Разборное буровое шарошечное долото с укороченными секциями лап

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к разборным шарошечным долотам, и может быть использовано при бурении скважин различного назначения. Техническим результатом является повышение работоспособности, обеспечение ремонтопригодности и снижение трудоемкости в изготовлении. Разборное буровое шарошечное долото содержит корпус с ниппелем, укороченные секции лап и узел в сборе - цапфа с установленной на ней шарошкой посредством роликовых подшипников. Шарошки выполнены двухслойными, состоящими из каркаса и кожуха. Опорные плоскости ниппеля с корпусом перпендикулярны оси долота. Посадочные размеры цапф под подшипники выполнены согласно соотношению d/D=0,20 (где d - диаметр сечения цапфы в месте посадки подшипника; D - диаметр долота). В соединении корпуса с секциями лап предусмотрены зазоры для регулирования размеров в осевом и радиальном направлениях. Укороченные секции лап выполнены в виде кронштейнов Г-образной формы с углом наклона в зависимости от свойств породы и области применения долота. 7 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям породоразрушающего инструмента - шарошечного долота, предназначенного для бурения скважин различного назначения в горно-рудной, нефтяной, геологоразведочной и других отраслях промышленности.

Известны конструкции буровых шарошечных долот, где опоры шарошек различаются между собой по видам (В, Н, НУ, АУ) согласно ГОСТу 20692-2003. Современные долота (ГОСТ 20692-2003) состоят из секций лап, на которых смонтированы шарошки (условно узлы в сборе). Секции лап в собранном виде образуют жесткую неразборную конструкцию. Верхняя часть лап в собранном виде затем растачивается с последующей нарезкой на ней конусной замковой резьбы, образуя ниппель. Во всех известных схемах исполнения опоры шарошек имеется шарикоподшипник и определенное количество беговых дорожек для монтажа в них тел качения. Тела качения свободно размещаются на беговых дорожках, образованных шарошкой и цапфой, без какой-либо их фиксации, то есть без сепараторов. В технике такие конструкции называются насыпными подшипниками.

В зависимости от конструкции корпуса шарошечные долота независимо от назначения разделяются на две группы А и Б.

Группа А (секционные долота) - корпус сваривается из отдельных секций (лап), на которых монтируются шарошки.

Группа Б (цельнокорпусные) - корпус цельный, литой, к которому привариваются лапы с укрепленными на них шарошками.

К группе А относятся долота диаметром от 76 до 393,7 мм, а к группе Б - от 349,2 по 508 мм.

Общим для обеих групп является наличие секций лап, на которые монтируются шарошки с замковым шарикоподшипником.

Недостатками таких конструкций (ГОСТ 20692-2003) являются энергоемкая штамповка секций лап, недостаточно надежное сварное соединение, особенно в секционных долотах, невозможность разборки и ремонта конструкций, ненадежная и недолговечная опора шарошек с замковым шарикоподшипником, специфичность производства, трудоемкая утилизация, отсутствие конструктивного и технологического ресурса для дальнейшего совершенствования долот. Подтверждением перечисленных недостатков является ГОСТ 20692-2003, где шарошечные долота не наделены потребительскими свойствами, не имеют гарантированного ресурса работоспособности и не позволяют потребителю провести сравнительный анализ с зарубежными аналогами и долотами отечественного производства, то есть правильно подобрать долото для производства работ.

Близкими по техническому решению (по опоре) является конструкция, заявленная в патенте №2067150 6 Е21В 10/22 от 27.09.96 г., где путем перестановок насыпных подшипников качения получен прирост долговечности и обеспечен принцип их равной долговечности.

Недостатком таких конструкций является ограниченная область их применения (лишь для опор ролик - шарик - ролик); невозможность разборки и ремонта и множество других. Перемещение в нижнее положение замкового шарикоподшипника в указанном патенте №2067150 снижает его ресурс работоспособности за счет уменьшения размеров его тел качения и не исключает всех недостатков, присущих насыпным подшипником качения (набегание, завихрение, заклинивание тел качения). В опорах ролик - шарик - ролик перераспределение нагрузки и увеличение долговечности будет зависеть не от большого подшипника, а от быстрого изнашивания замкового шарикоподшипника, который увеличивает вероятность выпадения шарошки в забой. Не менее проблематичен и способ монтажа тел качения в нижнее положение, где потребуется повреждение вооружения (фрезерного или с твердосплавными зубками), связанное с дополнительными трудозатратами.

Наиболее близкими по технической сущности к заявленному техническому решению является разборное долото, патент №2215112 от 21.08.2001 года - прототип, состоящее из отдельных самостоятельных частей (ниппеля, корпуса и узла в сборе).

Недостаток данной конструкции состоит в недоиспользованных технических возможностях опоры шарошек, конструкции корпуса долота и технологии сборки долота. Техническая задача заявленного изобретения заключается в создании разборной конструкции с прогнозируемым ресурсом работоспособности, ремонтнопригодной, менее трудоемкой в изготовлении, не требующей громоздкого прессово-штамповочного оборудования, менее энергозатратной, более надежной и долговечной и с множеством других положительных факторов, а главное - снижение затрат на спуско-подъемные операции при бурении глубоких скважин за счет гарантированного ресурса работоспособности опоры шарошек. Разборная конструкция шарошечного долота кроме решения заявленных задач позволит упростить парк станочного оборудования, унифицировать детали и узлы долота, а также сам процесс изготовления, решив тем самым один из важных вопросов, - сделать долото конструктивным, технологичным и перспективным для дальнейшего совершенствования.

Разборная конструкция шарошечного долота с опорой шарошек, выполненная по соотношению d/D=0.20 (d - диаметр сечения цапфы наиболее нагруженного подшипника, мм; D - диаметр долота, мм), позволяет варьировать в широком диапазоне размеры тел качения, их геометрические формы, а также схемы различных подшипников (стандартных, насыпных, скольжения и их комбинации).

В отличие от прототипа (патент №2215112 от 21.08.2001 г.) в предлагаемую конструкцию внесены следующие изменения: ниппель с корпусом выполнены как единое целое; секции лап укорочены и имеют прямоугольную форму; вместо подшипника скольжения установлен сборный роликовый подшипник качения с роликами, имеющими сферическую торцевую поверхность и наклонный роликовый подшипник; шарошка выполнена двухслойной и состоит из каркаса и кожуха.

Разборность долота делает его ремонтнопригодным, легко утилизируемым, удобным для исследования и прогнозируемым по ресурсу работоспособности.

Техническая задача заявляемого изобретения достигается следующими конструктивными решениями.

Соединения ниппеля с корпусом в единое целое позволяет исключить срез сварных швов при реверсировании бурильной колонны и при заклинивании долота.

Использование укороченных лап прямоугольного сечения позволяет увеличить их прочность и жесткость, снизить затраты и улучшить технологичность при изготовлении.

Замена подшипника скольжения на роликовые подшипники качения позволяет повысить скорость бурения и исключить схватывание и заедание поверхностей скольжения и таким образом предотвратить заклинивание шарошки.

Двухслойная конструкция шарошки позволяет отказаться от трудоемкой работы по оснащению шарошек серийных долот твердосплавными зубками. В частности, отпадает необходимость в выполнении операций по сверлению, запрессовке и пайке зубков. К примеру, на 3-шарошечном долоте диаметром 244,5 мм используется до 200 зубков; устранить такой недостаток шарошечных серийных долот, как например, выпадение твердосплавных вставок ввиду ослабления их крепления при эксплуатации.

Поэтому заявленное изобретение соответствует критерию «Новизна».

Предлагаемое техническое решение дает возможность:

- снизить затраты на изготовление;

- упростить технологию сборки и контроля, снизить затраты на технологическую оснастку;

- увеличить размеры тел качения подшипников или применять стандартные подшипники качения с сепараторами с теми же размерами тел качения, что применяются в серийных долотах;

- отказаться от сложной формы и большого количества беговых дорожек цапфы и шарошек;

- отказаться от традиционных замковых подшипников;

- применять кроме регламентированных в ГОСТ 20692-2003 видов опор В, Н, НУ, АУ и другие в виде различных модификаций, исходя из режима бурения низко- или высокооборотного и допустимой осевой нагрузки на долото и крутящего момента;

- обеспечить равнонадежность опорных элементов, своевременную их замену, прогнозировать ресурс работоспособности шарошечных долот в целом и гарантировать равнопрочность опоры и вооружения;

- применять серийные стандартные металлообрабатывающие станки;

- уменьшить или сократить состав оборудования за счет отказа от энергозатратного прессово-штамповочного оборудования;

- выполнять сборку и разборку на заводах-производителях и на местах эксплуатации;

- применять межпроизводственную кооперацию при изготовлении деталей и узлов;

- составить или разработать типоразмерный ряд деталей и узлов на основе 100% унификации и стандартизации всех деталей и узлов шарошечных долот всего типоразмерного ряда;

- разработать методику расчета и выбора основных конструктивных параметров долота с учетом их равнопрочности, равнодолговечности и системной надежности (привод - буровой став - породоразрушающий инстумент);

- перераспределить радиальную составляющую от осевой нагрузки равномерно на дугу 180 градусов, снизив тем самым контактные напряжения на тела качения;

- снизить вероятность заклинивания шарошки относительно цапфы;

- увеличить ресурс работоспособности опоры шарошек за счет увеличения размера тел качения;

- увеличить скорость проходки;

- снизить вероятность выпадения шарошек в забой скважины;

- обеспечить лучшую очистку забоя скважины за счет правильной геометрической формы нового долота;

- обеспечить ремонтнопригодность долот;

- снизить затраты на спуско-подъемные операции;

- исследовать процессы изнашивания и отказов и классифицировать их в соответствии с принятой производителями долот всего мира системой классификации, особенно по отказам опоры шарошек;

- разделить долота на простые и сложные, низкооборотные и высокооборотные, глубинные и поверхностные, дорогие и дешевые, применяемые для бурения на карьерах или глубоких газовых и нефтяных скважин;

- организовать выпуск во всем типоразмерном ряде (ГОСТ 20692-2003) более простых шарошечных долот для горнодобывающей, строительной, геологоразведочной и других отраслей, не требующих сложных долот с герметизированными опорами и масленками;

- решить проблему разборности долот, многофункциональности и многоразового их использования - снизить расход никелесодержащих сталей;

- снизить общие затраты на буровые работы.

При проведении анализа патентной и научно-технической литературы была выявлена совокупность признаков, которые определили новые свойства заявленного долота. Поэтому оно соответствует критерию «изобретательский уровень». Заявленная конструкция может быть воплощена на стандартном оборудовании с использованием известных технологичных процессов и поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».

На фиг.1 показано буровое шарошечное долото в сборе, которое состоит из 1 - ниппеля-корпуса; 4 - узла в сборе; 3 - секций лап; 2 - крепежной гайки.

На фиг.2а) и б) показан ниппель-корпус 1 в двух проекциях с вырезами 5.

На фиг.3-6 показана секция лапы, которая может быть выполнена в двух вариантах цельной или разъемной.

На фиг.7 показан узел в сборе, который содержит:

6 - цапфу;

7 - антифрикционную прокладку;

8 - наружное кольцо сборного подшипника;

9 - штифт;

10 - ролики сборного подшипника;

11 - внутреннее кольцо сборного подшипника;

12 - ролики наклонного подшипника;

13 - кожух;

14 - каркас.

Узел в сборе 4 и секция лапы 3 как одно целое вставляются в прямоугольное отверстие и закрепляются гайкой 2, которая затем штифтуется и обваривается по контуру.

Предлагаемая конструкция долота имеет ту особенность, что ее детали при осевой нагрузке (которая является определяющей) работают на сжатие в отличие от серийных долот, где осевая нагрузка создает усилие, работающее на срез и разрыв сварных швов секций лап. Работа деталей на сжатие исключает возможность выпадения лап в забой, что является одним из недостатков серийных долот.

Выбор цельной конструкции ниппеля с корпусом исключает возможность среза ниппеля с корпуса долота, что происходит в случае, когда ниппель и корпус выполнены как отдельные детали.

Предложенная конструкция упрощает соединение узла в сборе с секцией лапы. Кроме того, полностью устраняется разновысотность секций лап путем установки металлических прокладок между корпусом и опорной поверхностью секции лапы, что невозможно достичь в 3-секционных шарошечных долотах серийного производства. Исключение сложной, дорогостоящей и трудоемкой сварки продольных швов секций лап и исполнение ниппеля с корпусом как одно целое в предлагаемой конструкции значительно упрощает и удешевляет процесс производства долот.

Вместо конусного подшипника скольжения применены два роликовых со значительно большим диаметром роликов по сравнению с роликами, применяемыми в серийных долотах, сходных по типоразмеру. Использование подшипника с телами качения позволяет уменьшить количество беговых дорожек в цапфе и шарошке.

В целях уменьшения трения роликов их торцевые поверхности выполнены сферическими. Кроме того, торцевые поверхности роликов могут быть также выполнены в виде кривых второго порядка. Предложенная конструкция ролика обеспечивает снижение сопротивления трению по сравнению с роликами, имеющими торцевые поверхности в виде плоскости и используемыми в серийных долотах.

Отличительной особенностью шарошки в конструкции предлагаемого долота является то, что она выполнена двухслойной. Наружная поверхность ее представляет собой кожух, изготовленный из твердого сплава и имеющий наплывы по форме и размерам, имитирующие твердосплавные зубки, используемые в шарошках серийных долот.

Кожух данной конструкции обеспечивает:

- возможность отказаться от трудоемкой работы по оснащению шарошек серийных долот твердосплавными зубками. В частности, отпадает необходимость в выполнении операции по сверлению, запрессовке и пайке зубков.

- устранение такого недостатка в шарошках серийных долот, как выпадение твердосплавных вставок ввиду ослабления их крепления при эксплуатации долот;

- возможность использования новых высокопрочных материалов, применяемых в оборонной и космической отраслях.

Разборное буровое шарошечное долото с укороченными секциями лап, содержащее узел в сборе и ниппель, совмещенный с корпусом, отличающееся тем, что шарошки выполнены двухслойными, состоящими из каркаса и кожуха, опорные плоскости ниппеля с корпусом перпендикулярны оси долота, в опоре шарошек установлены роликовые сборные подшипники, посадочные размеры цапф под подшипники выполнены согласно соотношению
d/D=0,20,
где d - диаметр сечения цапфы в месте посадки подшипника;
D - диаметр долота,
в соединении корпуса с секциями лап предусмотрены зазоры для регулирования размеров в осевом и радиальном направлениях, укороченные секции лап выполнены в виде кронштейнов Г-образной формы с определенным углом наклона в зависимости от свойств породы и области применения долота.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин.

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в буровых долотах преимущественно при высокооборотном бурении. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шарошечным долотам. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин.

Изобретение относится к породоразрушаемому инструменту, а именно к буровым долотам. .

Изобретение относится к буровой технике, в частности к породоразрушающему инструменту, предназначенному для бурения скважин в горных породах. .

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шарошечным долотам корпусного типа

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям породоразрушающего инструмента - шарошечного долота, предназначенного для бурения скважин в нефтяной, газовой, геолого-разведочной, горнорудной, угольной и других отраслях

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции шарошечного долота, предназначенного для бурения скважин любого направления в горно-рудной, нефтяной и газовой промышленности и в строительстве дорог, каналов и др

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту шарошечного типа

Изобретение относится к породоразрушающему буровому инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам для бурения горизонтальных и пологих наклонных скважин. Позволяет механически удалять крупный шлам и обломки горной породы и металла, отлагающихся на нижней стенке скважины из зоны работы долота, повышает износостойкость лап долота, создает дополнительную осевую нагрузку на долото. Долото состоит из секций, включающих шарошки, установленные с возможностью вращения на цапфах лап, и лапы. На спинках лап выполнены лопасти в виде двух или трех винтовых выступов трапецеидального профиля с углом подъема винтовой линии от 20 до 25°. Нижние лопасти на лапах 1-й и 2-й секций выполнены на одинаковой высоте от нижнего торца долота так, что входные торцы лопастей находятся ниже верхнего уровня шарошек. Нижняя лопасть 3-й секции выполнена так, что ее входной торец перекрывает выходные торцы нижних лопастей 1-й и 2-й секций. Вторая снизу лопасть 1-й секции выполнена так, что ее входной торец перекрывает выходной торец нижней лопасти 3-й секции. Вторая снизу лопасть 2-й секции выполнена так, что ее входной торец перекрывает выходной торец второй снизу лопасти 1-й секции, а вторая снизу лопасть 3-й секции выполнена так, что ее входной торец перекрывает выходной торец второй снизу лопасти 2-й секции и т.д. 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в горнорудной, нефтяной и газовой промышленности и в строительстве дорог, каналов, трубопроводов и др. Технический результат заключается в повышении эффективности работы и ресурса долота. Буровое шарошечное долото содержит корпус с ниппелем и продувочными каналами, шарошки усеченной сферической формы и их опоры в виде ступенчатого опорного вала с возможностью вращения, один конец которого, обращенный к забою скважины, выполнен прямоугольного сечения, а другой конец, имеющий форму усеченного конуса, установлен в отверстии корпуса и снабжен упорным шариковым подшипником, а в отверстии на выходе из корпуса ступенчатый вал снабжен уплотнительными элементами, зафиксированными неразрезной съемной крышкой, крепящейся к корпусу долота. Основание ступенчатого опорного вала снабжено дополнительным упорным шариковым подшипником, имеющим кольца, причем верхнее кольцо соединено с нижним основанием усеченного конуса ступенчатого опорного вала, а нижнее кольцо соединено с корпусом долота, при этом уплотнительные элементы зафиксированы общей для всех шарошек неразрезной съемной крышкой. 2 ил.

Изобретение относится к трехшарошечным буровым долотам для горизонтальных скважин и скважин в твердой породе. Технический результат заключается в снижении поперечных колебаний долота, повышении эффективности очистки забоя, тем самым повышая эффективность бурения и общую эффективность долота. Трехшарошечное буровое долото содержит три лапы и шарошки, установленные на нижних концах трех лап, при этом верхние части трех лап соединены вместе с образованием корпуса долота. Приливы промывочных сопел установлены между лапами на корпусе долота и промывочные сопла установлены в отверстиях приливов промывочных сопел. Верхние тыльные стороны спинок лап оснащены калибрующими зубьями для образования калибрующей поверхности на верхних частях лап. Передняя сторона лап является линейчатой поверхностью и отклонена назад под углом α и отклонена наружу под углом β, при этом значение α составляет 20°~40°, а значение β составляет 3°~10°, при этом линейчатой поверхностью является поверхность, образованная прямой линией, непрерывно движущейся и проходящей вдоль оси, параллельной прямой линии (без изменения направления), при этом линейчатая поверхность является плоской или изогнутой поверхностью, проекция которой представляет собой кривую вдоль образующей линии, при этом прямой линией называется образующая линия. Передняя сторона лап может быть образована последовательным вращением плоскости или изогнутой поверхности под углами α и β вокруг горизонтальной оси X и продольной оси Z корпуса долота в начальном азимуте и последующим смещением, при этом горизонтальная ось X и продольная ось Z корпуса долота пересекаются в точке О. Когда передняя сторона лап является плоской, ее начальный азимут расположен на плоскости XOZ, образованной горизонтальной осью X и продольной осью Z, при этом когда передняя сторона лап является изогнутой поверхностью, проекция которой представляет собой кривую вдоль образующей линии, ее начальный азимут образован как азимут, где образующая линия параллельна продольной оси Z, а горизонтальная ось X проходит через две крайние точки кривой. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к долотам шарошечным для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород. Технический результат заключается в повышении ресурса, снижении трудоемкости изготовления и повышении монтажеспособности. Долото шарошечное содержит станину, шарошки с конической наружной поверхностью, включающие корпус с осью и установленные на торцевой поверхности цилиндрической станины на опорах, опоры выполнены разъемными из двух частей в виде неподвижного основания и опорного узла, сопрягаемые поверхности которых параллельны оси шарошки, при этом оси шарошек расположены вдоль радиуса станины и стянуты к основанию винтами, пропущенными через отверстия в опорном узле. Установленные ближе к центру станины опоры шарошек, расположенных в центральной части станины, и установленные ближе к краю станины опоры шарошек, расположенных на периферийной части станины, выполнены неразъемными, на торцах оси шарошек выполнены цилиндрические углубления, а в неразъемных опорах и опорных узлах разъемной опоры ответно углублениям выполнены цилиндрические выступы. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к гибридным долотам для бурения подземных пород. Технический результат заключается в упрощении процесса сборки и ремонта долота при сохранении его прочности. Долото для бурения подземных пород включает корпус; по меньшей мере одну фиксированную лопасть, связанную с корпусом и удерживающую по меньшей мере один режущий элемент; одну или более лап, каждая из которых удерживает с возможностью вращения шарошку, имеющую по меньшей мере один режущий элемент, причем корпус долота имеет паз, который имеет первую и вторую боковые стенки, третью стенку, соединяющую боковые стенки, и который выполнен с возможностью установки в него установочной части лапы, имеющей боковую стенку, выполненную с возможностью сопряжения с первой боковой стенкой паза; шпонку, размещенную между установочной частью лапы и стенкой паза; клин, имеющий боковую сторону, наклоненную под тупым углом и выполненную с возможностью размещения между наклоненной под острым углом боковой стенкой лапы и второй боковой стенкой паза, тем самым фиксируя лапу внутри паза; и несколько крепежных элементов, присоединяющих лапу и клин к корпусу долота. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шарошечным долотам. Технический результат заключается в повышении ресурса опоры шарошечного долота. Согласно способу селективной сборки шарошечного долота лапы и шарошки предварительно нумеруют, замеряют размеры лапы на опоре лапы, шарошки в опоре шарошки, заносят в персональный компьютер (ПК), где специальная программа подбирает оптимальное сочетание номеров лап и шарошек, после чего секции долота собирают и сваривают. Предварительно замеряют толщину разрезных втулок, шайб и колпачков tв, tш, tк, заносят их в ПК, рассчитывают для всех возможных комбинаций лап и шарошек диаметральные зазоры большой и малой опор скольжения шарошечного долота, линейные зазоры большой и малой опоры скольжения шарошечного долота и геометрические параметры шайб, разрезных втулок и колпачков, затем программа формирует таблицу с оптимальным сочетанием номеров лап и шарошек, при этом минимально необходимые зазоры разрезных втулок, шайб и колпачков для работы шарошечного долота определяют из определенных математических выражений. 3 ил.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к разборным шарошечным долотам, и может быть использовано при бурении скважин различного назначения

Наверх