Буровое дисковое долото

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к дисковым долотам, и может быть использовано при бурении скважин различного назначения.

Известно буровое дисковое долото, содержащее корпус и смонтированные на горизонтальной оси с помощью двухрядных подшипников скольжения диски с фрезерованными или твердосплавными зубками (авт. св. СССР №250794, кл. Е21В 10/12, 1969 г).

Недостатком данного долота является быстрая потеря диаметра из-за одностороннего износа опоры долота.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому уровню является буровое дисковое долото, содержащее П-образный корпус, закрепленную в корпусе ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми подшипниками, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек (авт. св. СССР № 1705538, кл. Е21В 10/12, 1992 г).

К недостаткам данного долота следует отнести невозможность синхронизации работы дисковых шарошек, что в случае заклинивания одной из шарошек приводит к неравномерному износу вооружения шарошек и как следствие этого - к снижению проходки и скорости бурения.

Другим недостатком долота является малая эффективность его работы, что связано с нерациональной схемой расположения дисков и образованием «сахарной головки» в центре скважины, которая приводит к заклиниванию шарошек и быстрому выходу их вооружения их из строя.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение проходки и скорости бурения за счет синхронизации работы дисковых шарошек и оптимизации процесса разрушения породы дисками.

Указанная техническая задача решается тем, что в буровом дисковом долоте, содержащем П-образный корпус, закрепленную в корпусе ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми упорами, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек, согласно изобретению, внутренние торцевые поверхности дисковых шарошек и кольцевые упоры выполнены в виде конических зубчатых шестерен, установленных с возможностью взаимодействия между собой, при этом одно из радиальных отверстий горизонтальной оси выполнено сквозным и расположено в вертикальной плоскости, а размещенная в этом отверстии ось установлена с возможностью вращения, жестко соединена с кольцевым упором и снабжена шарошкой с породоразрушающими элементами.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- шарошка выполнена коническо-сферической формы, а ось шарошки смещена относительно продольной оси долота;

- дисковые шарошки и шарошка коническо-сферической формы установлены на разных уровнях, причем с опережением установлены дисковые шарошки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид долота в разрезе.

Буровое дисковое долото содержит П-образной формы корпус 1 с горизонтальной осью 3, на которой установлены дисковые шарошки 2 и кольцевые упоры 4, размещенные между внутренними торцевыми поверхностями 5 дисковых шарошек 3. Корпус 1 может быть выполнен в виде единой детали или в виде двух элементов, жестко соединенных посредством резьбы или сварки. При этом внутренние торцевые поверхности 5 дисковых шарошек 3 и кольцевые упоры 4 выполнены в виде конических зубчатых шестерен, установленных с возможностью взаимодействия между собой. Кольцевые упоры 4 установлены на горизонтальной оси 3 посредством дополнительных осей (не показаны), которые жестко закреплены в радиальных каналах оси 3 с возможностью вращения. При этом одно из радиальных отверстий 7 горизонтальной оси 3 выполнено сквозным и расположено в вертикальной плоскости, а размещенная в этом отверстии ось 6 жестко соединена с кольцевым упором 4 и установлена там с возможностью вращения. С противоположной стороны стержня 6 жестко установлена шарошка 8 с породоразрушающими элементами 9. Шарошка 8 имеет коническо-сферическую форму, при этом ось 6 шарошки 8 расположена эксцентрично относительно продольной оси долота. Дисковые шарошки 2 и шарошка 8 с коническо-сферической формой установлены на разных уровнях, причем с опережением установлены дисковые шарошки 2.

Принцип работы долота заключается в следующем. При вращении долота дисковые шарошки 3 вращаются вокруг горизонтально закрепленной оси 3 долота в противоположном направлении. При этом кольцевые упоры 4, выполненные в виде конических зубчатых шестерен, контактируют с внутренними торцевыми поверхностями 5 обеих дисковых шарошек 2, выполненными также в виде зубчатых конических шестерен, и благодаря этому постоянно вращаются вокруг своих зафиксированных осей. Один из кольцевых упоров 4 жестко закреплен с осью 6, расположенной перпендикулярно оси 3 и вращается вместе с ней. На противоположном от кольцевого упора 4 конце оси 6 жестко закреплена шарошка 8, расположенная с эксцентриситетом ε относительно продольной оси корпуса 1 долота. Благодаря использованию кольцевых упоров 4, диаметр которых кратно превышает диаметр шариков, обычно используемых в опорах качения шарошек, значительно сокращается износ опоры и повышается работоспособность долота в целом. Этому способствует и выполнение кольцевых упоров 4 и внутренних торцевых поверхностей 5 дисковых шарошек 3 в виде конических зубчатых шестерен, взаимодействующих между собой и обеспечивающих синхронизацию работы обеих дисковых шарошек 2, исключая их проскальзывание относительно забоя скважины. При заклинивании одной из дисковых шарошек 3, благодаря зубчатому зацеплению ее с кольцевыми упорами 4, она приводится во вращение от другой дисковой шарошки 3 через зубчатое зацепление кольцевых упоров 4 с дисковыми шарошками 3. Снабжение долота дополнительной шарошкой 8 позволяет эффективно разрушать центральную часть забоя скважины, являющейся наиболее проблемной для всех типов долот, а установка шарошки со смещением относительно дисковых шарошек 2 обеспечивает объемное разрушение породы благодаря образованию дополнительной плоскости обнажения.

Таким образом, благодаря использованию зубчатого зацепления между дисковыми шарошками 3 и кольцевыми упорами 4 обеспечивается равномерная загрузка обеих дисковых шарошек. Наличие же дополнительной шарошки 8 в центральной части долота и расположение ее со смещением в вертикальной плоскости относительно дисковых шарошек 2 обеспечивает оптимальную работу всего долота. Все это ведет к повышению как проходки, так и скорости бурения.

1. Буровое дисковое долото, содержащее П-образный корпус и закрепленную в корпусе горизонтально ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми упорами, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек посредством осей, закрепленных в радиальных отверстиях горизонтальной оси, отличающееся тем, что внутренние торцевые поверхности дисковых шарошек и кольцевые упоры выполнены в виде конических зубчатых шестерен, установленных с возможностью взаимодействия между собой, при этом одно из радиальных отверстий горизонтальной оси выполнено сквозным и расположено в вертикальной плоскости, а размещенная в этом отверстии ось установлена с возможностью вращения, жестко соединена с кольцевым упором и снабжена со стороны забоя скважины шарошкой с породоразрушающими элементами.

2. Буровое дисковое долото по п.1, отличающееся тем, что шарошка выполнена коническо-сферической формы, а ось шарошки расположена эксцентрично относительно продольной оси долота.

3. Буровое дисковое долото по п.1 или 2, отличающееся тем, что дисковые шарошки и шарошка коническо-сферической формы установлены на разных уровнях, причем с опережением установлены дисковые шарошки.