буровое шарошечное долото

Формула изобретения

1. Буровое шарошечное долото, включающее лапы, на цапфах которых посредством подшипников установлены шарошки с беговыми дорожками, длина которых под подшипники качения больше длины зоны контакта с ними, и узел для принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, содержащий зубчатый венец на торце шарошки, отличающееся тем, что оно снабжено расположенным на внутренней поверхности лапы дополнительным зубчатым венцом для взаимодействия с зубчатым венцом шарошки, при этом зубья венцов шарошки и лапы имеют конгруэнтную форму.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из зубчатых венцов выполнен съемным и жестко соединен с шарошкой или лапой.

3. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что торец каждой шарошки выполнен с кольцевой канавкой, на дне которой размещен зубчатый венец.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам преимущественно для бурения по породам средней твердости и выше.

Известно буровое шарошечное долото, включающее лапы с цапфами, на которых установлены шарошки, у которых длина беговых дорожек больше длины их зоны контакта с телами качения (см. авт. св. СССР № 739210, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).

Недостатком этого долота является малая эффективность его работы в случае образования на забое «породной рейки». Такая «рейка» наиболее часто образуется при бурении по породам средней твердости и выше.

Наиболее близким к предложенному долоту по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы, на цапфах которых посредством подшипников установлены шарошки с беговыми дорожками, длина которых под подшипники качения больше длины зоны контакта с ними, и узел для принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, содержащий зубчатый венец на торце шарошки (см. авт. св. СССР № 977677, кл. Е21В 10/22, 1982 г.).

К недостаткам данного долота следует отнести малую эффективность его работы из-за образования «рейки» на забое скважины, что резко снижает как скорость бурения, так и проходку. В данном долоте, несмотря на продекларированную цель - создание вынужденных колебаний шарошек вдоль оси цапфы подобное движение шарошек не может быть создано теми средствами, которые описаны в указанном источнике.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет разрушения «рейки» на забое скважины и повышения ресурса работы узла генерирования колебательного процесса.

Поставленный технический результат достигается тем, что буровое шарошечное долото, включающее лапы, на цапфах которых посредством подшипников установлены шарошки с беговыми дорожками, длина которых под подшипники качения больше длины зоны контакта с ними, и узел для принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, содержащий зубчатый венец на торце шарошки, согласно изобретению, снабжено расположенным на внутренней поверхности лапы дополнительным зубчатым венцом для взаимодействия с зубчатым венцом шарошки, при этом зубья венцов шарошки и лапы имеют конгруэнтную форму.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:

- по меньшей мере один из зубчатых венцов выполнен съемным и жестко соединен с шарошкой или лапой;

- торец каждой шарошки выполнен с кольцевой канавкой, на дне которой размещен зубчатый венец.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота в продольном разрезе; на фиг.2 - вид Б на фиг.1; на фиг.3 - вид профиля «забойной рейки»; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1.

Буровое шарошечное долото включает лапы 1, на цапфах 2 которых посредством подшипников скольжения 3 и качения 4 установлены шарошки 5 с беговыми дорожками 6. Длина беговых дорожек 6 больше длины зоны контакта шарошек 5 с подшипниками качения 4. Долото также имеет и узел для принудительного перемещения шарошки 5 вдоль оси цапфы 2, содержащий зубчатый венец 7 на торце каждой шарошки 5. Зубчатый венец 7 шарошки 5 взаимодействует с зубчатым венцом 8 конгруэнтной формы, расположенным на внутренней спинке 9 лапы 1. При этом зубчатые венцы 7 и 8, совместно образующие узел для перемещения шарошки 5 вдоль оси цапфы 2, могут быть выполнены как одно целое с шарошкой 5 и лапой 1, так и съемными (не показано). В последнем случае венцы 7 и 8 жестко крепятся соответственно к шарошке 5 и лапе 1. Возможен вариант съемного выполнения только одного венца 7 или 8. Такое выполнение зубчатых венцов 7 и 8 позволяет упростить технологию их изготовления, а следовательно, и снизить их стоимость. Кроме того, это позволяет использовать соответствующий материал для изготовления венцов 7 и 8, учитывающий условия работы как шарошек 5, так и зубчатого механизма. Требования же к ним разнятся весьма существенно и учет этого фактора безусловно позволит повысить срок их службы, а следовательно, и эффективность работы всего долота. Зубчатый венец 7 размещен на дне кольцевой канавки 10, выполненной на торце шарошки 5. Такая схема размещения зубчатого венца 7 позволяет использовать боковые грани кольцевой канавки 10 в качестве дополнительного радиального подшипника. Каждая шарошка 5 долота армирована породоразрушающими элементами 11, тип которых выбирается в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 11 шарошек 5 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом благодаря использованию узла для принудительного перемещения шарошки 5 вдоль оси цапфы 2 породоразрушающие элементы 11 эффективно разрушают «рейку» (см. фиг.3), образующуюся на забое скважины и существенно снижающая как проходку, так и скорость бурения.

Таким образом, применение предложенного долота позволить снизить энергоемкость процесса разрушения породы и повысить эффективность его работы.