БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
ROLLING DRILLING BIT

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкциям шарошечных долот, предназначенных для бурения скважин в нефтяной, газовой, геологоразведочной, горнорудной, а так же других отраслях промышленности. Известны одношарошечные, двухшарошечные и трехшарошечные долота для бурения скважин.
Известные буровые шарошечные долота содержат шарошки, установленные на цапфах лап посредством замкового шарикоподшипника и роликовых подшипников. Недостатками данной конструкции являются трудности в изготовлении, неравномерность изнашивания подшипников - нарушен принцип равной долговечности подшипников качения, наличие замкового шарикоподшипника в рабочей зоне цапфы, небольшая наработка на отказ. Основным недостатком перечисленных шарошечных долот является разрушение породы в одной плоскости малым количеством твердосплавных вставок одновременно.
Более близким по технической сущности является буровое шарошечное долото (патент №2325501 С2, МПК Е21В 10/22), прототип, содержащее три самостоятельных изделия (ниппель, корпус и узел, в сборе включающий шарошку с опорой из цапфы, подшипники и замковое устройство для фиксации шарошки на цапфе в виде разрезного фланца, закрепленного винтами, и уплотнения.
Недостатками данной конструкции являются наличие шариковых или роликовых подшипников с сепараторами в шарошке, раздельность ниппеля и корпуса, замковое устройство для фиксации шарошки на цапфе в виде разрезного фланца, недостаточная площадь фактического контакта в стыке по контуру соединения цапфы с корпусом, сложность в сборке (конфликт третьей шарошки с первой и второй), разрушение породы в одной плоскости малым количеством твердосплавных вставок одновременно.
Техническая задача заявляемого изобретения заключается в создании надежной, долговечной и высокотехнологичной при изготовлении конструкции долота с повышенной эффективностью работы.
Поставленная задача достигается изменением угла α наклона цапф 2 в корпусе 1 к горизонтальной плоскости, находящимся в пределах 95-125°, к оси долота находящимся в пределах 5-35° и путем переноса подшипникового узла в увеличившееся пространство корпуса 1.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипами показывает, что оно отличается по следующим признакам:
- подшипниковый узел находится в корпусе;
- шарошка и цапфа изготавливаются единым целым, не разборными;
- угол α наклона цапф 2 в корпусе 1 к горизонтальной плоскости находится в пределах 95-125°, к оси долота находится в пределах 5-35°;
- увеличен размер и глубина посадки твердосплавных породоразрушающих вставок.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышенной эффективности работы за счет увеличения площади фактического контакта между шарошкой и разрушаемой породой, определенной соприкосновением большего количества твердосплавных вставок, работающих в режимах скалывания и истирания разрушаемой породы одновременно.
Для обеспечения достоверности заявляемых результатов был проведен эксперимент, с изготовлением долота с изменяющимся углом α наклона цапфы к оси долота в интервале 5-35°.
Результат эксперимента показал достижимость результатов в заявляемых интервалах значений угла α наклона цапфы.
Угол α наклона цапфы к оси долота
Плоскости
Количество твердосплавных вставок, работающих одновременно в сравнении с известными долотами
5°
4
Увеличено в 4 раза
15°
3
Увеличено в 3 раза
25°
3
Увеличено в 3 раза
35°
3
Увеличено в 3 раза
Поэтому заявляемое изобретение соответствует критерию «Новизна».
Предлагаемое техническое решение дает возможность:
- упростить технологию изготовления и сборки;
- определить действительную стойкость опоры долота;
- увеличить проходку на долото за счет оптимального распределения радиально-осевых нагрузок;
- высокой наработки на отказ;
- легкой замены подшипникового узла или шарошки.
При проведении информационного поиска по патентной и научно-технической литературе не была выявлена совокупность признаков, которая определила новое свойство заявляемого долота. Поэтому оно соответствует критерию «Изобретательский уровень».
Заявленное изобретение может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «Промышленная применяемость».
На чертеже показано шарошечное долото в сборе (корпус - 1, шарошка-цапфа - 2, упорно-радиальный подшипник - 3, лубрикатор - 4, стопорное кольцо (замок) - 5, винт с поршнем - 6).
Сборка бурового шарошечного долота (чертеж) начинается с установки упорно-радиальных подшипников 3 в корпус 1. Затем, предварительно надев стопорное кольцо 5, производится смазка цапфы 2. Собранный узел монтируется в корпус. Затем производится наполнение смазкой лубрикатора 4. Закручивается винт 6 до соприкосновения со смазкой. Перед началом работы, винт 6 закрутить до упора.