БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ
DRILLING TOOLS

Предлагаемое изобретение может быть использовано в горном деле для бурения прямым ходом скважин со ступенчатой формой забоя либо для расширения ранее пробуренной скважины.
Известен буровой инструмент, представляющий собой шарошечное долото, содержащее лапы с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка на подшипниках качения, резервуары со смазкой, расположенные в лапах. Лапы имеют каналы для подвода масла в подшипниковые опоры долота, имеющие уплотнения между шарошками и цапфами (Техника, технология и опыт бурения скважин на карьерах / Под ред. В.А. Перетолчина. – М.: Недра, 1993. - С. 219-220).
Недостатком данной конструкции является отсутствие циркуляции теплоносителя, что ухудшает тепловой режим подшипниковой опоры и требует сложных уплотнений в конструкции опоры.
Известен буровой шарошечный инструмент, состоящий из корпуса долота с центральным воздухопроводящим каналом, к которому прикреплены лапы с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка на подшипниках качения, резервуара со смазкой, который располагается над долотом. Лапы имеют каналы для подвода воздушно-маслянной смеси в подшипниковые опоры долота, откуда она выходит в затрубное пространство скважины через уплотнения между шарошкой и цапфой. Имеется система автоматического регулирования подачи масла, содержащая регулировочный винт, пружину, клапан и дроссель (Техника, технология и опыт бурения скважин на карьерах / Под ред. В.А. Перетолчина. – М.: Недра, 1993. - С. 223-225).
Недостатком данной конструкции является ее сложность, из-за наличия регулировочных винтов, пружины, клапана.
Известно устройство для обеспечения смазки подшипников герметизированной опоры шарошки долота, содержащее лапы с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка на подшипниках, резервуар со смазкой, расположенный в лапах. Лапы имеют каналы для подвода и отвода масла в подшипниковые опоры долота, которые герметизированы. Имеется поршневой насос с клапаном, расположенные внутри осей для нагнетания масла замкнутой системы его циркуляции (а.с. СССР №926222, МПК Е21В 10/24, опубл. 07.05.1982).
Недостатком данной конструкции является ограниченный объем теплоносителя в виде масла, так как не используется продувочный воздух. Это приводит к увеличению тепловой нагруженности подшипниковых опор шарошек.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является буровой инструмент, представляющий собой шарошечное долото, состоящее из снабженного центральным воздухопроводящим каналом корпуса с прикрепленными к нему лапами с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка с подшипниками качения, резервуаров со смазкой, размещенных в лапах и имеющих смазкоподающие каналы, отводков, выходящих из центрального воздухопроводящего канала корпуса, выходные отверстия которых находятся в резервуаре со смазкой и сообщены со смазкоподающими каналами, имеющими выход в полости подшипников и далее в затрубное пространство скважины через уплотнения между шарошками и цапфами (а.с. СССР №1194991, МПК Е21В 10/22, опубл. 30.11.1985).
Недостатком данной конструкции является малая циркуляция теплоносителя в виде воздушно-масляной смеси либо повышенный расход масла при повышении циркуляции, вследствие того, что воздушный канал для подачи воздуха в полость подшипников является эжектором, сонаправленным с подачей масла.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение расхода масла при повышении количества воздуха, используемого для охлаждения опор шарошек.
Для достижения указанного технического результата буровой инструмент, состоящий из снабженного центральным воздухопроводящим каналом корпуса с прикрепленными к нему лапами с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка с подшипниками качения, резервуаров со смазкой, размещенных в лапах и имеющих смазкоподающие каналы, отводков, выходящих из центрального воздухопроводящего канала корпуса, выходные отверстия которых сообщены со смазкоподающими каналами, имеющими выход в полости подшипников и далее в затрубное пространство скважины через уплотнения между шарошками и цапфами, имеет следующие новые признаки.
Шарошки имеют сквозное осевое отверстие, цапфы со стороны, противоположной лапе, установлены в отверстия корпуса с выходом их продолжений в центральный воздухопроводящий канал, отводки расположены в цапфах, их входные отверстия на продолжениях цапф направлены встречно потоку воздуха центрального воздухопроводящего канала, часть смазкоподающих каналов, расположенная в цапфах, выполнена в виде дросселя, к корпусу присоединены опережающие породоразрушающие элементы или он имеет устройство для присоединения опережающего бурового инструмента меньшего диаметра и/или буровой штанги.
Для устранения возможности попадания масла в отводки и снижения расхода масла в частном случае отводки изогнуты вниз перед их выходным отверстием.
Для обеспечения регулирования и подачи смазки в частном случае полости резервуаров со смазкой сообщены с затрубным пространством или центральным воздушным каналом корпуса с помощью канала с дросселирующим отверстием.
На фиг. 1 изображен буровой инструмент на виде сбоку; на фиг. 2 - местный осевой разрез бурового инструмента.
Буровой инструмент содержит корпус 1, к которому прикреплены лапы 2 с цапфами 3, на каждой из которых установлена шарошка 4 со сквозным осевым отверстием и подшипниками 5 качения. Между шарошками 4 и цапфами 3 имеются уплотнения, которые, например, могут являться щелевыми бесконтактными.
Корпус 1 снабжен центральным воздухопроводящим каналом 9. Цапфы 3 со стороны, противоположной лапе 2, установлены в отверстия корпуса 1 с выходом их продолжений в центральный воздухопроводящий канал 9.
В лапах 2 размещены резервуары со смазкой 6, которые имеют смазкоподающие каналы 7. Имеются отводки 8, расположенные в цапфах 3 и которые выходят из центрального воздухопроводящего канала 9 корпуса 1. Выходные отверстия отводок 8 сообщены со смазкоподающими каналами 7, а входные их отверстия, расположенные на продолжениях цапф 3, направлены встречно потоку воздуха центрального воздухопроводящего канала 9.
Смазкоподводящие каналы 7 имеют выход в полости подшипников 5 и далее в затрубное пространство скважины через уплотнения между шарошками 4 и цапфами 3. Часть смазкоподающих каналов 7, расположенная в цапфах 3, выполнена в виде дросселя и имеет величину диаметра, при которой через нее может проходить необходимое количество смазки.
К корпусу 1 присоединены опережающие породоразрушающие элементы или он имеет устройство для присоединения опережающего бурового инструмента меньшего диаметра и/или буровой штанги, например в виде резьбовой муфты 10.
В частном случае отводки 8 изогнуты вниз перед их выходным отверстием, полости резервуаров со смазкой 6 сообщены с затрубным пространством или центральным воздушным каналом 9 корпуса 1 с помощью канала 11 с дросселирующим отверстием.
Работает буровой инструмент следующим образом.
На корпус 1 и лапы 2 передается осевое усилие и крутящий момент, в результате этого происходит вращение корпуса 1 и шарошек 4, с помощью которых разрушается забой скважины (на чертеже не показан).
Опережающие породоразружающие элементы (на чертеже не показаны) меньшего диаметра или присоединенный к резьбовой муфте 10 опережающий буровой инструмент (на чертеже не показан) производят бурение опережающего уступа скважины, освобождая место для расположения вершинной части шарошек 4, не имеющей породоразрушающего вооружения. Шарошки 4 производят разрушение уступа забоя скважины, усилия от каждой шарошки 4 передаются на подшипники 5 и на цапфы 3, в результате чего происходит их нагрев.
Из резервуара со смазкой 6 смазка под действием своего веса или в результате давления воздуха через канал 11 поступает по смазкоподводящим каналам 7 в их дросселирующую часть внутри цапф 3, нагревается и, разжижаясь, поступает до совмещения с отводками 8.
Воздух, поступая по центральному воздухоподводящему каналу 9, проникает в отводки 8, производит перенос масла в подшипники 5 и выходит из уплотнительных зазоров между шарошками 4 и цапфами 3, производя охлаждение подшипников 5.
Необходимое количество масла, используемого для подшипников 5, может быть обеспечено путем подбора диаметра дросселирующей части смазкоподводящих каналов 7 и, в частном случае, путем подбора диаметра дросселирующего отверстия канала 11.
Необходимое количество воздуха, используемого для охлаждения подшипников 5, может быть обеспечено путем подбора диаметра входных отверстий отводков 8 и величины зазоров в уплотнениях между шарошками 4 и цапфами 3.
В результате того что поток воздуха в полостях подшипников 5 создает давление, происходит снижение расхода масла при повышении количества воздуха, используемого для охлаждения опор шарошек 4.