БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
ROLLING DRILLING BIT

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа.
Известно буровое шарошечное долото, содержащее корпус с цапфами, на которых смонтированы посредством подшипников шарошки с породоразрушающими элементами, расположенными на венцах шарошек, при этом длина беговых дорожек шарошек больше длины зоны их контакта с телами качения (авт.св. СССР №739210, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).
Недостатком данного долота является малая эффективность его работы при бурении по породам выше средней твердости из-за образования на забое «породной рейки». Это значительно снижает как проходку на долото, так и его механическую скорость.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, содержащее корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками, и узел принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, выполненный в виде взаимодействующих между собой зубчатых венцов, выполненных на цапфе и шарошке (см. патент РФ №2393224, кл. Е21В 10/22, 2010 г.).
К недостаткам данного долота можно отнести низкую эффективность, связанную с недостаточной надежностью работы узла принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы. Это связано со схемой размещения указанного узла у основания цапфы в непосредственной близости от подшипников качения, что снижает прочностные характеристики шарошки, которая именно в этой зоне подвергается наибольшим нагрузкам.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым, разрушение которых связано с необходимостью приложения значительных осевых нагрузок.
Указанный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем корпус цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками, и узел принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, выполненный в виде взаимодействующих между собой зубчатых венцов, выполненных на цапфе и шарошке, согласно изобретению зубчатые венцы расположены на внутренних торцевых поверхностях цапфы и шарошки, выполнены в виде съемных элементов и зафиксированы на шарошке и цапфе от проворота.
Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что обращенные один к другому торцы шарошки и цапфы выполнены с осевыми каналами, а устанавливаемые в них съемные элементы имеют Т-образную форму, при этом, по меньшей мере, между торцом хвостовика одного съемного элемента и дном осевого канала размещена пружина.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид фрагмента шарошечного долота в продольном разрезе, на фиг.2 и 3 - сечение Б-Б и (развертка) А-А на фиг.1 соответственно.
Шарошечное долото содержит корпус 1 с цапфой 2, на которой посредством подшипников 3 установлена шарошка 4 с беговыми дорожками 10, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками, и узел принудительного перемещения шарошки 4 вдоль оси цапфы 2. Последний выполнен в виде взаимодействующих между собой зубчатых венцов 5 и 6, установленных на обращенных один к другому торцах цапфы 2 и шарошки 4. Зубчатые венцы 5 и 6 выполнены в виде съемных элементов, что позволяет упростить технологию их изготовления, а кроме того, увеличить срок их службы благодаря использованию материалов, соответствующих условиям работы как шарошек 4, так и зубчатых элементов. Зубчатые венцы 5 и 6 расположены на внутренних торцевых поверхностях цапфы 2 и шарошки 4 с возможностью осевого перемещения и зафиксированы на шарошке 4 и цапфе 2 от проворота путем выполнения их, например, граненой или другой некруглой формы, взаимодействующих со стенками каналов ответной формы. Это необходимо для обеспечения нормальной работы узла принудительного перемещения шарошки 4. При этом обращенные один к другому торцы шарошки 4 и цапфы 2 выполнены с осевыми каналами 7 и 8, а устанавливаемые в них хвостовики съемных элементов (зубчатых венцов 5 и 6) имеют Т-образную форму, причем, по меньшей мере, между торцом хвостовика одного съемного элемента 5 или 6 и дном соответствующего осевого канала 7 или 8 размещена пружина сжатия 9.
Принцип работы шарошечного долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 4 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При бурении по породам средней твердости и выше на забое часто образуются «породные рейки», резко снижающие скорость бурения и проходку на долото. В предложенном долоте благодаря использованию узла для принудительного осевого перемещения шарошки 4 вдоль оси цапфы 2 породоразрушающие элементы эффективно разрушают «рейку» и тем самым повышают эффективность работы долота. При этом благодаря размещению узла перемещения в зоне торца цапфы 2 создаются благоприятные условия для работы как самого узла, так и подшипников качения 3, расположенных у основания цапфы 2. Этому способствуют также и использование пружины сжатия 9, обеспечивающей постоянный контакт зубчатых венцов 5 и 6 благодаря их установке с возможностью осевого перемещения.
Таким образом, применение предложенного долота позволяет повысить надежность работы узла осевого перемещения шарошки и тем самым повысить эффективность работы всего долота