Буровое одношарошечное долото
ONE-CUTTER ROCK DRILLING BIT

Изобретение относится к буровой технике, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа.
Известно буровое одношарошечное долото, включающее корпус с наклонной цапфой, на которой посредством замкового подшипника закреплена шарошка, наружная поверхность которой армирована вставными зубками (см. Масленников И.К. Справочник «Буровой инструмент», М. Недра, 1989, с. 16-18).
Недостатком данного долота является низкая эффективность в работе, а именно проходка и механическая скорость бурения, связанные с трудностью разрушения центральной части забоя из-за малой угловой скорости вращения вооружения шарошки.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа буровое одношарошечное долото, содержащее корпус с наклонной цапфой, на которой посредством подшипника и замкового пальца закреплена шарошка (авт. св-во СССР №269085, кл. Е21В 10/08, 1988 г.).
К недостаткам прототипа следует отнести малую надежность крепления шарошки и сложность технологии изготовления узла ее крепления, особенно при использовании замкового пальца, проходящего через цапфу долота. При использовании же способа крепления шарошки через радиальный канал шарошки путем применения сварки или резьбы с клеем часто наблюдается выдавливание замкового пальца с возникновением аварийной ситуации. Другим недостатком прототипа является высокая вероятность образования лысок на боковой поверхности шарошек из-за отсутствия вооружения на значительной поверхности шарошки в зоне расположения торца замкового пальца, что резко снижает проходку и механическую скорость бурения.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение надежности крепления шарошки при одновременном упрощении технологии изготовления долота.
Указанный технический результат достигается тем, что в буровом одношарошечном долоте, содержащем корпус с наклонной цапфой, на которой посредством подшипника и замкового пальца закреплена шарошка с вооружением на наружной поверхности, согласно изобретению, корпус шарошки выполнен по радиусу, замковый палец расположен в радиальном отверстии корпуса шарошки и выполнен в виде составного стержня, наружный торец которого армирован износостойкими вставками, а между обращенными один к другому торцами составного стержня размещен пружинный элемент, один конец которого жестко соединен с торцом внутреннего стержня, а другой конец - с торцом наружного стержня, при этом наружный торец замкового пальца выполнен в виде части сферы с радиусом, равным радиусу корпуса шарошки, указанная часть сферы торца замкового пальца армирована износостойкими вставками, причем боковая поверхность наружного стержня выполнена с пазами, ответными выступам, выполненным на боковой поверхности стенок радиального отверстия корпуса шарошки под замковый палец.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид долота в продольном разрезе; на фиг. 2 - фрагмент вида А на фиг. 1.
Буровое долото содержит корпус 1 с наклонной цапфой 5, на которой посредством замкового шарикового подшипника 2 и замкового пальца 7 закреплена шарошка 3 с вооружением 8 на наружной поверхности.
Корпус шарошки выполнен сферическим (по радиусу). Узел замкового подшипника образован шарикоподшипником 2 и стопорным (замковым) пальцем 7, выполненным в виде составного стержня, наружный торец которого армирован износостойкими вставками 4, а между обращенными один к другому торцами составного стержня размещен пружинный элемент 9, один конец которого жестко соединен с торцом внутреннего стержня, а другой конец - с торцом наружного стержня. Замковый палец расположен в радиальном отверстии корпуса шарошки. При этом наружный торец замкового пальца 7 выполнен в виде части сферы с радиусом - R, равным радиусу корпуса шарошки 3. Указанная часть сферы торца замкового пальца армирована износостойкими вставками. Боковая поверхность стержня, примыкающего к наружному торцу замкового пальца (т.е. наружного стержня), может быть выполнена с пазами, ответными выступам, выполненным на боковой поверхности стенок радиального отверстия корпуса шарошки под замковый палец, что повышает надежность крепления замкового пальца благодаря исключению проворота наружной части стопорного пальца относительно шарошки 3. В процессе бурения осевая нагрузка через шарикоподшипник 2 передается на пружинный элемент 9 и от него на наружную часть замкового пальца 7. При этом благодаря использованию пружинного элемента 9 исключается передача ударной нагрузки на наружную часть замкового пальца 7 и тем самым исключается выпадение замкового пальца и нарушение схемы расположения вставок 4 и 8.
Промывочная система долота образована боковым каналом 6, направленным в корпусе 1 касательно к наружной поверхности шарошки 3. Возможен вариант выполнения промывочной системы с дополнительным каналом, проходящим через ось цапфы 5 (не показан).
Принцип работы бурового долота заключается в следующем. После спуска на колонне труб бурового долота на него прикладывают осевую нагрузку и крутящий момент. Под действием этих сил вооружение рабочих органов бурового долота внедряется в породу и разрушают ее. Разрушенная порода в виде шлама выносится на поверхность промывочной жидкостью, подаваемой через боковой промывочный канал 6 корпуса 1, а затем - через кольцевой зазор между стенками скважины и бурильной колонны на поверхность.
В предложенном долоте благодаря расположению стопорного пальца 7 в корпусе шарошки 3, а не в корпусе 1 долота, значительно упрощается конструкция опорного элемента и тем самым упрощается и технология его изготовления и долота в целом. При этом благодаря оснащению опоры долота пружинным элементом исключается возникновение ударных нагрузок в опорном узле и тем самым исключается и вероятность нарушения схемы расположения твердосплавных зубков и выпадения замкового пальца.
Боковая поверхность замкового пальца может быть выполнена с выступами 10, ответными пазам на внутренней поверхности шарошки 3, что также повышает надежность крепления замкового пальца благодаря исключению проворота наружной части стопорного пальца относительно шарошки 3.
Таким образом, оснащение опоры долота пружинным элементом и жесткое соединение шарошки с наружной ступенью замкового пальца гарантирует надежную фиксацию замкового пальца относительно шарошки, что в целом повышает надежность работы долота.