Розбірне бурове шарошкове долото

Реферат: Розбірне бурове шарошкове долото містить корпус 1, поєднаний з ніпелем 2, з центральним продувним каналом 3, в якому встановлений зворотний клапан 4. До сідла 5 зворотного клапана 4 прикріплений роздільник 6 повітряно-водяної продувної суміші. Секції лап 7, виконані у вигляді кронштейнів Г-подібної форми вставлені в заглиблення 8, 9 корпусу 1. Секції лап 7 включають виступи 10 для вставки у відповідні їм заглиблення 8 в корпусі 1, виконані у вигляді циліндрів з отворами 11 під кріпильні елементи 12, упорну прямокутну частину 13 для заглиблення 9 і цапфу 14. На цапфі 14 зустрічно встановлені два серійних конічних роликових підшипники 15 і між ними в корпусі шарошки 16 встановлена проміжна шайба 17. Підшипники 15 закріплені на цапфі 14 гайкою 18. Всередині секцій лап 7 виконані продувні канали 19, які з'єднані з центральним продувним каналом 3 і виходять через кінцеву частину цапфи 14 отвір 20 у вершині корпусу шарошки 16 на площину забою. У виступах 10 секцій лап 7 в отворах 11 під кріпильні елементи 12 виконана різьба 21. У корпусі шарошки 16 встановлені мале 22 і велике 23 ущільнення. У розбірному буровому шарошковому долоті забезпечується необхідний температурний режим роботи підшипникового вузла з одночасним поліпшенням очищення UA 112936 C2 (12) UA 112936 C2 вибою від бурового шламу, надійна фіксація секцій лап в корпусі і збільшення ресурсу роботи підшипникового вузла при можливості повного розбирання долота на складові деталі для ремонту, що дозволяє знизити його собівартість за рахунок багаторазового використання корпусу долота і його комплектуючих деталей. UA 112936 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до бурових інструментів, а саме до тришарошкових доліт зі знімними частинами, і може бути використаний для буріння свердловин різного призначення в гірничорудної, нафтової, геологорозвідувальної та інших галузях промисловості. Сучасні суцільнокорпусні долота за ГОСТ 20692-2003 складаються з корпусу, поєднаного з ніпелем, і приварених секцій лап з цапфами, на підшипниках яких змонтовані шарошки. Недоліками таких конструкцій долот є застосування при їх виготовленні дорогих легованих сталей для забезпечення надійного зварного з'єднання, неможливість розбирання і ремонту конструкцій, ненадійний і недовговічний підшипниковий вузол шарошок з замковим шарикопідшипником, трудомістка утилізація, відсутність конструктивного і технологічного ресурсу для подальшого вдосконалення доліт. Для усунення цих недоліків в даний час розробляють конструкції розбірних тришарошкових долот. Найбільш близьким за технічною суттю до технічного рішення, що заявляється, є розбірне бурове шарошкове долото, котре містить корпус, поєднаний з ніпелем, з центральним продувним каналом, в якому встановлений зворотний клапан, та центральним продувним отвором, і секції лап, виконані у вигляді кронштейнів Г-подібної форми, які включають виступи з кріпильними елементами для вставки у відповідні їм поглиблення в корпусі, й цапфи, на роликових підшипниках яких змонтовані шарошки [патент РФ № 2369717, МПК Е21В10/20, опубл. 10.10.2009], вибране як найближчий аналог. В даному технічному рішенні виступи для вставки секцій лап у відповідні їм поглиблення корпусу виконані прямокутними з кріпильним різьбовим елементом під гайку, за допомогою якої секція лапи закріплена в корпусі долота, котра після закріплення секції лапи обварюється по контуру, і в з'єднанні корпусу долота з секціями лап передбачені зазори для регулювання розмірів в осьовому і радіальному напрямках. Шарошки на цапфах змонтовані на збірних роликових підшипниках. Відома розбірна конструкція шарошкового долота є ремонтопридатною, менш трудомісткою у виготовленні, більш надійною і довговічною, дозволяє уніфікувати деталі і вузли долота, а також сам процес виготовлення і зробити долото конструктивним, технологічним і перспективним для подальшого вдосконалення. Недоліками відомої розбірної конструкції долота є: - недостатнє охолодження роликових підшипників шарошки на цапфі із-за чого вони перегріваються, і частина їх стаціонарного мастила збільшується в об'ємі, виходить з порожнини підшипника в забій і вимивається повітряно-водяною продувною сумішшю. При цьому під час припинення роботи і залишення долота в свердловині підшипниковий вузол і мастило в ньому охолоджується, і буровий шлам у вигляді дрібнороздробленої породи і рідини проникає в опори шарошок, викликаючи заклинювання підшипників, і цей вузол виходить з ладу; - ненадійна фіксація секцій лап в корпусі через наявність в з'єднанні корпусу з секціями лап зазорів для регулювання розмірів в осьовому і радіальному напрямках, в результаті чого збільшується навантаження на переріз кріпильного елемента; - інтенсивний знос опорних поверхонь цапфи і збільшення монтажних встановлювальних зазорів в результаті роботи роликових збірних підшипників, оскільки при контакті роликів з біговими доріжками відбувається перекіс роликів з-за відсутності сепараторів, і лінійний контакт переходить у точковий з різким зростанням контактних тисків, що зменшує ресурс роботи підшипникового вузла; - не повна розбірність внаслідок обварювання по контуру гайки, за допомогою якої секція лапи закріплена в корпусі долота, і при розбиранні цього вузла різьбове з'єднання доводиться зрізати, що призводить до неможливості ремонту всієї секції лапи. Задачею технічного рішення, що заявляється, є удосконалення розбірного бурового шарошкового долота шляхом зміни конструкції для забезпечення необхідного температурного режиму роботи підшипникового вузла з одночасним поліпшенням очищення вибою від бурового шламу, надійної фіксації секцій лап в корпусі і збільшення ресурсу роботи підшипникового вузла при можливості повного розбирання долота на складові деталі для ремонту. Поставлена задача вирішується тим, що в розбірному буровому шарошковому долоті, яке містить корпус, поєднаний з ніпелем, з центральним продувним каналом, в якому встановлений зворотний клапан, та центральним продувним отвором, і секції лап, виконані у вигляді кронштейнів Г-подібної форми, які включають виступи з кріпильними елементами для вставки у відповідні їм поглиблення в корпусі, й цапфи, на роликових підшипниках яких змонтовані шарошки, відповідно до винаходу, у центральному продувному каналі до сідла зворотного клапана прикріплений роздільник повітряно-водяної продувної суміші, всередині секцій лап виконані продувні канали, з'єднані з центральним продувним отвором, що виходять через кінцеву частину цапфи й отвір у вершині корпусу шарошки на площину забою, виступи для вставки секцій лап і відповідні їм поглиблення корпусу виконані у вигляді циліндрів з отворами 1 UA 112936 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 під кріпильні елементи і упорної прямокутної частини, а на цапфі і в корпусі шарошки зустрічно закріплені два серійних конічних роликових підшипники з сепараторами, між якими встановлена проміжна шайба. При цьому роздільник повітряно-водяної продувної суміші виконаний у вигляді циліндра або правильної призми, і у виступах секцій лап в отворах під кріпильні елементи виконана різьба для кріплення їх болтами до корпусу долота. При подачі повітряно-водяної продувної суміші в центральний продувний канал відкривається зворотний клапан і його конус направляє повітряно-водяну суміш у зазор між роздільником і стінкою центрального продувального каналу. При цьому велика частина повітря змінює напрямок руху і, через роздільник і центральний продувний отвір, здійснює продування вибою свердловини від сколеної породи. Вода має більшу питому вагу, і її велика частина з повітряно-водяний продувної суміші не може різко змінити напрямок свого руху. Вода по зазору між роздільником і стінкою центрального продувного каналу потрапляє в продувні канали секцій лап і цапфи підшипників. Таким чином, завдяки роздільнику повітряно-водяної продувної суміші збільшується кількість води в повітряно-водяний продувної суміші, що проходить через цапфу на площину забою. Внаслідок цього більш ефективно охолоджуються підшипникові вузли й забезпечується необхідний температурний режим їх роботи, підшипники не перегріваються і їх стаціонарне мастило запишається в порожнині підшипників. При цьому повітряно-водяна продувна суміш через кінцеву частину цапфи й отвір у вершині корпусу шарошки подається на поверхню забою свердловини під кутом нахилу осі цапфи у напрямку між двох суміжних секцій лап, що покращує умови очищення вибою свердловини від бурового шламу. Виступи для вставки секцій лап і відповідні їм поглиблення корпусу, виконані у вигляді циліндрів з отворами під кріпильні елементи, фіксують положення установки лапи за розміром від осі корпусу долота, а упорна прямокутна частина встановлює положення лапи в радіальному напрямку. При цьому зазори в з'єднанні корпусу і секцій лап мінімальні, що забезпечує необхідну жорсткість і надійну фіксацію болтами секцій лап в корпусі і можливість використовувати розбірне долото, котре заявляється, для роботи в твердих породах при великих навантаженнях і вібраціях без застосування зварювання в з'єднаннях. Закріплення зустрічно на цапфі двох серійних конічних роликових підшипників з сепараторами забезпечує великий і прогнозований ресурс та надійну довготривалу роботу підшипникового вузла при великих радіальних і осьових навантаженнях. Суть винаходу пояснюється кресленнями: на фіг. 1 представлено розбірне бурове шарошкове долото в ізометрії; на фіг. 2 - розріз у вертикальній площині розбірного бурового шарошкового долота; на фіг. 3 - корпус долота: а - вигляд зверху, б - вигляд знизу; на фіг. 4 ізометричний вигляд секції лапи. Розбірне бурове шарошкове долото, що заявляється, містить корпус 1, поєднаний з ніпелем 2, з центральним продувним каналом 3, в якому встановлений зворотний клапан 4. До сідла 5 зворотного клапана 4 прикріплений роздільник 6 повітряно-водяної продувної суміші. Секції лап 7, виконані у вигляді кронштейнів Г-подібної форми, вставлені в поглиблення 8, 9 корпусу 1. Секції лап 7 включають виступи 10 для вставки у відповідні їм поглиблення 8 в корпусі 1, виконані у вигляді циліндрів з отворами 11 під кріпильні елементи 12, упорну прямокутну частину 13 для поглиблення 9, і цапфу 14. На цапфі 14 зустрічно встановлені два серійних конічних роликових підшипники 15 і між ними в корпусі шарошки 16 встановлена проміжна шайба 17. Підшипники 15 закріплені на цапфі 14 гайкою 18. Всередині секцій лап 7 виконані продувні канали 19, які з'єднані з центральним продувним каналом 3 і виходять через кінцеву частину цапфи 14 отвір 20 у вершині корпусу шарошки 16 на площину забою. У виступах 10 секцій лап 7 в отворах 11 під кріпильні елементи 12 виконана різьба 21. У корпусі шарошки 16 встановлені мале 22 і велике 23 ущільнення. Секцію лапи 7 з шарошкою 16 збирають таким чином. У корпус шарошки 16 встановлюють мале ущільнення 22, гайку 18, перший конічний роликовий підшипник 15, проміжну шайбу 17, далі встановлюють другий конічний роликовий підшипник 15 і велике ущільнення 23. В порожнину підшипникового вузла вводять необхідну кількість мастила. Гайку 18 до корпусу шарошки 16 тимчасово фіксують штифтом через монтажний отвір (на фіг. не показано) і в такому вигляді надягають на цапфу 14 секції лапи 7. При обертанні корпуса шарошки 16 за годинниковою стрілкою здійснюють установку підшипників 15 на посадкові місця на цапфі 14. Розрахункове значення люфтів у підшипниковому вузлі забезпечується при повному затягуванні гайки 18. Після цього прибирають штифт і встановлюють заглушку в монтажний отвір (на фіг. не показано). Розбирання вузла для ремонту проводиться в зворотному порядку. 2 UA 112936 C2 5 10 15 20 Для складання долота зібрану секцію лапи 7 з шарошкою 16 виступом 10 секції лапи 7 вставляють у відповідне їй поглиблення 8 в корпусі 1, при цьому упорна прямокутна частина 13 вставляється в поглибленні 9, та закріплюють болтами 12 з розрахунковим зусиллям затяжки. Наступні секції лап 7 з шарошками 16 встановлюють аналогічно. Потім в центральний продувний канал 3 встановлюють зворотний клапан 4 з сідлом 5, до якого прикріплений роздільник 6 повітряно-водяної продувної суміші. При виході з ладу шарошки 16 або підшипникового вузла відкручують болти кріплення 12 і замінюють секцію лапи 7 на нову. Зняту секцію лапи відправляють в ремонт. У підшипниковий вузол шарошки 16 перед бурінням чергової свердловини через спеціальний канал (на фіг. не показаний) може додатково нагнітатися змазка. Виготовлення деталей розбірного долота, що заявляється, здійснюють на стандартному металообробному обладнанні з використанням відомих технологічних процесів та застосуванням для виготовлення деталей менш дорогих марок стали тому, що при складанні долота не застосовується зварювання. Таким чином, у розбірному буровому шарошковому долоті, котре заявляється, забезпечується необхідний температурний режим роботи підшипникового вузла з одночасним поліпшенням очищення вибою від бурового шламу, надійна фіксація секцій лап в корпусі і збільшення ресурсу роботи підшипникового вузла при можливості повного розбирання долота на складові деталі для ремонту, що дозволяє знизити його собівартість за рахунок багаторазового використання корпусу долота і його комплектуючих деталей. Хоча тут показаний і описаний варіант, який визнаний кращим для здійснення винаходу, що заявляється, фахівцям у даній галузі техніки буде зрозуміло, що можна здійснювати різноманітні зміни і модифікації, і елементи можна замінювати на еквівалентні, не виходячи при цьому за межі обсягу домагань з цього винаходу. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 1. Розбірне бурове шарошкове долото, що містить корпус, поєднаний з ніпелем, з центральним продувним каналом, в якому встановлений зворотний клапан, та центральним продувним отвором, і секції лап, виконані у вигляді кронштейнів Г-подібної форми, які включають виступи з кріпильними елементами для вставки у відповідні їм заглиблення в корпусі, й цапфи, на роликових підшипниках яких змонтовані шарошки, яке відрізняється тим, що у центральному продувному каналі до сідла зворотного клапана прикріплений роздільник повітряно-водяної продувної суміші, всередині секцій лап виконані продувні канали, з'єднані з центральним продувним отвором, що виходять через кінцеву частину цапфи й отвір у вершині корпусу шарошки на площину забою, виступи для вставки секцій лап і відповідні їм заглиблення корпусу виконані у вигляді циліндрів з отворами під кріпильні елементи і упорної прямокутної частини, а на цапфі і в корпусі шарошки зустрічно закріплені два серійних конічних роликових підшипники з сепараторами, між якими встановлена проміжна шайба. 2. Долото за п. 1, яке відрізняється тим, що роздільник повітряно-водяної продувної суміші виконаний у вигляді циліндра або правильної призми. 3. Долото за п. 1, яке відрізняється тим, що у виступах секцій лап в отворах під кріпильні елементи виконана різьба для кріплення їх болтами до корпусу долота. 3 UA 112936 C2 4 UA 112936 C2 5 UA 112936 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6