БУРОВОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО
DRILLING ROLLER BIT

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым трехшарошечным долотам, преимущественно малого диаметра.
Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус и закрепленные на цапфах лап конусные шарошки с твердосплавными породоразрушающими элементами на основных и обратных конусах (см. авт. св. СССР №219491, кл. E21B 10/16, 1966 г.).
Недостатком этого долота является высокая стоимость, связанная со сложностью технологии изготовления специального калибрующего венца, расположенного на обратном конусе каждой шарошки. Именно по этой причине долота с подобным вооружением не нашли применения в практике бурения.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, на которых посредством подшипников установлены шарошки, основные и обратные конуса которых армированы соответственно твердосплавными зубками и вращающимися породоразрушающими элементами (см. авт. св. СССР №1502794, кл. E21B 10/16, 1989 г.).
Данное долото также не лишено определенных недостатков, к которым следует в первую очередь отнести сложность обеспечения возможности вращения твердосплавных зубков на обратных конусах шарошек, а также их недостаточную износостойкость, что снижает ресурс работы как самих породоразрушающих элементов, так и долота в целом.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет повышения ресурса работы породоразрушающих зубков и снижение затрат на проведение буровых работ.
Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, на которых посредством подшипников установлены шарошки, основные и обратные конуса которых армированы соответственно твердосплавными зубками и вращающимися породоразрушающими элементами, согласно изобретению каждый породоразрушающий элемент на обратном конусе шарошки выполнен с осевым каналом ступенчатой формы, в котором размещен фиксатор ответной формы, жестко соединенный с корпусом шарошки.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:
- каждый породоразрушающий элемент оснащен алмазно-твердосплавной пластиной, размещенной в полости ступени осевого канала большего диаметра и жестко соединенной с породоразрушающий элементом;
- полость между фиксатором и породоразрушающим элементом заполнена гидропластом.
Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 представлен общий вид долота, а на фиг.2 - узел А на фиг.1; на фиг.3 - вид породоразрушающего элемента сбоку.
Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 4, на которых посредством замковых шариковых подшипников качения 3 установлены конические шарошки 2 с твердосплавным вооружением. Основные конуса шарошек армированы твердосплавными зубками 7, а обратные конуса 3 - вращающимися породоразрушающими элементами 6. Последние на обратном конусе 3 каждой шарошки 2 выполнены с осевым каналом 13 ступенчатой формы, в котором размещен фиксатор 8 ответной формы, жестко соединенный с корпусом шарошки 2. Головка 9 фиксатора 8 не препятствует повороту породоразрушающего элемента 6. В полости ступени большего диаметра осевого канала 13 каждого породоразрушающего элемента 6 жестко установлена алмазно-твердосплавная пластина 10. Полость между фиксатором 8 и породоразрушающим элементом 6 заполнена гидропластом 12, который одновременно выполняет функции уплотнителя и подшипника. Полость между породоразрушающим элементом 6 и каналом 14 под него в корпусе шарошки 2 герметизируется уплотнительным кольцом 11, который также может быть выполнен из гидропласта. Возможен вариант выполнения уплотнительного кольца 11 из гидропласта по всей длине контакта породоразрушающего элемента 6 со стенками канала 14. Алмазно-твердосплавная пластина 10 и породоразрушающий элемент 6 образуют кулачковое соединение 15, исключающее их проворот одного относительно другого, что повышает калибрующую способность долота 6 в целом.
Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента твердосплавные зубки 7 шарошек 2 осуществляют разрушение забоя, а калибровку стенок скважины осуществляют породоразрушающие элементы 6 и периферийный ряд твердосплавных зубков 7. В процессе бурения породоразрушающие элементы 6 своими алмазно-твердосплавными пластинами 10 постоянно контактируют со стенками скважины и за счет трения о породу поворачиваются вокруг фиксатора 8, жестко соединенного с корпусом шарошки 2. Этому способствует также использование гидропласта 12, выполняющего роль подшипника, а также наличие уплотнения 11 между породоразрушающим элементом 6 и каналом 14 в корпусе шарошки 2, препятствующего попаданию шлама между вращающимся породоразрушающим элементом 6 и стенками канала 14. По мере износа опоры долота шарошки 2 отжимаются к оси долота и усилие на породоразрушающие элементы 6 увеличивается, в результате чего алмазно-твердосплавные пластины 10 начинают вращаться с большей скоростью. Это способствует более равномерному износу алмазно-твердосплавных пластин 10, что позволяет максимально использовать их ресурс.
В целом это повышает как проходку на долото, так и скорость бурения и, как следствие этого, снижает затраты на буровые работы.