Устройство для бурения

 

ОП ИСАНИЕ 754040

ИЗОБРЕТЕН Ия

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕДЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.01.78 (21) 2575077/22-03 с присоединением заявки № 2578036/22 — 03 (51) М.К .

Е 21 В 17/06

Гооудерствеииый комитет (23) Приоритет по пунктам 1 — 4 31.01.78 по пунктам 5 — 6 08.02.78

Опубликовано 07.08.80. Бюллетень №29 (53) УДК 622.241..053 (088.8) во делам изооретеиий и открытий

Дата опубликования описания 15.08.80 (72) Автор изобретения

А. Д. Жидков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к предохранительным устройствам бурового става при вращательном бурении преимущественно взрывных скважин.

Известны устройства для бурения, включающие корпус, узел распределения и перераспределения осевой нагрузки, выполненный в виде шарового сегмента, секций с шарошками и толкателями, закрепленных в корпусе с возможностью осевого перемещения (1).

Основным недостатком этих устройств является сложность и недостаточная надежность, поскольку они требуют для своей работы специализированных долот с подвижными секциями. Способствуя повышению стойкости долота, эти устройства недостаточно эффективны для снижения вибраций бурового става, в связи с отсутствием угловой подвижности долота относительно оси буровых штанг.

Известно устройство для бурения, включающее корпус с закрепленным на нем доло. том, вал, установленный с зазором в корпусе, упругий элемент и размещенный между валом и корпусом шарнир с опорными поверхностями для передачи осевого усилия и рабочими поверхностями, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, для передачи крутящего момента (2).

Недостатком этого устройства является то, что при угловых перемещениях вала относительно корпуса расстояние от его опорной поверхности для передачи осевого усилия изменяется, что приводит к возбуждению продольных колебаний бурового става. Кроме того, вал может совершать только плоско симметричные колебания вокруг центра шарнира, в то время как долото совершает пространственные колебания в своей опорной плоскости, т.е. плоскости забоя, имея на ней свой мгновенный центр поворота. На личие плеча между центром вращения шарнира и мгновенным центром поворота долота приводит к запиранию устройства с образованием поперечной изгибающей силы, проложенной к центру вращения шарнира, что в конечном счете и препятствует полно20 му совмещению зубьев долота с плоскостью забоя. При этом поворот шарнира возможен только со смещением его центра, что также возбуждает дополнительные колебания бурового става.

754040

11ель изобретения — повышение эффективности бурения за счет снижения уровня вибраций оТ долота и равномерной загрузки шарошек долота осевым усилием.

Указанная цель достигается тем, что шарнир выполнен из секций, размешенных друг над другом, причем контактирующие между собой опорные поверхности секций имеют криволинейную форму, которая может быть образована радиусом, исходящим из точки пересечения оси долота с осями шарошек.

Рабочие поверхности для передачи крутящего момента могут быть размещены вдоль

tyr опорных поверхностей секций шарнира, которые могут иметь упругие прокладки.

Криволинейная форма контактирующих между собой опорных поверхностей секций шарнира может быть образована радиусом, исходягцим из середины сторон периметра, образованного точками касания горизонтальной плоскости к описываюшим окружностям зубьев периферийных венцов шарошек. Число опорных поверхностей, образуемых секциями шарнира, кратно числу шарошек долота.

На фиг. 1 изображена схема устройства для бурения, продольный разрез: на фиг. 2разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 — вариант устройства; на фиг. 4 — разрез Б-Б фиг. 3; на фиг. 5 — разрез В-В фиг. 3; на фиг. 6 — схемы, поясняющие построение радиусов кривизны контактирующих между собой поверхностей секций шарнира по фиг. 3.

Устройство содержит вал 1, установленный с зазором в корпусе 2, на котором закреплено долото 3, упругий элемент 4, установленный в торцовом зазоре между валом 1 и корпусом 2 и удерживаемый упорной гайкой 5. В радиальном зазоре между валом и корпусом установлен упругий элемент 6, который центрирует вал относительно корпуса при его угловых перемещениях. Между валом и корпусом 2 размещен шарнир 7, выполненный из секций 8 — 10 (см. фиг. 1) с контактирующими между собой опорными поверхностями С, D криволинейной формы, образованной радиусами R > и R a,èñõoäÿшими из точки пересечения оси долота с осями шарошек или из секций 11 — 14 (см. фиг. 3) с контактирующими между собой опорными поверхностями Е, F, G криволинейной формы, образованной радиусами

R >, R < и R g, исходящими из середины сторон периметра, образованного точками касания горизонтальной плоскости к описывающим окружностям зубьев периферийных венцов шарошек (см. фиг. 6). Центры О, О г, О смещены от центров сторон треугольника

ИКЛ на некоторый эксцентриситет f, fz в вертикальной и горизонтальной плоскостях, который совмещен с прямой, проходящей через описывающую окружность периферийно-,о венца параллельно касательной плоскости Р.

Опорные поверхности С, D, Е, F u G могут быть выполнены как в виде шаровых, так и в виде цилиндрических i гментов, причем образующие цилиндров с радиусами R и Rq размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а образующие цилиндров с радиусами Кз, Rq u Rq размешены перпендикулярно плоскостям вращения радиусов, проходящим через середины сторон периметра И, К, Л и ось устройства. Выполнение поверхностей цилиндрическими является предпочтительным, поскольку промежуточные элементы для передачи крутящего момента (вкладыши, размещенные в пазах) остаются практически разгруженными от крутяьцего момента, который передается в этом случае зацеплением в цилиндрических поверхностях и силой трения в них. Функции вкладышей 15 в этом случае сводятся к ограничению скольжения по образующим цилиндра секций 8 — 14 относительно друг друга, а также в обеспечении зацепления при перегрузках устройства крутящим моментом сверх расчетной величины.

Эксцентриситет 1ь 1г способствует повышению чувствительности устройства и снижению сил вредных сопротивлений, так как обеспечивает более точное совпадение оси поворота шарнира с фактической мгновенной осью поворота долота.

15 то

Крутящий момент от вала 1 передается долоту через вкладыши 15; пальцы 16 и переводник 17. При этом поверхности пальцев 16 и вкладышей 15 взаимодействуют с рабочими поверхностями шарнира (см. фиг. 1), расположенными вдоль опорных поверхностей шарнира или в плоскостях, параллельных осям шарошек (см. фиг. 3) . Опорные поверхности секций шарнира 7 имеют упругие прокладки 18 (упругие прокладки установленные между опорными поверхностями

С, D, F, F u G условно не показаны).

В зазоре между секциями шарнира 7 и корпусом 2 установлены кольцевые прокладки 19, центрирующие секции шарнира.

35 ао

4$

so

Устройство работает следующим образом.

При вращении шарошечного долота под нагрузкой с разрушением забоя опорная поверхность долота непрерывно совмещается с поверхностью разрушаемого забоя путем смещений в опорных поверхностях шарнира с указанной кривизной, причем вертикальных перемещений центра шарнира при колебаниях плоскости забоя не происходит за счет того, что вращение шарнира осуществляется по радиусам, близким центру поворота, при этом размещение рабочих поверхностей для передачи крутящего момента вдоль опорных поверхностей обеспечивает свободный ход опорных поверхностей по радиусам скольжения, поскольку смещение в каждой из опорных поверхностей происходит параллельно вкладышам. Возможные неточности положения шарнира относительно центра поворота компенсируются смещениями в упругих прокладках.

754040

Таким образом, указанное выполнение шарнира обеспечивает пространственное перемешение долота на некоторый телесный угол, определяемый зазором между валом и корпусом, с центром поворота, совмешенным с центром поверхности забоя.

При угловых и осевых отклонениях вала относительно корпуса в упругом элементе 4 возникает упругая сила, центрируюшая вал относительно корпуса. В процессе бурения ось стабилизатора несколько смещается от оси буровых штанг не только в угловом направлении, но и параллельно ей, на величину зазоров «е», между вкладышами 15 и пазами, в которых они размешены. Такое суммарное отклонение вызывает возникновение реакций, которые обеспечивают плотное прижатие шарошек к «углу» забоя и создает эффект обкатывания шарошечным долотом стенки скважины. Причем, наиболее плотный контакт со станком осушествляется в плоскости изгиба буровых штанг. Одновременно на буровой став действует восстанавливаюшая сила упругого элемента 6, которая создает восстанавливаюший изгибаюший момент. Смещение низа бурового става способствует сближению его центра тяжести с геометрической осью вращения.

Указанные выше перемешения осушествляются в плоскости прогиба бурового вала за счет пространственной подвижности шарнира с минимальными сопротивлениями в нем.

Экономическая эффективность применения устройства обусловлена тем, что при вращении долота вертикальные и поперечные колебания существенно снижаются. а опоры долота загружаются более равномерно,при этом шарошечное долото можно эксплуатировать при более высокой осевой нагрузке, увеличение которой обеспечит повышение скорости бурения с одновременным повышением стойкости долота.

Формула изобретения

1. Устройство для бурения, включаюшее корпус с закрепленным на нем долотом, вал, установленный с зазором в корпусе, упругий элемент и размещенный между валом и корпусом шарнир с опорными поверхностями для передачи осевого усилиь и рабочими поверхностями, для передачи крутящего момента, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет снижения уровня вибраций от долота и равномерной загрузки шарошек долота осевым усилием, шарнир выполнен из секи 1й, раз4О

МЕШЕННЫХ ДРУГ Нац ДРУ ГОМ, ПРИЧЕМ КОНТ - Ктируюшие между собой опорныс повсрхно;ти секций имеют криволинейную форму.

2. Устройство по п. 1, Отличающееся тс.l, что криволинейная форма опорных поверхностей контактирующих между собо" секций шарнира образована радиусом, ис одяшим из точки пересечения оси 10 loTd с ocÿми шарошек.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что рабочие поверхности для пере. ачи

zo крутящего момента размешены вдоль дух опорных поверхностей секций шарнира.

4. Устройство по пп. 1 — 3, отличающееся тем, что опорные поверхности секций шарнира имеют упругие прокладки.

5. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся и тем, что криволинейная форма контактируюших между собой опорных поверхностей секций шарнира образована радиусом, исходяшим из середины сторон периметра, образованного точками касания горизонтальной плоскости к описывающим окружностям зубьев периферийных венцов шарошек.

6. Устройство по п. 5,отличающееся тем, что число опорных поверхностей, образуеMblx секциями шарнира, кратно числу шарошек долота. зя Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Kî 250791, кл. Е 21 В 17/06, 1967.

2. Проспект. Наддолотный амортизатор

АНП вЂ” 195. Казань, Татарское книжное из40 дательство, 1972 (прототип).

754040

Б-b фиг. 5

Составитель В. Родина

Техред К.Шуфрич Корректор М. Демчик

Тираж 626 Подписное

Редактор С. Титова

Заказ 4872/27

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4