Устройство для бурения

О П И С А Н И Е754040ИЗОБРЕТЕН ИяХ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеслублик 61) Дополнительное к авт. свид-ву -(51) М. Кл.з Е 21 В 17/06 ем заявки2578036/22 - 0 Гооудерствеииый комитет СССР 31.01.7808.02.78юллетеньпо пунктам 1 по пунктам 5 ано 07.08.80 53) УДК 622 241публ делам изооретеиий и открытий Дата опубликова ания 15.08.80 2) Автор изобретени А. Д.(71) Заявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИ е относится к горнои промышстности к предохранительным рового става при вращательпреимущественно взрывных остраает чающИзобретениленности, в чаустройствам буном бурениискважин.Известны устройства для бурения, включающие корпус, узел распределения и перераспределения осевой нагрузки, выполненный в виде шарового сегмента, секций с шарошками и толкателями, закрепленных в корпусе с возможностью осевого перемещения 1.оОсновным недостатком этих устройств является сложность и недостаточная надежность, поскольку они требуют для своей работы специализированных долот с подвижными секциями. Способствуя повышению стойкости долота, эти устройства недостаточно эффективны для снижения вибраций бурового става, в связи с отсутствием угловой подвижности долота относительно оси буровых штанг.Известно устройство для бурения, вклюее корпус с закрепленным на нем доловал, установленный с зазором в корпупругий элемент и размещенный между м и корпусом шарнир с опорными поверхностями для передачи осевого усилия и рабочими поверхностями, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях для передачи крутящего момента 2,Недостатком этого устройства является то, что при угловых перемещениях вала относительно корпуса расстояние от его опорной поверхности для передачи осевого усилия изменяется, что приводит к возбуждению продольных колебаний бурового става. Кроме того, вал может совершать только пл ко симметричные колебания вокруг цен шарнира, в то время как долото соверш пространственные колебания в своей опорной плоскости, т.е. плоскости забоя, имея на ней свой мгновенный центр поворота. Наличие плеча между центром вращения шарнира и мгновеннбм центром поворота долота приводит к запиранию устройства с образованием поперечной изгибающей силы, проложенной к центру вращения шарнира, что в конечном счете и препятствует полному совмещению зубьев долота с плоскостью забоя, При этом поворот шарнира возможен только со смещением его центра, что также возбуждает дополнительные колебания бурового става.11 ель изобретения - повышение эффективности бурения за счет снижения уровнявибраций от долота и равномерной загрузки шарошек долота осевым усилием.Указанная цель достигается тем, что шарнир выполнен из секций, размещенных другиад другом, причем контактирующие междусобой опорные поверхности секций имеюткриволинейную форму, которая может бытьобразована радиусом, исходящим из точкипересечения оси лолота с осями шарошек.Рабочие поверхности для передачи крутягцего момента могут быть размещены вдольлуг опорных поверхностей секций шарнира,которые могут иметь упругие прокладки.Криволинейная форма контактирующихмежду собой опорных поверхностей секцийшарнира может быть образована радиусом,исхоляшим из середины сторон периметра,образованного точками касания горизонтальной плоскости к описываюшим окружностямзубьев периферийных венцов шарошек. Число опорных поверхностей, образуемых секциями шарнира, кратно числу шарошек долота.На фиг. 1 изображена схема устройствадля бурения, продольный разрез: на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - вариант устройства; на фиг. 4 - разрез Б-Б фиг. 3; нафиг. 5 - разрез В-В фиг, 3; на фиг. 6 - схемы, поясняющие построение радиусов кривизны контактирующих между собой поверхностей секций шарнира по фиг. 3,Устройство содержит вал 1, установленный с зазором в корпусе 2, на котором закреплено долото 3, упругий элемент 4, установленный в торцовом зазоре между валом 1и корпусом 2 и удерживаемый упорной гайкой 5, В радиальном зазоре между валоми корпусом установлен упругий элемент 6,который центрирует вал относительно корпуса при его угловых перемещениях. Междуваломи корпусом 2 размещен шарнир 7,выполненный из секций 8 - 10 (см. фиг. 1)с контактирующими между собой опорнымиповерхностями С, Р криволинейной формы,образованной радиусами К 1 и К а,исходяшими из точки пересечения оси долота сосями шарошек или из секций 11 - 14 (см,фиг. 3) с контактирующими между собойопорными поверхностями Е, Р, б криволинейной формы, образованной радиусамиК 5, Ки К 5 исходяшими из середины сторонпериметра, образованного точками касаниягоризонтальной плоскости к описываюшимокружностям зубьев периферийных венцовшарошек (см. фиг. 6), Центры О, Ог, 05смещены от центров сторон треугольникаИКЛ на некоторый эксцентриситет 1, 1 г ввертикальной и горизонтальной плоскостях,который совмещен с прямой, проходящейчерез описывающую окружность периферийного венца параллельно касательной плоскости Р.Опорные поверхности С, Р, Е, Р и б могут быть выполнены как в виде шаровых, так и в виле цилиндрических с.гментов, причем образующие цилиндров с радиусами К и Ка размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а образуюшие цилиндров с радиусами Кз, К и К 5 размешены перпендикулярно плоскостям вращения радиусов, проходящим через середины сторон периметра И, К, Л и ось устройства, Выполнение поверхностей цилиндрическими является предпочтительным, поскольку промежуточные элементы для передачи крутящего момента (вкладыши, размещенные в пазах) остаются практически разгруженными от крутящего момента, который передается в этом случае зацеплениеи в цилиндрических поверхностях и силой трения в них. Функции вкладышей 15 в этом случае сводятся к ограничению скольжения по образующим цилиндра секций 8 - 14 относительно друг друга, а также в обеспечении зацепления при перегрузках устройства крутяшим моментом сверх расчетной величины,Эксцентриситет 1 и 1 г способствует повышению чувствительности устройства и снижению сил вредных сопротивлений, так как обеспечивает более точное совпадение оси поворота шарнира с фактической мгновенной осью поворота долота. 10 15 О Крутяший момент от вала 1 передается долоту через вкладыши 15; пальцы 16 и переводник 17. При этом поверхности пальцев 16 и вкладышей 15 взаимодействуют с рабочими поверхностями шарнира (см. фиг. 1), расположенными вдоль опорных поверхностей шарнира или в плоскостях, параллельных осям шарошек (см. фиг. 3) . Опорные поверхности секций шарнира 7 имеют упругие прокладки 18 (упругие прокладки установленные между опорными поверхностями С, Р, Е, Р и б условно не показаны).В зазоре между секциями шарнира 7 и корпусом 2 установлены кольцевые прокладки 19, центрирующие секции шарнира. 30 35 40 45 50 55 Устройство работает следующим образом.При вращении шарошечного долота под нагрузкой с разрушением забоя опорная поверхность долота непрерывно совмещается с поверхностью разрушаемого забоя путем смещений в опорных поверхностях шарнира с указанной кривизной, причем вертикальных перемещений центра шарнира при колебаниях плоскости забоя не происходит за счет того, что вращение шарнира осушествляется по радиуеам, близким центру поворота, при этом размещение рабочих поверхностей для передачи крутящего момента вдоль опорных поверхностей обеспечивает свободный ход опорных поверхностей по радиусам скольжения, поскольку смещение в каждой из опорных поверхностей происходит параллельно вкладышам. Возможные неточности положения шарнира относительно центра поворота компенсируются смешениями в упругих прокладках.Таким образом, указанное выполнение шарнира обеспечивает пространственное перемешение долота на некоторый телесный угол, определяемый зазором между валом и корпусом, с центром поворота, совмешенным с центром поверхности забоя.При угловых и осевых отклонениях вала относительно корпуса в упругом элементе 4 возникает упругая сила, центрируюшая вал относительно корпуса. В процессе бурения ось стабилизатора несколько смещается от оси буровых штанг не только в утловом направлении, но и параллельно ей, на величину зазоров е, между вкладышами 15 и пазами, в которых они размешены. Такое суммарное отклонение вызывает возникновение реакций, которые обеспечивают плотное прижатие шарошек к углу забоя и создает эффект обкатывания шарошечным долотом стенки скважины. Причем, наиболее плотный контакт со станком осушествляется в плоскости изгиба буровых штанг. Одновременно на буровой став действует восстанавливаюшая сила упругого элемента 6, которая создает восстанавливаюший изгибаюший момент. Смешение низа бурового става способствует сближению его центра тяжести с геометрической осью вращения. Указанные выше перемешения осушествляются в плоскости прогиба бурового вала за счет пространственной подвижности шарнира с минимальными сопротивлениями в нем.Экономическая эффективность применения устройства обусловлена тем, что при вращении долота вертикальные и поперечные колебания существенно снижаются, а опоры долота загружаются более равномерно,при этом шарошечное долото можно эксплуатировать при более высокой осевой нагрузке, увеличение которой обеспечит повышение скорости бурения с одновременным повышением стойкости долота.Формула изобретения1. Устройство для бурения, включаюшее корпус с закрепленным на нем долотом, вал,установленный с зазором в корпусе, упругий элемент и размещенный между валом и корпусом шарнир с опорными поверхностями для передачи осевого усилиь и рабочими поверхностями, для передачи крутящего момента, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет снижения уровня вибраций от долота и равномерной загрузки шарошек долота осевым усилием, шарнир выполнен из секций, разомешенных друг над другом, причем конт: ктирчошие между собой опорные повсрхно;ти секций имеют криволинейную форму.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем,что криволинейная форма опорных поверхностей контактирующих между собой сек 1 з ций шарнира образована ра иусом, исодяшим из точки пересечения оси топота с осями шарошек.3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающеесятем, что рабочие поверхности для пере, ачи 2 Окрутящего момента размешены вдоль ду опорных поверхностей секций шарнира.4. Устройство по пп. 1 - 3,отличающеесятем, что опорные поверхности секций шарнира имеют упругие прокладки.5. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся и тем, что криволинейная форма контактируюших между собой опорных поверхностей секций шарнира образована радиусом, исходяшим из середины сторон периметра, образованного точками касания горизонтальной плоскости к описывающим окружностям зубьев периферийных венцов шарошек.6. Устройство по п. 5,отличающееся тем,что число опорных поверхностей, образуемых секциями шарнира, кратно числу шарошек долота.и Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМо 250791, кл. Е 21 В 17(06, 1967.2. Проспект. Наддолотный амортизаторАНП - 195. Казань, Татарское книжное из 40 дательство, 1972 (прототип).754040 фиг. 5 ректор Мписное мчик ЦНИИПИ Гос по делам 113035, Москва Филиал ППП Пат