БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
BORING ROLLING CUTTER BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам.
Известно буровое шарошечное долото, содержащее лапы с цапфой, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник «Буровые долота», Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с.175, pиc.V1.29).
К недостаткам конструкции данного долота следует отнести то, что она может быть реализована только в долотах большого диаметра.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, содержащее лапу с наклонной цапфой и установленную на ней посредством периферийного роликового подшипника и замкового узла шарошку с цилиндрическими зубками разного диаметра, (см. авт.св. СССР №1627643, Кл. E21B 10/16, 1991. г).
Долота такого типа нашли широкое применение в практике бурения. К недостаткам данной конструкции долота следует отнести малый ресурс его работы. Это связано в первую очередь с довольно быстрым выходом из строя роликового подшипника в результате заклинивания роликов в беговой дорожке и недостаточной вооруженностью из-за неоптимальной схемы расположения вооружения на шарошках. По данным, приведенным в обзоре «Некоторые пути повышения работоспособности опор шарошечных долот»», М. ВНИИОЭНГ, 1972 г, с.6, выход долот из строя по этой причине составляет около 20%.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы долота за счет исключения заклинивания роликового подшипника, использование более мощного вооружения и возможности использования форсированных режимов работы благодаря повышению прочности корпуса шарошки или цапфы.
Поставленный технический результат по первому варианту достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащим лапу с наклонной цапфой и установленную на ней посредством периферийного роликового подшипника и замкового узла шарошку с цилиндрическими зубками разного диаметра, согласно изобретению, внутренняя полость шарошки в периферийной части выполнена с продольными пазами, имеющими в поперечном сечении форму в виде части цилиндра и образующими сепаратор для роликового подшипника, при этом цилиндрические зубки большего диаметра установлены между продольными пазами шарошки.
Достижению поставленного технического результата способствует также и то, что периферийный венец шарошки армирован двумя рядами цилиндрических зубков, при этом зубки большего диаметра расположены в шахматном порядке с зубками меньшего диаметра, причем зубки второго от периферии ряда установлены со смещением относительно продольных пазов в шарошке в сторону оси долота.
По другому варианту поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, содержащем лапу с наклонной цапфой и установленную на ней посредством периферийного роликового подшипника и замкового узла шарошку с цилиндрическими зубками, согласно изобретению, наружная поверхность цапфы в периферийной части выполнена с продольными пазами с поперечным сечением в виде части цилиндра, образующими сепаратор для роликового подшипника,
Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 изображен общий вид долота в продольном сечении, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, соответственно нижняя часть - по первому варианту, а верхняя - по второму варианту, на фиг.3 - вид Б на фиг.1.
Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 2, выполненную за одно целое с лапой 1, и шарошку 3 с замковым узлом в виде шарикового подшипника качения 4 и периферийным роликовым подшипником 5. Рабочие элементы подшипника 5 - ролики - размещены в продольных пазах 6 шарошки 3 или в продольных пазах 8 цапфы 2, выполненных с поперечным сечении в форме части цилиндра. Выполнение цапфы 2 и шарошки 3 с продольными пазами 8 и 6 образует сепаратор для роликов 5, которые вращаются вокруг своих осей и подвергаются равномерному износу, что значительно повышает ресурс их работы. Не менее важным фактором является исключение заклинивания одних роликов другими, что является одной из важнейших причин выхода опоры долота из строя. Кроме того, такое выполнение цапфы 2 и шарошки 3 позволяет значительно повысить по первому варианту прочность корпуса шарошки 3 благодаря образованию ребер жесткости 7 между пазами 6 на ее внутренней поверхности и увеличению прочности цапфы 2 по второму варианту благодаря ребрам жесткости 9 между продольными пазами 8 на наружной поверхности цапфы 2, увеличивающими ее поперечное сечение. Увеличение прочности цапфы 2 и шарошки 3 позволяет применять более форсированные режимы работы и в первую очередь осуществлять процесс бурения при больших осевых нагрузках, что особенно важно при бурении по твердым и крепким породам. Вооружение шарошки 3 по первому варианту представлено зубками 10 и 11 разного диаметра, при этом цилиндрические зубки большего диаметра 10 установлены между продольными пазами 6 шарошки 3. Для оптимизации шага между зубками 10 они расположены в два ряда, причем зубки 10 расположены в шахматном порядке с зубками меньшего диаметра 11, установленными в плоскости симметрии продольных пазов 6 шарошки 3. При этом зубки большего диаметра 10 расположены в шахматном порядке с зубками меньшего диаметра 11. Причем зубки второго от периферии ряда установлены со смещением относительно глухих торцов продольных пазов 6 в шарошке 3 в сторону оси долота, что позволяет устанавливать зубки большого диаметра 10 независимо от схемы расположения роликовых подшипников 5.
По второму варианту используются зубки 12 одного максимально возможного для данного типоразмера долота диаметра, т.к. в этом случае толщина стенки шарошки 3 в периферийной части также одинакова
Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы 10, 11 и 12 шарошки 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью или сжатым воздухом, которые подаются через очистную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка, действующая вдоль оси цапфы, воспринимается замковым подшипником 4, а радиальная - в основном роликовым подшипником 5 и частично шариковым подшипником 4. При этом благодаря размещению роликов 5 в пазах 6 шарошки 3 или пазах 8 цапфы 2 полностью исключается вероятность их заклинивания друг другом, увеличивается прочность шарошки 3 в первом варианте и цапфы 2 во втором варианте. Это позволяет в первом варианте использовать более мощное вооружение (зубки 10 большого диаметра), во втором варианте использовать более высокие осевые нагрузки благодаря увеличению прочности цапфы 2 за счет ребер жесткости 9 между продольными пазами 8. Все это благоприятно сказывается на работоспособности долота в целом и в первую очередь на росте проходки и механической скорости бурения.
Таким образом, применение предложенной опоры позволит повысить эффективность работы долота за счет увеличения ресурса работы опоры и применения форсированных режимов бурения благодаря увеличению прочностных характеристик корпусов шарошек.