Область техники

Изобретение относится к бурильной технике.

Также настоящее изобретение относится к шарошечным буровым долотам для бурения взрывных, нефтяных и подобных скважин.

Также настоящее изобретение относится к защите подшипниковой опоры бурового долота от воздействия окружающей среды, которая в буримой скважине содержит абразивный шлам. .

Предшествующий уровень техники

Известны шарошечные буровые долота с герметизированными подшипниковыми опорами шарошек, применяемые для бурения нефтяных и подобных скважин. Такое долото включает секции, каждая из которых состоит из лапы с цапфой, шарошки и опоры вращения шарошки на цапфе. От абразивного шлама, который образуется в процессе бурения, подшипниковая опора бурового долота здесь защищается уплотнением между цапфой и шарошкой, причём уплотнение выполнено в виде обрезиненной тарельчатой пружины.

К недостаткам известной конструкции подшипниковой опоры бурового долота относится быстрый износ подшипников вследствие того, что уплотняющее устройство в виде обрезиненной тарельчатой пружины не имеет эластичности, достаточной для обеспечения герметичности подшипниковой камеры.

Недостаточная изоляция от бурового шлама как во время, так и при остановках бурения к быстрому износу подшипников, что в результате уменьшает возможный метраж проходки скважины до отказа бурового долота и рейсовую скорость и приводит к увеличению удельного расходе буровых долот.

Также известны шарошечные буровые долота, подшипниковые камеры которых сообщаются с камерой поступления к долоту бурового агента (воздуха) посредством каналов, выполненных в лапах. Во время работы известного бурового долота буровой агент под давлением проходит в осевой промежуток между шарошкой и лапой и оттуда в окружающую среду, препятствуя таким образом попаданию бурового шлама в подшипниковую камеру во время бурения.

Недостатком этой конструкции является то, что во время простоев в процессе бурения содержащий абразив буровой шлам проходит в подшипниковую камеру и после возобновления работы в течение некоторого времени способствует износу подшипников.

Недостаточная изоляция от бурового шлама при остановках бурения приводит к быстрому износу подшипников, что в результате уменьшает возможный метраж проходки скважины до отказа бурового долота и рейсовую скорость, а также приводит к увеличению удельного расходе буровых долот.

По технической сути, достигаемому техническому результату и совокупности существенных признаков наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом является устройство изоляции подшипниковой опоры бурового долота от окружающей среды для бурения скважин с продувкой , которое содержит шарошку с подшипниковой камерой, лапу с каналом, который сообщает осевой промежуток между шарошкой и лапой с камерой поступления к долоту бурового агента, и кольцевое эластомерное уплотнение между шарошеой и лапой, которое имеет местный радиальный выход в окружающую среду в виде клапана с возможностью его раскрытия под давлением бурового агента со стороны указанного осевого промежутка (см. авторское свидетельство СССР Ns 1633078) - прототип.

Недостатком прототипа является то, что в процессе бурения эластомерное уплотнение между шарошкой и лапой претерпевает трение на контакте с торцовой поверхностью вращающейся шарошки и под абразивным действием бурового шлама быстро изнашивается, следовательно не может защитить подшипники бурового долота от абразивного действия бурового шлама, который поступает в подшипниковую камеру во время остановок в бурении, когда в осевой промежуток между лапой и шарошкой не поступает встречно буровой агент. Недостаточная излояция от бурового шлама как во время, так и при остановках бурения приводит к быстрому износу подшипников, что в результате уменьшает возможный метраж проходки скважины до отказа бурового долота и уменьшает рейсовую скорость, а также приводит к увеличению удельного расходе буровых долот.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения поставлена задача длительной и непрерывной изоляции от окружающей среды подшипниковых опор бурового долота, в лапах которого выполнены каналы, сообщающие осевой промежуток между шарошкой и лапой с камерой поступления в долото бурового агента.

Также в основу изобретения поставлена задача обеспечения изоляции подшипниковой камеры бурового долота от бурового шлама как во время, так и при остановках бурения.

Также в основу изобретения поставлена задача по увеличению проходки скважины до отказа бурового долота и увеличению рейсовой скорости бурения, а также уменьшению удельного расхода буровых долот.

Также в основу изобретения поставлена задача расширение арсенала технических возможностей - герметизации подшипниковой опоры бурового долота от воздействия окружающей среды.

Так согласно заявляемому изобретению поставленные задачи решаются тем, что в известном устройстве изоляции подшипниковой опоры бурового долота от окружающей среды, включающем шарошку с подшипниковой камерой, лапу с каналом, соединяющим осевой промежуток между шарошкой и лапой с камерой поступления в долото бурового агента, и упругое эластомерное (например, резиновое) уплотнение указанного осевого промежутка с возможностью раскрытия этого уплотнения под действием поступающего в долото бурового агента, согласно заявляемому изобретению, уплотнение выполнено в виде кольцеобразного воротника, неподвижно соединённого с шарошкой и контактирующего с лапой по всей своей окружности. В частном варианте выполнения настоящего изобретения указанный воротник вмонтирован во втулку, вставленную и соединённую с шарошкой на стороне указанного осевого промежутка.

Существенным независимым отличительным признаком предлагаемого изобретения является осевое уплотнение между шарошкой и лапой в виде кольцеобразного упругого эластомерного воротника, который неподвижно соединён с шарошкой и контактирует с лапой по всей своей окружности с возможностью раскрытия уплотнения под давлением поступающего в приёмную камеру долота бурового агента.

Существеным зависимым отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что упомянутый воротник вмонтирован во втулку, которая вставлена и соединена с шарошкой на стороне осевого промежутка с лапой.

Выполнение уплотнения в виде кольцеобразного упругого эластомерного воротника, который неподвижно соединён с шарошкой и контактирует с лапой по всей своей окружности с возможностью раскрытия уплотнения под давления бурового агента, поступающего в приёмную камеру бурового долота, обеспечивает:

- в нерабочем состоянии бурового долота во время пребывания его в забое скважины изоляцию осевого промежутка между шарошкой и лапой и, следовательно, подшипниковой камеры от окружающией среды, то есть от бурового шлама;

- во время непосредственно бурения изоляцию подшипниковой камеры от бурового шлама, а также исключение контакта кольцеобразного воротника с оппозитной поверхностью лапы, следовательно - исключение износа этого эластомерного уплотнения.

Вмонтирование уплотнительного кольцеобразного воротника во втулку, вставленную и соединённую с шарошкой, обеспечивает реализацию изобретения без уменьшения диаметрального размера периферийного подшипника опоры, а значит без частичной утраты нагрузочной способности опоры и соответствующей утраты в эффективности бурения. Краткое описание чертежа

При рассмотрении варианта осуществления настоящего изобретения используется узкая терминология. Однако, настоящее изобретения не ограничивается принятыми терминами и следует иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные элементы, которые работаю аналогичным образом и используются для решения тех же задач.

На чертеже представлен вариант конструктивной реализации предлагаемого изобретения применительно к бурению с продувкой забоя воздухом и радиальной опоре качения.

Чертёж представляет собой фрагмент разреза одной из секций бурового долота меридиональной плоскостью, включающий детали и элементы секции бурового долота, которые непосредственно относятся к сущности предлагаемого изобретения. Прочие детали и элементы секции бурового долота, как общепринятые и известные в традиционных конструкциях, на данном чертеже не показаны или показаны частично и фрагментарно, как, например, хвостовая часть лапы и т.п.

Вариант осуществления изобретения

Радиальная подшипниковая опора секции бурового долота образуется периферийным подшипником с роликами 1 и концевым подшипником с роликами 2. Осевая опора, противостоящая нагрузкам со стороны оси скважины, образуется подпятниками 3 и 4. Ролики 1 опираются на цапфу 5 через посредство втулки 8. Осевая опора, противостоящая нагрузкам со стороны стенки скважины, образуется торцовой поверхностью замковой втулки 6, которая соединена с шарошкой 9 и оппозитна плоской поверхности втулки 8.

Гибкий эластомерный кольцеобразный воротник 7 плотно вставлен в кольцевой паз, выполненный в замковой втулке 6. Противоположным своим краем этот воротник плотно прилегает к оппозитной торцовой поверхности лапы 10. Канал 1 1 соединяет подшипниковую камеру с камерой поступления в долото бурового агента (на чертеже последняя камера не показана, как общеизвестный элемент конструкции современных буровых долот).

Промышленная применимость

В начале сборки подшипниковой опоры бурового долота на цапфу 5 свободно надевается замковая втулка 6 с вставленным в неё кольцеобразным воротником 7. Далее на цапфу 5 туго и до упора навинчивается втулка 8 и собираются комплекты роликов 1 и 2 (по общеизвестной технологии). После этого шарошка 9 со вставленными в неё подпятниками 3 и 4 туго и до упора навинчивается на замковую втулку 6. При этом в сопряжении внутреннего торца замковой втулки 6 с торцом втулки 8 за счёт обеспечения определённых осевых посадок образуется осевой замковый подшипник скольжения, а упругий эластомерный (например, резиновый) кольцеобразный воротник 7 плотно прижимается к оппозитной торцовой поверхности лапы 10, изолируя таким образом внутренний осевой промежуток между замковой втулкой 6 и лапой 0 от окружающей среды при нерабочем состоянии бурового долота.

Во время бурения скважины, когда в полость бурового долота по бурильным трубам поступает под давлением буровой агент (например, воздух), через канал 1 1 буровой агент непрерывно проходит в осевой промежуток между замковой втулкой 6 и торцом лапы 10. При этом под давлением бурового агента упругий кольцеобразный воротник 7 отгибается от поверхности лапы 10 и образуется кольцевая щель, в которую непрерывно выходит буровой агент под давлением, встречно не пропуская в указанный промежуток окружающую среду, содержащую абразивный буровой шлам. При этом кольцеобразный воротник 7 в своём вращении вместе с шарошкой 9 и замковой втулкой не испытывает трения о торец лапы 10 и таким путём практически освобождается от износа.

Понятно, что выше представлен один из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается вариантом, который был изложен выше и изображен на чертеже. Также из вышеизложенного очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано при сборке герметизированных опор буровых долот при существующем уровне технологической схемы их сборки без существенных изменений технологического процесса сборки, что также является значительным преимуществом настоящего изобретения.

Технический результат

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение герметичности изоляции подшипниковой опоры бурового долота от окружающей среды. Благодаря тому, что упругий кольцеобразный воротник в предлагаемой конструкции изолирует подшипниковую камеру бурового долота от бурового шлама как во время, так и при остановках бурения и при бурении не испытывает износа, увеличиваются метраж проходки скважины до отказа бурового долота и рейсовая скорость и снижается удельный расход буровых долот, то есть повышается эффективность бурения.