.

Поставленная задача достигается тем, что диаметр цапфы у ее основания d₁ уменьшен на величину d₁=0,20 D, позволяющей в освободившееся пространство размещать тела качения большего размера или монтировать серийные подшипники качения с сепараторами. Величина измененного диаметра цапфы у ее основания d₁ должна удовлетворять условию d₁=0,20 D или соотношению d₁/D=0,20 (D - диаметр долота, мм) для всех типоразмеров шарошечных долот независимо от схемы исполнения опоры шарошек.

Сравнения заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:

- шарошечное долото разборное и состоит из трех самостоятельных изделий (ниппеля, корпуса и узла в сборе);

- замковый шарикоподшипник упразднен, вместо него используется механизм фиксации, который вынесен за пределы рабочей зоны цапфы;

- вместо замкового шарикоподшипника установлен второй большой подшипник (роликовый или шариковый);

- уменьшенный диаметр цапфы у ее основания d₁ позволяет подобрать (по расчету и размерам) серийные подшипники качения (с сепараторами) и смонтировать их парно, распределив равномерно на них осевую нагрузку;

- соотношение d₁/D=0,20 обеспечивает равно прочность всех элементов и деталей опоры шарошек и оптимальный выбор конструктивных размеров деталей опоры шарошек для всех типоразмеров шарошечных долот.

Поэтому заявляемое изобретение соответствует критерию «Новизна».

Предлагаемое техническое решение дает возможность:

- изготавливать шарошечное долото на заводах с ограниченной технической оснащенностью и невысокой культурой производства;

- упростить технологию изготовления и сборки;

- значительно снизить трудозатраты всего производства за счет отказа от дорогостоящего и энергоемкого прессоштамповочного оборудования;

- применять различные подшипники (насыпные, качения, скольжения) в опорах шарошек;

- снизить вероятность выпадения шарошек в забой скважин;

- увеличить проходку на долото за счет изменения конструкции опоры шарошек (увеличенных размеров тел качения или применения серийных подшипников качения);

- определять действительную стойкость вооружения и опоры шарошек;

- сделать шарошечное долото ремонтно-пригодным;

- использовать узел в сборе (шарошка-цапфа) как съемный буровой инструмент подобно перфораторной или пневмоударной коронок;

- решить проблему утилизации отработанных долот;

- использовать соотношение d₁/D=0,20 как критерий подобия для конструирования новых и модернизации серийно изготовляемых долот всех типоразмеров;

- обеспечить принцип равной долговечности подшипников качения за счет большого подшипника путем использования второго большого подшипника качения;

- устанавливать гарантированный ресурс работы опоры шарошек за счет применения серийных подшипников качения с сепараторами;

- определить действительный ресурс работы вооружения шарошек за счет регламентированного ресурса работы опоры шарошек;

- обосновать первичность конструкции долота и вторичность ее технологии производства.

При проведении информационного поиска по патентной и научно-технической литературе не была выявлена совокупность признаков, которая определила новое свойство заявляемого долота. Поэтому оно соответствует критерию «Изобретательный уровень».

Заявленное изобретение может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применяемость».

На фиг.1 показано шарошечное долото в сборе (ниппель - 1; корпус - 2; узел в сборе - 3).

На фиг.2 показан узел в сборе (шарошка с цапфой).

Проектирование нового или модернизация действующих долот начинается с выбора материала для цапфы, который должен обеспечивать пятикратный запас прочности сечения цапфы у ее основания по пределу текучести, удовлетворяющему условию d₁=0,20 D (или d₁/D=0,20) для любого типоразмера шарошечного долота.

Сборка долота начинается со сборки узла в сборе, фиг.2. На цапфу 4 монтируются два одинаковых шариковых или роликовых подшипника 10 (насыпные или серийные с сепараторами), затем с помощью контргайки 12 они фиксируются от вертикального перемещения. В нижнюю часть шарошки устанавливают подпятник с пятой или упорный подшипник 13. Цапфа 4 с монтированными на ней подшипниками 10 и закрепленной на резьбе контргайкой 12 размещают в шарошке 11. Затем устанавливается уплотнительные элементы 6, 7, 8 и собирается разъемный фланец 5, который крепится винтами 9. Собранные узлы в сборе монтируются в специальные пазы или отверстия корпуса 2 (фиг.1) и в стыках по контуру соединения цапфы 4 с корпусом 2 (фиг.1) свариваются. Затем вставляется (или навинчивается) ниппель 1 в корпус 2 по контуру соединения и сваривается.

Шарошечное долото, содержащее отдельные самостоятельные части: корпус, ниппель и узел в сборе, включающий шарошку с опорой из цапфы и подшипники, замковое устройство для фиксации шарошки на цапфе в виде разрезного фланца, закрепленного крепежными винтами и вынесенного за пределы рабочей зоны цапфы, и уплотнения, отличающееся тем, что диаметр цапфы d у ее основания равен 0,2 диаметра долота D.