CC BY
15БУРЕНИЕ
в.д. Буткин, д.т.н, А.в. Гилев, д.т.н, А.в. минеев, д.т.н, с.н. вершинский, аспирант, Сибирский Федеральный Университет
разборные шарошечные долота с вертикальными опорами
Рассматриваемая конструкция опоры позволяет создавать разборные шарошечные долота с многократным использованием однодетального корпуса, не имеющего традиционных форм лап. При этом замковый шарико подшипник заменяется съемным неразрезным фланцем.
Рассматриваемая конструкция опоры позволяет создавать разборные шарошечные долота с многократным использованием однодетального корпуса, не имеющего традиционных форм лап. При этом замковый шарикоподшипник заменяется съемным неразрезным фланцем.
Наиболее сложным (как конструктивно так и в изготовлении) узлом шарошечного долота (ШД) является опора шарошки. Опора серийных ШД, как известно, изготавливается по традиционной схеме Р-Ш-Р: большой роликовый подшипник, шариковый ряд, малый роликовый подшипник. При этом шариковый подшипник является замковым. Шарики, в этом случае, закладываются при сборке через отверстие в цапфе, которое затем закрывается. При изнашивании и отказе опор (что составляет примерно 80 % всех причин выхода из строя ШД) корпусная часть ШД (ниппель, лапы) остается вполне пригодной для дальнейшего использования при определенных мероприятиях.
Однако при отказе опоры, долото отправляется в металлолом, и ресурс корпуса, стоимость которого составляет до - 50% от стоимости долота, оста-
ется не выработанным.
Имеются сотни предложений по совершенствованию конструкций опор ШД, рассмотренные, в частности, в работе
Н. В. Трибенникова [1]. Им предложено замена замкового шарикового подшипника разрезной крышкой, размещаемой и закрепляемой винтами с упругим элементом и резинометаллической прокладкой в кольцевой канавке цапфы.
Полная конструкция опоры имеет ряд недостатков.
1) удержание крышкой шарошки относительно цапфы осуществляется через систему упругих и быстроизнашиваю-щихся элементов, что провоцирует вибрации и нарастание люфтов в процессе работы;
2) возможно использование только разрезной крышки, что усугубляет отмеченный выше недостаток и не обеспечивает достаточную жесткость и прочность крепления шарошки на цапфе и его надежность в стесненных условиях кольцевой канавки;
3) неизбежен значительный опасный зазор между поверхностью крышки и лапой (для возможности монтажа и крепления крышки), поэтому поверх-
ность крышки и элементы её крепления будут подвергайся форсированному износу буровой мелочью, заклиниванию породными кусками с возникновением сил, срывающих шарошку в аварийное состояние в скважине;
4) применение крышки в виде разрезной шайбы, размещаемой в кольцевой канавке между цапфой и телом шарошки, обусловливает размещение крепежных винтов по малой окружности, что ограничивает количество и диаметр винтов.
Следствием этих недостатков является ненадежность и недолговечность опорного устройства.
Указанные недостатки устранены в конструкции опоры предложенной в СФУ [2].
Новое, разработанное опорное устройство демонстрирует представленный рисунок, на котором устройство показано в разрезе вертикальной плоскостью (рисунок 1)
Представленное опорное устройство содержит несущий цапфу 1 и шарошку 4 хвостовик 2, выполненный в форме усеченного конуса или цилиндра, плавающую втулку 5, упорный подшипник скольжения 6, упругие уплотнитель-
ные элементы 7, размещенные в кольцевых канавках шарошки и цапфы; неразрезной, накидной фланец 9 из прочного материала с разделенными функциями двух частей рабочей поверхности - верхняя центральная часть фланца жестко опирается на упорный буртик 10 цапфы, а периферийная часть также жестко закрепляется крепежными элементами 11 в выточке у края торца шарошки. Нижняя часть неразрезного накидного фланца своим цилиндрическим выступом 12 входит в кольцевую канавку 8 для прижатия и удержания в этой канавке упругих уплотнительных элементов 7.
Неразрезной накидной фланец через свое центральное отверстие монтируется на цапфу сверху сквозь хвостовик 2, который вставляется в корпус долота. Таким же образом сверху неразрезного накидного фланца монтируется шайба 13 с малым коэффициентом трения. Шарошка снабжена центральным просверленным с боковой поверхности
вставного хвостовика строго по оси вращения шарошки каналом - резервуаром 14 для масла, в который вставлен с кольцевым зазором гибкий стержень 15 со шнеко - винтовой поверхностью, нижним концом закрепляемый в теле шарошки,а верхним концом -свободно входящим в цилиндрическое гнездо резьбовой пробки 16.
В процессе бурения при вращении шарошки связанный с ней шнеко - винтовой стержень вращается с такой же скоростью (250-300 об\мин), что создает движение масла во взаимосвязанных каналах и обеспечивает надежную смазку опоры по всей высоте плавающей втулки, а также препятствует проникновению в опору буровой мелочи и промывочного агента. Параметры шнеко - винтового конвейера (шаг шнеко - винта, размеры рабочей поверхности, компенсационные выточки, зазор между каналом и шнеком и др.) рассчитываются при условии, чтобы давление масла не превышало определенной величины и бы-
ло достаточным для его прокачки в замкнутой соответствующими каналами циркуляционной системе смазки подшипника.
В ШД хвостовики устанавливаются в ответных отверстиях внутри однодетального корпуса и в нем закрепляются стержнем 17 (для двухшарнирного долота) и болтами (для трехшарнирного долота).
Последний вид креплений показан в работе [2].
Сущность нового технического решения, таким образом, системно связана с принятым конструктивным принципом разборности долота, отказом от традиционной формы секций с наружными лапами, соединяемыми сваркой или различными бандажами. Вместо них несущую цапфу 1 с шарошками 4 важнейший элемент опорного устройства выполнен в виде вставляемого внутрь корпуса 3 хвостовика 2конической или цилиндрической формы, что позволило осуществить новые подходы как к креплению несущих хвостовиков (вместо
Замки для бурильных труб 3 ап ас ные ч астн к буровому обо рудова нию Переводники для бурильных колонн с зам но вон резьбой Замки технологические износостойкие для НКТ Муфты НКТ, ОТІМ, ОПГ
БУРЕНИЕ
сварки - натяжные болты или крепежные стержни), так и форме и способу монтажа основной соединительной детали-неразрезного накидного фланца 9, который без опасного зазора между поверхностью фланца и корпусом раздельно выполняют функцию жесткого и с большим моментом сопротивления соединения шарошки и цапфы (верхняя рабочая поверхность фланца) и удержания (нижней рабочей поверхностью) уплотнительных элементов 7, независимо от крепления. Одновременно по новому решается проблема смазки опоры благодаря удобному сверлению и особому размещению каналы-резервуара и конструкции хвостовика.
По сравнению с прототипом достигаются следующие преимущества:
1. Благодаря сплошному неразрезному накидному фланцу и его креплению непосредственно к телу шарошки, минуя упругое и изнашивающееся уплотнение обеспечивается жесткое замковое соединение без возникновения вибрации и люфтов в процессе работы.
2. Устраняется опасный зазор между поверхностью замкового соединения и телом корпуса, исключается износ поверхностей и фланца продуктами бурения и возникновение сил отрыва шарошки от цапфы.
В прототипе зазор между поверхностью крышки и корпуса неизбежен, а монтаж неразрезной крышки и прикрывающей ее неразрезной шайбы без зазора невозможен.
3. Простая система смазки опорных подшипников щнеко-винтовым конвейером, вращаемым самой шарошкой, обеспечивает подачу масла по всей высоте плавающей втулки и одновременно (благодаря избыточному давле-
нию масла)создает необходимый распор уплотнения 7, а так же препятствует проникновению в опору буровой мелочи и промывочного агента.
4. Расположение элементов крепления (винтов, вальцовки, сварки) на большом радиусе от оси цапфы увеличивает прочность соединения и момент сопротивления аварийному отрыву шарошки при подъеме долота в условиях зажима в скважине.
Основное техническое и экономическое преимущество предлагаемой конструкции в возможности создания разборных ШД с многократным использованием однодетального корпуса с ша-роками различного вооружения. Это
особенно важно для объектов буровых работ с воздушной доставкой ШД, в этом случае транспортные расходы могут быть снижены в 3-4 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Трибенников Н.Д. Опоры шарошечных долот и перспективы их развития. -Екатеринбург: УРО РАН,2000, с 96.
2. Пат. 2191245 РФ, опорное устройство бурового шарошечного долота/ Буткин В.Д, Гилеев А.В и др; опубл 20.10.02, Бюл 29.-6с.
д^^^п^чениятодго^овки! месторождений >к разработке*
Технолопии|Х»ХИв.ека^
Полныйкомплектлицензий
Гипронг-Экот
Комплексное проектирование! обустройства! месторождений» нефти и паза
_ современна« у 3*0 «ГйПрОНГ;Дро^ного йнстйЯ«
модель ^доставление
2=Шг=»
г ТюМеНЬ’X до.41^2> Ф -
Наши пров^иий.
Обустройство,ме отранспорта,
|а„сГно-Палья"о=«ое
Западио-Могутлорское
Каменное (Юго
Крапивенское
Го^сере^«-ПпеоГ^арт<-«кое
рославльское Славинское Талинское
