СПОСОБ МОНТАЖА ОПОРЫ ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА
METHOD OF MOUNTING ROLLER DRILL BIT BEARING

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот.
Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, 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, рис.V1.30).
К недостаткам данного долота следует отнести значительное ослабление цапфы в зоне расположения замкового подшипника, связанное с использованием замкового пальца большого диаметра. Особо это сильно сказывается при использовании долот малого диаметра. Этому также способствует наличие сварного шва на спинке лапы для фиксации замкового пальца. При контакте спинки лапы со стенками скважины наблюдается быстрый износ сварного шва, что может привести к заклиниванию пальца и, как следствие этого, к выходу из строя всей опоры. Крепление замкового пальца сваркой ведет также и быстрому выходу их из строя герметизирующего элемента в опоре долота, устанавливаемого, как правило, у основания цапфы и подверженного из-за этого значительному влиянию высокой температуры, сопутствующей сварочным работам. Все это снижает эффективность работы долота в целом.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, закрепленную на цапфе замковым узлом (см. авт. св. СССР №1588857, кл. Е21В 10/22, 1990 г.).
В данном долоте, благодаря исключению канала под замковый палец, значительно повышается прочность цапфы, а также исключаются все негативные явления, связанные с креплением замкового пальца сваркой.
Недостатками его являются сложность конструкции и, как следствие, малая надежность в работе, а также трудоемкость изготовления. Все это усугубляется наличием пружинного элемента, который в скважинных условиях быстро выйдет из строя и может стать причиной заклинивания шарошки на цапфе.
В авт. св. СССР №1588857 способ монтажа опоры шарошечного долота включает установку на цапфе шарошки с кольцевой расточкой и фиксацию шарошки от осевого перемещения подпружиненными элементами замкового узла.
К недостаткам данного способа следует отнести необходимость размещения пружинного элемента в открытой полости между шарошкой и цапфой и восприятие этой пружиной значительных нагрузок, постоянно действующих вдоль оси цапфы. Это неминуемо приведет к быстрому выходу пружинного элемента из строя. В результате этого может произойти заклинивание всей опоры и выход долота из строя. К другим недостаткам прототипа следует отнести и определенную сложность монтажа шарошки на цапфе из-за необходимости значительной деформации упругого элемента. Кроме того, монтаж предложенной опоры требует проведения дополнительных работ, связанных с необходимостью нарезки резьбы на цапфе и запорной втулке.
В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощения конструкции.
Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, согласно изобретению цапфа выполнена с радиальными каналами, а замковый узел образован размещенными в радиальных каналах цапфы подпружиненными элементами, совмещенными в рабочем положении с кольцевой расточкой шарошки.
Решению предложенной технической задачи способствует также и то, что:
- подпружиненные элементы замкового узла выполнены в виде шаров или штифтов со сферической головкой;
- радиальные каналы цапфы расположены в одной плоскости, перпендикулярной ее оси, и выполнены с одинаковым шагом.
Выполнение цапфы с радиальными каналами, а замкового узла в виде подпружиненных элементов, размещенных в радиальных каналах цапфы и совмещенных в рабочем положении с кольцевой расточкой шарошки, позволяет значительно увеличить прочность цапфы в наиболее опасном сечении.
Выполнение подпружиненных элементов замкового узла в виде штифтов со сферической головкой или в виде шаров, равномерно расположенных по наружной поверхности цапфы, позволяет значительно упростить конструкцию опоры и тем самым снизить стоимость долота в целом.
Решению задачи по снижению затрат на изготовление опоры и повышению надежности ее работы способствует также и реализация предложенного способа монтажа предложенной опоры.
Предложенный способ монтажа опоры включает установку на цапфе шарошки с кольцевой расточкой и фиксацию шарошки от осевого перемещения подпружиненными элементами замкового узла, согласно изобретению перед установкой шарошки на цапфу подпружиненные элементы замкового узла утапливают в радиальных каналах цапфы заподлицо с ее наружной поверхностью и фиксируют их в таком положении, затем на цапфу надевают шарошку и после совмещения подпружиненных элементов замкового узла с кольцевой расточкой шарошки подпружиненные элементы освобождают от фиксации.
Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид опоры долота; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1 с цапфой 5 и закрепленную на ней посредством замкового узла шарошку 2. Цапфа 1 выполнена с радиальными каналами 6, равномерно расположенными по ее окружности в одной плоскости, перпендикулярной ее оси. Шарошка 2 выполнена с кольцевой расточкой 7 под замковый узел, образованный несколькими штифтами 3 или шарами (не показаны), подпружиненными упругими элементами 4, размещенными на дне глухих каналов 6. В качестве упругих элементов могут быть использованы различные типы пружин или эластичный материал. Количество штифтов 3 и шаров выбирается расчетным путем в зависимости от диаметра цапфы и действующих на нее нагрузок.
Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в радиальных каналах 6 устанавливают упругие элементы 4, а затем штифты 3 или шары. После этого они утапливаются и фиксируются любым известным способом, например легкоплавким сплавом. Затем надевают на цапфу 5 шарошку до совмещения замкового узла с кольцевой расточкой шарошки и помещают лапу долота в емкость с заданной температурой, при которой происходит освобождение замкового узла, т.е. плавление удерживающего штифты 3 или шаров сплава. После этого происходит автоматическое срабатывание замкового узла и подпружиненные штифты 3 входят в кольцевую расточку 7 шарошки 2, фиксируя последнюю относительно цапфы 5.
Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в данном случае - опорами скольжения. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде подпружиненных штифтов 3 или шаров, которые не воспринимают осевую нагрузку, они практически не подвергаются износу. Это позволяет до минимума сократить количество штифтов 3, а следовательно, и максимально увеличить прочность опоры, что имеет особое значение для долот малого диаметра, работоспособность которых практически на все 100% лимитируется прочностью цапфы. Кроме того, это позволяет и значительно упростить и технологию изготовления долот и тем самым снизить их стоимость.
Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.