ДОЛОТО ОДНОШАРОШЕЧНОЕ
ONE-CUTTER DRILLING BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, предназначено для бурильных работ, в частности может использоваться для бурения скважин с помощью забойных двигателей.
Известно одношарошечное долото, содержащее корпус, сопряженную с ним коническую шарошку с цапфой, наклонно расположенную внутри корпуса с образованием опоры. Вершина конуса шарошки совпадает с точкой пересечения осей корпуса долота и цапфы шарошки и является центром, относительно которого шарошка обкатывается по забою скважины (патент РФ на изобретение №2109911, Е21В 10/08, 1998). Недостатком является неполное использование режущих поверхностей шарошки, их проскальзывание.
По заявке РФ на изобретение №94044186, Е21В 10/08, 1996, известно одношарошечное долото, в котором шарошка с цапфой смонтированы в корпусе долота на опорах скольжения, что позволяет производить наклон и поворот шарошки относительно корпуса долота при обкатывании опорной поверхности шарошки по забою скважины. Однако обкатывание в данном случае так же происходит со скольжением по породе.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрано одношарошечное качающееся долото по патенту РФ на изобретение №2167992, Е21В 10/16, 2001. Долото содержит шарошку с рабочей поверхностью, армированной твердосплавными зубками, приводной эксцентриковый валик с присоединительной резьбовой головкой и кулачком, опорную втулку со сферической поверхностью, сопрягаемой с приводным эксцентриковым валиком. Шарошка смонтирована с возможностью качания, отклонена относительно оси долота кулачком приводного эксцентрикового валика на острый угол. Недостатком является неполное использование режущих возможностей зубков при вращении шарошки во время планетарного движения при перекатывании ее по забою вследствие недостаточного усилия, возникающего при взаимодействии контактной поверхности кулачка с внутренней поверхностью шарошки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы одношарошечного долота.
Технический результат заключается в использовании максимальных возможностей режущих поверхностей зубков вследствие более плотного их прижатия к поверхности скважины за счет обеспечения надежного контакта в планетарной передаче, передающей движение шарошке.
Технический результат достигается тем, что в долоте одношарошечном, содержащем корпус, установленный в нем на радиально-упорных подшипниках эксцентриковый вал с промывочными каналами, шарошку с рабочей поверхностью, образованной зубками с калибрующими вставками, согласно изобретению на одном конце корпуса выполнено место соединения с корпусом забойного двигателя, на другом - неподвижное зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатым колесом шарошки, на конце эксцентрикового вала выполнено место соединения с валом забойного двигателя. В месте расположения зубчатой передачи на наружных поверхностях корпуса и шарошки расположена манжета.
Технический результат обеспечивается тем, что на одном конце корпуса долота выполнено место соединения его с корпусом забойного двигателя, что обеспечивает его неподвижность при присоединении к корпусу забойного двигателя. Выполнение на другом конце корпуса долота неподвижного зубчатого колеса и выполнение на шарошке взаимодействующего с ним зубчатого колеса обеспечивает повышение усилия и площади контакта поверхностей шарошки и корпуса долота при движении шарошки. Усилие контакта повышается за счет опоры на поверхность неподвижного зубчатого колеса, выполненного на неподвижном корпусе, площадь контакта увеличивается за счет взаимодействия поверхностей зубчатых колес. Выполнение на конце эксцентрикового вала места соединения с валом забойного двигателя позволяет придать вращение эксцентриковому валу, на котором на радиально-упорных подшипниках установлена шарошка, совершающая сложное планетарное движение вокруг наклонной оси эксцентрикового вала, качаясь относительно оси корпуса. Это позволяет максимально задействовать режущие поверхности зубков. Установка манжеты в месте расположения зубчатой передачи на наружных поверхностях корпуса и шарошки позволяет защитить внутреннюю полость шарошки от шлама, также повышая эффективность работы одношарошечного долота.
На чертеже представлено одношарошечное долото.
Одношарошечное долото состоит из корпуса 1, эксцентрикового вала 2, шарошки 3, установленной на радиально-упорном подшипнике 4 на эксцентриковом вале 2, закрепленной с помощью замковых колец 5, манжеты 6, гидромониторной насадки 7, зубков 8 с калибрующими вставками 9. Эксцентриковый вал 2 установлен на корпусе 1 на радиально-упорном подшипнике 10. Шарошка 3 выполнена с зубчатым колесом 11, эксцентриковый вал 2 выполнен с неподвижным зубчатым колесом 12 и местом соединения с валом забойного двигателя 13. Корпус 1 имеет место соединения с корпусом забойного двигателя 14.
Одношарошечное долото работает следующим образом.
Корпус 1 наворачивают на корпус забойного двигателя, при этом эксцентриковый вал 2 соединяется с валом забойного двигателя. При запуске забойного двигателя эксцентриковый вал 2 вращается, выполняя роль водила планетарной передачи, в которой солнечным колесом выступает неподвижное зубчатое колесо 12 корпуса 1, а планетарной шестерней - шарошка 3 с зубчатым колесом 11. В зацеплении при этом всегда участвуют два соседних зуба зубчатого колеса 12 с двумя соседними зубьями зубчатого колеса 11 шарошки 3. Шарошка 3 совершает сложное планетарное движение, вращаясь на эксцентриковом валу 2 с наклонной осью и качаясь относительно оси корпуса 1 и скважины. Зубки 8 при этом, плотно прилегая к поверхности скважины, поочередно скалывают породу по всей поверхности забоя, обеспечивая его полное перекрытие. Малый угол качания шарошки 3 позволяет выбрать оптимальные углы резания. Для калибровки и центрирования долота в скважине на поверхностях зубков 8 и на ребрах корпуса 1 выполнены калибрующие вставки 9, которые при работе с глинистым буровым раствором способствуют кольматации стенок скважины и обеспечивают частичное вдавливание вырубленной породы в пустоты и трещины стенок скважины, а также дополнительное ее измельчение.
Таким образом, изобретение позволяет максимально использовать возможности режущих поверхностей зубков, повышая эффективность работы одношарошечного долота.