Буровое долото

(31) М. Кп. Е 21 В 10/20 Госуларствеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательинститут нефтяного ологический(54) БУРОВОЕ ДОЛОТО Изобретение относится к буровомуинструменту, в частности к трехшарошечным буровым долотам, применяемымдля бурения горных пород.Известны трехшарошечные буровыедолота, корпусные или секционные,резьбовой ниппель которых жестко связан с секциями 13,Недостатком этих долот являетсято, что при бурении вследствие неравномерности износа элементов секцийпо опорам и тыльным конусам ось калибрующей поверхиости смецается относительно оси ниппеля, что приводит кеце большему их износу.Известно буровое долото, содержащее корпус, составленный иэ отдельныхсекций в виде лап с шарошками, имеющими основные и периферийные конусы,калибратор, ниппель с реэбой, центральный провивочный канал 2.Недостаток укаэанного долота заключается в неравномерности распределения осевой нагрузки по секциям,что снижает долговечность его работы.Цел изобретения - повышение долговечности работы долота эа счет равномерного распределения осевой нагрузки по секциям и центрирования их. Поставленная цель достигаетсятем, что в буровом долоте, содержащемкорпус, составленный из отдельных секций в виде лап с шарошками, имеющимиосновные и периферийные конусы, калибратор, ниппель с резьбой, цент-,ральный промывочный канал, корпусвыполнен в виде двух шарнирно связанных полумуфт, снабженных соединительными роликами, герметизирующимэлементом и ступенчатой цанговойвтулкой, размещенной в проьывочномканале, при этом верхняя полумуфтажестко соединена с ниппелем, а нижняя - с секциями.Причем периферийные конусы шарошекимеют угол, при котором перпендикуляр,проведенный к середине обраэуюцейпериферийного конуса в нижнем ее положении, пересекается с осью долотав точке, лежащей в горизонтальнойплоскости, проходящей через оси роликов.На Фиг. 1 изображено долото (двесекции условно не показаны); нафиг. 2 " разрез А-А на фиг. 1.Долото представляет собой двешарнирно связанные полумуфты. Перваяполумуфта выполнена в виде трех сваЗ 0 ренных секций, каждая из которыхсодержит лапу 1 и установленную наподшипниках шарошку 2. К торцу секцийприварен стакан 3Вторая полумуфта выполнена в видениппеля 4 с замковой резьбой, к которому приварено кольцо 5. Внутри центрального промывочного канала ниппеля4 запрессована втулка б, свободныйконец которой имеет больший диаметри заведен во внутреннюю цилиндрическую поверхность стакана 3, причем этот конец выполнен в виде цангис разрезами а (Фиг. 2).На наружной поверхности кольца 5и в нижней его части запрессованытвердосплавные зубки 7, при этом коль 45цо имеет три скоса б (фиг. 2).Между торцами обеих полумуфт, аименно в выточке торца ниппеля 4 истакана 3, размещен упругий гермети-зирующий элемент 8. Эти торцы имеют 20уступы в, которые не смыкаются междусобой, оставляя гарантированный осевой зазор.Герметиэирующий элемент 8 коитакти"рует с наружной поверхностью и буртом втулкй б, а также с торцом гстакана 3.Кольцо 5 шарнирно соединено со стаканом 3 с помощью трех роликов 9 сосферическими торцами, расположенныхпод углом 120 в плане (фиг. 2) и Жразмещенных в гнездах стакана 3 и колнца 5.Периферийные конуса шарошек 2 выполнены под таким углом наклона ,что перпендикуляр к ним пересекается 35с осью долота в точке,0, которая одновременно лежит в горизонтальнойплоскости, проходящей через оси роликов 9.Ниже роликов 9 кольцо 5 охватывает стакан 3 по цилиндрической поверх-ности с, выполненной по широкоходовой насадке, причем поверхность димеет три скоса, аналогичные скосамБ у стакана 345В стенке кольца 5 выполнены триотверстия, в которые заведены штифты10, заходяшуае в цилиндрические пазыстакана 3 и фиксирующие его в осевомчаправлении, причем посадка штифтов 5010 в гнезде обеспечивает гарантированный зазор. Штифты 10 приварены к кольцу 5,При сборке обеих полумуфт обеспе".чивается гарантированный начальныйосевой натяг герметизирующего эле- Юмента 8,Наружный диаметр кольца 5 по зубкам 7 выполнен больше калибрующегодиаметра долота.Долото работает следующим образом. 10Шарошки 2 нижней полумуфты разбуривают забой скважины, а кольцо 5 затем расширяет ствол скважины, калибруя его й выглаживая, не допускаяискривления его оси. 65 Осевая нагрузка на долото передается в основном шарошками 2 и их опо.рам и частично, разгружая нх, воспринимается зубками 7 на нижнем конусе кольца 5, который сглаживаетпереход ствола от пилотной части красширенной.При осевых вибрациях долота происходит выравнивание нагружаемости егодеталей.При попытке отжима одной изтрехшарошек 2 от стенки скважины всянижняя полумуфта стремится сместиться и прижаться к противоположномуучастку стенки. Эти явления происходят периодически, повторяясь для разных шарошек, что способствует динами-ческому центрированию оси калибрующейповерхности, описанной вокруг шарошек2, с осью стакана 3, соосного с ниппелем 4. Вследствие этого элементыопоры и калйбрующие конусы шарошек 2изнашиваются равномерно.Центрированию осей полумуфт способствует близкое расположение стакана 3 к нижней полумуфте, наличие ро-ликов 9, упругость элемента 8 и втулки б. Кроме того, этому способствуетто, что силы реакции забоя, действующие на периферийные конусы шарошек 2,пересекаются в одной точке по осидолота, лежащей одновременно в плоскости оси роликов 9. При этом не воз-"никает поперечных сил и моментов,стремящихся перегрузить соединениедвух полумуфт и привести к значительному их смещению. Таким образом,кольцо 5, калибруя ствол скважины,выполняет одновременно и функциюцентратора для шарошек 2,Укаэанная самоустановка и центрирование.осуществляются с помощью роликов 9, размещенных в пазах междукольцом 5 и стаканом 3. Ролики 9,кроме того, передают крутящий моментот ниппеля 4 к секциям и воспринимают. часть осевой нагрузки на долото.Радиальные же нагрузки воспринимают поверхность 3 стакана 3 и кольца 5.Элемент 8 служит средством герметизации долота, не допуская. попаданияпромывочной жидкости в зазор междуторцом ниппеля 4 и торцом стакана,а также для аммортизации осевых нагрузок,.Втулка б способствует герметизацийи противостоит размыву элемента 8 исамого канала ниппеля 4, Частичноона служит и для гашения малых изгибающих колебаний и поперечных силв роликах 9 при угловых поворотах ирадиальных смещениях стакана 3 вдополнение к опорной поверхности д .Разбуренная дслотом порода с по"током промывочной среды поднимаетсявверх, проходя между стенкой скваяпны и скосами о (фиг, 2) в кольце 5,, Положительный эффект изобретения в сфере технологии изготовления заключается в упрощении обработки отдельно выполненного резьбового ниппеля 4 (резцы пРи обработке не обдирают в тяже-. 5 лых услрвиях участки сварки лап секцйй; не требуются специальные станки для этой операции и сложные патроны для установки долота по шарошкам лап и .т.п.). Нет необходимости выдерживать точный допуск на радиальное биение калибрующих конусов шарошек относительно.оси резьбы ниппеля с трудоемким контролем этого параметра. Появляется возможность изготовления ниппеля из других марок стали и более 15 проиЗводительными способами, чем в случае неразъемности ниппеля с секциями. Облегчается операция термической обработки ниппеля (после сварки она отпадает, тогда,как обычно 20 требуется трудоемкий отжиг хвостовиков в сложных громоздких печах последующей механической Обработки ниппеля)В сфере эксплуатации долота, по мимо повышения долговечности, появляется возможность многократного ис- . пользования элементов, подлежащих разъему; облегчается навинчивание бурильных труб на ниппель долота, .повышается долговечность замкового реэьбового соединения вследствие шарнирности ниппеля относительно.секций и исключения сдвигающих и изгибающих перегруРок, действующих на ;35 резьбу и ев торед в натяге); появ,ляется возможность установки на долото различных ниппелей и компоновки долота с разнообразными калибратора-.ми и бурильными трубами.Формула изобретения 1. Буровое долото, содержащее корпус, составленный из отдельных секций в виде лап с.шарошками, имеющими, основные и периферийные конусы,калибратор, ниппель с резьбой, центральный промывочный канал, о т л и,ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения долговечности работы долота за счет равномерного распределения осевой нагрузки по секциям ицентрирования их, корпус выполненв виде двух шарнирно связанных полумуфт, снабженных соединительнымироликами, герметизирующим элементоми ступенчатой цанговой втулкой, размещенной в промывочном канале, приэтом верхняя полумуфта жестко соединена с ниппелем, а нижняя - с секциями2. Долото по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что периферийные конусы шарошек имеют угол, при которомперпендикуляр, проведенный к середине образующей периферийного конуса внижнем ее положении, пересекается сосью долота в точке, лежащей в горизонтальной плоскости, проходящейчерез оси роликов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Масленников И.Х. и др Инструмент для бурения скважин, М., "Недран, 1981, с. 16.2. Патент США Р 4068731,кл. 175-339, опублик. 1978.