Расширитель наддолотный шарошечный - RU2105122C1

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к расширителям наддолотным шарошечным распространенного типа, который используется в буровых скважинах и описан и показан в более раннем патенте Австралии N 594885, принадлежащем заявителю.

Объект изобретения упомянутого более раннего патента преодолел ряд проблем, которые встречались в предшествующем уровне техники, относящемся к расширителям, в частности, ранее встречаемая проблема невозможности доступа к фиксирующим винтам была решена при помощи концевых блоков, удерживаемых клиновидными блоками. Эта система оказалась очень успешной и также предлагается в настоящем изобретении. В вышеупомянутом патенте опорные и шпиндельные узлы находились на концах каждой шарошки и внутри блоков, которые удерживались клиновидными блоками. Полезный эффект был достигнут использованием уплотнительных колец, которые уменьшили воздействие абразивного материала, находящегося между поверхностями шпинделей и опор. Однако, перепад давления между опорными поверхностями снаружи бурильной колонны может быть очень значительным при расширении скважин из-за очень высоких давлений, которые могут в некоторых случаях даже достигать 3000 psi (20000 kPa). Если расширитель прилегает к буру бурильной колонны, а это является обычной ситуацией, то требуется работать в зоне дна глубокой скважины, которое может содержать абразив или грязь. На практике было обнаружено, что абразив и грязь вдавливаются в опору между шпинделем шарошки и опорной поверхностью, и имелись случаи, когда опоры и их соответствующие уплотнения преждевременно повреждались.

Однако, даже если расширитель расположен на некотором расстоянии над дном бурильной колонны, промывочная вода будет нести твердые частицы и грязь мимо расширителя, и встречаемые очень высокие давления по обыкновению вызываются промывочной водой.

Главная цель этого изобретения - обеспечить более удовлетворительную опорную конструкцию, жесткость системы, и это было достигнуто за счет использования поршня, свободно плавающего в цилиндрическом смазочном канале между опорной поверхностью шарошки и внешней областью повышенного давления шарошки. Поршень создает то же самое давление на смазку, что и внешнее давление, уменьшая тем самым перепад давления и в свою очередь сохраняя смазку в опорной конструкции.

Из-за этого усовершенствования, в совокупности с эффектом от использования концевых блоков и удерживающих клиньев, стало возможным возвратиться к более ранней конструкции, упомянутой как предшествующий уровень техники в упомянутом патенте 594885, к шарошке, вращающейся вокруг неподвижного шпинделя. Это в свою очередь обеспечило средства, при помощи которых эффективность смазки повышается, а проникновение абразивного материала уменьшается. Становится возможным установка двойных уплотнений на каждом конце опорных поверхностей. Из-за улучшенного уплотнения, изобретение позволяет использовать шариковые или роликовые подшипники, способствующие повышению надежности свободного вращения расширителя.

Изобретение описывается ниже в некоторых деталях со ссылкой на приложенные чертежи, где дано; на фиг. 1 - частичный вид корпуса расширителя, показывающий два из трех шарошечных комплектов; на фиг. 2 - продольный разрез по фиг. 1 в большем масштабе; на фиг. 3 - поперечный разрез по линии 3-3 фиг. 2 в большем масштабе.

В данном исполнении расширитель наддолотный шарошечный 10 предназначен для расширения ствола скважины буром на конце бурильной колонны. Он должен, во-первых, поддерживать размер скважины, когда в результате износа бура вызывается уменьшение его рабочего диаметра, и, во-вторых, выравнивать поверхность буровой скважины.

Расширитель 10, показанный на фиг. 1, содержит несколько шарошек 11, каждая из которых выполнена со множеством твердосплавных вольфрамовых зубьев 12, установленных по окружности вокруг шарошки.

В вышеизложенном Патенте 594885, была описана и показана конструкция в которой подпирающие клинья удерживали соответствующие блоки в углублениях, расширяющихся по оси вдоль шарошек расширителя, а блоки в этом описании содержали втулки с О-образными кольцами на каждом конце. Из-за этого подшипники устанавливались снаружи шарошек, и устройство работало при атмосферном давлении, но когда погружалось в глубокую скважину, содержащую воду, возникал большой перепад давления, в результате которого абразивный материал вдавливался за O-кольца и контактировал с опорной поверхностью, а целью этого изобретения, как это было упомянуто, было избежание этой проблемы.

Так как клинья и их блоки могут быть легко удалены, в предлагаемом конструктивном исполнении шпиндель 13 удерживается относительно блоков 14 тем или другим фиксирующим крепежом, в данном случае, установленными внутри блоков винтами 15, которые выходят с блоками 14, когда те удаляются, и, в последующем, могут заменяться, при этом не возникает трудности доступа, как это имеет место в предшествующем уровне техники.

По центральной оси шпинделя 13 выполнены сквозные каналы 19, частично показанные на фиг. 2, образованные стенками отверстия, простирающегося от одного конца и частично отверстием трубки 20, простирающимся от другого конца. Стенка трубки 20 функционирует как теплообменная стенка и уменьшает поверхностные температуры прилегающего подшипника. Трубка 20 показана содержащей поршень 21, который может быть выполненным из эластичного материала. Поршень установлен с возможностью свободного скольжения в трубке 20. Внешний конец трубки 20 сообщен с вентиляционным отверстием 22, выполненным в корпусе расширителя. Поршень, будучи подвижным, передает давление внутрь канала 19 то же самое, что и давлению вокруг бурильной колонны, с очень небольшим перепадом.

Это в свою очередь создает возможность создать значительно более удовлетворительную конструкцию подшипника, чем это было достигнуто в вышеизложенном патенте. Шпиндель 13 фиксируется, как это было выше сказано, а шарошка вращается по шпинделю 13 с большой опорной областью, таким образом, уменьшая давление на трущиеся поверхности. Поскольку расширитель вдавливается, имеется большое осевое давление, и оно ранее поглощалось без пользы всей конструкцией упорного подшипника. В предлагаемом конструктивном исполнении некоторая часть осевого давления принимается кольцевым рядом шариков 24, находящимся между пазами 25 в шпинделе и 26 во внутренней стенке шарошки 11. Эти шарики могут быть вставлены до установки зубьев 12, как это показано на фиг. 2. Поэтому они функционируют, как глубокий паз шарикоподшипника, который будет сопротивляться и радиальному, и осевому давлению при работе.

Внутренняя сторона шарошки заполняется смазкой через нажимную пробку 27, и эта смазка находится под давлением поршня 21, таким же, как внешнее давление. Можно использовать два эластичных уплотнения - эластичные уплотнения 28 между шпинделем 13 и шарошкой 11, смазываемые смазкой и предотвращающие ее утечки, и эластичные уплотнения 29 между упомянутым блоком 14, шпинделем 13 и шарошкой 11, выполняющие первичную функцию уменьшения попадания абразивного материала в уплотнения 28 и вторичную функцию частичного уплотнения против проникновения влаги.

Чтобы гарантировать, что между трущимися поверхностями находится смазка, шпиндель 13 обеспечен двумя плоскими срезами 30, связанными с каналами 19 через диаметральные отверстия 31. Подобный метод смазывания имеет большое значение в сложной окружающей среде скважины. Поток смазки приводится в движение от трубки 20 к плоским срезам 30, и таким образом, к опорной поверхности шпинделя 13, под внешне поддерживаемым давлением.

В силу вышеизложенного, предлагаемое согласно данному описанию изобретение обеспечивает значимое усовершенствование вышеизложенного патента Австралии 594885 и любого другого соответствующего, предшествующего уровня техники, известного заявителю.

Реферат

Предлагается расширитель наддолотный шарошечный для буровых скважин, содержащий несколько шарошек. Каждая шарошка снабжена фиксируемым шпинделем, закрепленным концами в клиновых блоках. Шпиндель имеет два центральных канала, по одному на каждом конце. С одного конца канал содержит установленный с возможностью скольжения поршень, который подвергается воздействию внешнего давления, создаваемого посредством вентиляционного отверстия. Другой конец прохода блокирован нажимной пробкой, которая при ее снятии позволяет впрыск смазки в каналы, которые образуют несущие поверхности шарошки и шпинделя. Внешнее давление воздействует на смазку посредством поршня и, таким образом, на несущих поверхностях образованного подшипника не сказывается перепад давления, а, если сказывается, то в незначительной величине. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула