буровое долото с усиленной армировкой спинок лап

Формула изобретения

1. Буровое долото с армировкой спинок лап, содержащее корпус с лапами, на которых размещен наплавленный слой твердого сплава, и подвижно закрепленными на цапфах лап шарошками с породоразрушающими зубьями, отличающееся тем, что на козырьке и спинке лап выполнены пазы-углубления, внутри которых размещен наплавленный слой твердого сплава, при этом на козырьке лап дно паза-углубления выполнено наклонным под острым углом , раскрывающимся в направлении от кромки козырька лапы.

2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что дно паза-углубления выполнено гребенчатым с профилем в сечении в виде криволинейных или прямолинейных участков.

3. Буровое долото по п.1 или 2, отличающееся тем, что наплавленный слой твердого сплава выступает над поверхностью спинки лапы и козырька, причем ширина выступающего слоя может быть больше ширины пазов-углублений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах для любых способов бурения.

Известно буровое долото, содержащее корпус с тремя секциями в виде лап, на цапфах которых подвижно закреплены три шарошки, наружная поверхность которых оснащена фрезерованными зубьями или твердосплавными породоразрушающими зубками. Большое значение для сохранения длительной работоспособности опор и долота в целом играет стойкость козырька лапы и ее спинки от истирания, в особенности при бурении абразивных пород.

Для повышения стойкости поверхность козырька лапы армируется рядами твердосплавных зубков, располагаемых с набегающей стороны спинки лапы и вдоль козырька лапы [1].

Армирующие зубки расположены таким образом, чтобы они при вращении долота наиболее полно перекрывали образующую линию спинки лапы и козырька.

Недостатком этой конструкции долота является продолжающийся все-таки износ поверхности спинки лапы за армированной полосой и особенно износ козырька, поскольку в тонкой его оконечности невозможно разместить твердосплавные зубки. Также недостаточно защищена зона заварки замкового пальца. При ее абразивном износе вначале разгерметизируется полость опоры, а при дальнейшем износе довольно часто происходит смещение и изворот самого пальца, что приводит к заклинке опоры.

Известно также долото с армировкой козырька и набегающей стороны спинки лапы наплавочным твердым сплавом [2].

Недостатки данного долота-прототипа состоят в следующем.

Поскольку поверхность козырька располагается в непосредственной близости от стенки скважины, абразивные частицы шлама, поднимаемые промывочной жидкостью или продувочным агентом с поверхности забоя, постоянно заполняют пространство между спинкой с козырьком и стенкой скважины. Наплавленный армирующий слой, наносимый на поверхность козырька и спинки лапы, удерживается на ней только силами сцепления. Толщина этого слоя ограничивается габаритами стенки скважины, козырька и величиной “завеса” (выступания наплавленного слоя за корпус).

Поэтому при максимальных габаритах опоры, необходимых для повышения ее стойкости, величина и толщина козырька и величина “завеса” вынужденно выбираются минимальными, что обусловливает выбор минимально возможной толщины наплавленного слоя.

Толщина наплавленного слоя на набегающей стороне спинки лапы лимитируется габаритами долота в меньшей степени, но при нанесении этого слоя трудно получить равное покрытие по глубине, ширине и толщине слоя, при котором истирание происходит более равномерно и при максимальной стойкости. Кроме того, на поверхности спинки, как и у аналога, недостаточно защищена зона заварки замкового пальца.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности армирования козырька, спинки лапы и зоны заварки замкового пальца.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом долоте с армировкой спинок лап, содержащем корпус с лапами, на которых размещен наплавленный слой твердого сплава, и подвижно закрепленными на цапфах лап шарошками с породоразрушающими зубьями, на козырьке и спинке лап выполнены пазы-углубления, внутри которых размещен наплавленный слой твердого сплава, при этом на козырьке лап дно паза-углубления выполнено наклонным под острым углом , раскрывающимся в направлении от кромки козырька лапы. Дно паза-углубления выполнено гребенчатым с профилем в сечении в виде криволинейных или прямолинейных участков.

Наплавленный слой твердого сплава выступает над поверхностью спинки лапы и козырька, причем ширина выступающего слоя может быть больше ширины пазов-углублений.

На фиг.1 показан фрагмент бурового долота с предложенной схемой армировки (наплавки) спинки лапы; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 с вариантом нанесения наплавленного слоя 1, как у долота-прототипа; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.4 - то же, сечение А-А с изображением наплавленных слоев 3, 2, нанесенных в пазы-углубления; на фиг.5 - показан вариант нанесения наплавленного слоя в паз-углубление и пространство над ним; на фиг.6-9 - увеличение толщины наплавленных слоев 5, 6, 7, 8 за счет выполнения дна паза наклонным под острым углом , раскрывающимся в сторону замкового пальца, при этом дно канавки выполняется в виде прямолинейных участков, как это показано на фиг.6 и 8, или совокупности криволинейных участков в виде выпукло-вогнутых гребней, подобных резьбе, как показано на фиг.7 и 9. На фиг.8 и 9 в сечении А-А показаны варианты армировки козырька и спинки лапы с заполнением твердым сплавом паза-углубления и пространства над ним. На фиг.10 изображена армировка козырька и спинки лапы бурового долота, как на фиг.1, с вариантом защиты зоны заварки замкового пальца. Позициями 9 (фиг.10), 10 (фиг.11) и 11 (фиг.12) обозначено нанесение наплавленного слоя в кольцевой паз-углубление круглой формы [сечения C₁-C₁ и С-С (повернуто)]. На фиг.13 показана армировка козырька и спинки, как на фиг.10, с вариантом полной защиты зоны заварки замкового пальца. Позициями 12, 13 и 14 на фиг.13, 14 и 15 обозначено выполнение армировки нанесением наплавленного слоя и в кольцевой паз внутри поверхности спинки, и над ней [сечения D₁-D₁ и D-D (повернуто)].

На фиг.16 показан вариант выполнения паза-углубления в виде сплошной рамки с прямолинейными верхним, нижним и боковыми участками. Позициями 15, 16 и 17 на фиг.16, 17 и 18 обозначено выполнение армировки нанесением наплавленного слоя в паз-угубление поверхности спинки [сечения E₁-E₁ и Е-Е (повернуто)].

На фиг.19 показана схема армировки козырька и спинки лапы, как на фиг.16, с вариантом полной защиты зоны заварки замкового пальца. Позициями 18, 19 и 20 на фиг.19, 20 и 21 обозначено выполнение армировки нанесением наплавленного слоя и в паз-углубление внутри поверхности спинки, и над ней [сечения F₁-F₁ и F-F (повернуто)].

На фиг.22 показан вариант армировки всей спинки начиная от козырька до линии, расположенной выше зоны заварки замкового пальца. Позициями 21, 22 и 23 на фиг. 22, 23 и 24 обозначено выполнение такой армировки [сечения G₁-G₁] и G-G (повернуто)].

Предложенная схема армировки спинки лапы в пазы-углубления, представленная на фиг.1-24, не исключает и другие варианты, например, с использованием на свободной от наплавки поверхности спинки лапы долота установки твердосплавных зубков 24, как это показано на фиг.25.

Предлагаемая армировка козырька и спинки лапы бурового долота, при которой на спинке лапы выполнены пазы-углубления, заполняемые наплавленным слоем твердого сплава, позволяет увеличить завес при увеличении толщины наплавленного слоя; а при такой же величине завеса - кратно увеличить толщину и объем этого слоя. Дно паза-углубления на козырьке спинки выполнено наклонным под острым углом , раскрывающимся в направлении от кромки козырька, что позволяет повысить надежность сцепления наплавленного слоя с телом лапы и долговечность работы бурового долота.

При длительной работе бурового долота с предложенной армировкой спинок лап их козырек изнашивается значительно медленнее, дольше защищается полость опоры, особенно герметизированной. В большинстве предложенных вариантов армировки спинок лап, даже при полном износе твердосплавного покрытия до уровня козырька и спинки, наплавленный слой твердого сплава внутри паза-углубления продолжает надежно защищать их. Повышена защита зона заварки замкового пальца, исключена возможность разгерметизации опоры и изворот замкового пальца из-за износа металла его заварки, повышены стойкость долота в целом и его показатели в бурении. Это позволяет достигнуть требуемый технический результат.

Данное изобретение может быть применено в любых буровых долотах для сверхглубокого, глубокого и взрывного горно-рудного бурения.

Предлагаемое решение легко воспроизводится и надежно в работе.

Источники информации

1. Патент США № 5415243, 16.05.1995, МПК Е 21 В 10/16 (аналог).

2. Европатент ЕР № 0267140, 1988, МПК Е 21 В 10/24 (прототип).