Шарошечное долото для буріння твердих порід, має механічне ущільнення з хорошими тепловими характеристиками

 

ДОМАГАННЯ НА ПРІОРИТЕТ

Справжня заявка витребовує пріоритет, зарезервований попередньою заявкою на патент США №61/352 013, поданої 7 червня 2010 р., опис якої посиланням включається в даний опис.

ОБЛАСТЬ ТЕХНІКИ

Даний винахід відноситься, в загальному, до бурильному інструменту з шарошечними долотами для буріння твердих порід. Зокрема, даний винахід відноситься до бурильному інструменту з шарошечними долотами з шарошками конічної форми і ущільнення підшипників, використовуваному в цьому бурильному інструменті з шарошками конічної форми.

ПЕРЕДУМОВИ ВИНАХОДУ

Шарошечное долото з шарошками конічної форми для буріння твердих порід є ріжучим інструментом, який широко використовується на нафтових і газових родовищах і родовищах твердих корисних копалин для проходження через породні формації і додання необхідної форми стовбурів свердловин. См. фіг.1, яка ілюструє вигляд з місцевими розрізами типового шарошечного долота з шарошками конічної форми для буріння твердих порід. Зокрема, фіг.1 ілюструє один вузол головки і конічної шарошки. Загальне конструктивне виконання і робота цього долота добре відома�в, який може функціонувати як цапфа, з можливістю обертання встановлена конічна шарошка 3. Корпус долота містить верхню різьбову частину, що утворить з'єднання 4, яке забезпечує під'єднання долота до бурильної колоні (не показана). Головка долота містить систему змащення 6, призначену для подачі мастила і утримання мастила в опорному підшипнику між конічної шарошкой 3 і валом 2 підшипників. Конструктивне виконання і робота цієї системи 6 добре відомі фахівцям в даній області техніки.

У підшипниках, що використовуються в шарошкових долотах з шарошок конічної форми для буріння твердих порід, зазвичай використовуються або ролики в якості несучого елемента, або цапфа (як показано на фіг.1) в якості несучого елемента. У зв'язку з опорним підшипником, що підтримує обертання конічної шарошки 3 навколо валу 2 підшипників, передбачені кілька підшипникових систем. Ці підшипникові системи включають перший циліндричний підшипник ковзання 10 (іменований також головним опорним підшипником), кулькові підшипники 12, другий циліндричний підшипник ковзання 14, перший радіальний (завзятий) підшипник ковзання 16 і другий радіальний (завзятий) подшипнана більш докладно з приділенням основної уваги області головного опорного підшипника. Перший циліндричний підшипник ковзання (головний опорний підшипник) 10 обмежується зовнішньою циліндричною поверхнею 20 на валу 2 підшипників і внутрішньої циліндричною поверхнею 22 втулки 24, яка пресової посадкою встановлена в конічну шарошку 3. Ця втулка 24 являє собою кільцеподібний деталь, зазвичай виготовлену з берилієво-мідного сплаву, хоча відомо використання та інших матеріалів. Кулькові підшипники 12 обертаються по кільцевій доріжці кочення 26, утвореної на поверхні спряження між валом 2 підшипників і конічної шарошкой 3.

Знову повертаємося до фіг.1. Другий циліндричний підшипник ковзання 14 обмежується зовнішньою циліндричною поверхнею 30 на валу 2 підшипників і внутрішньої циліндричною поверхнею 32 на конічної шарошці 3. Зовнішня циліндрична поверхня 30 зміщена радіально всередину щодо зовнішньої циліндричної поверхні 20. Перший радіальний підшипник ковзання 16 обмежений між першим і другим циліндричними підшипниками ковзання 10 і 12 першою радіальної поверхнею 40 на валу 2 підшипників і другий радіальної поверхнею 42 на конічної шарошці 3. Другий радіальний підшипник ковзання� і обмежений третьої радіальної поверхнею 50 на валу 2 підшипників і четвертої радіальної поверхнею 52 на конічної шарошці 3.

Мастило подається в перший циліндричний підшипник ковзання 10, другий циліндричний підшипник ковзання 14, перший радіальний підшипник ковзання 16 і другий радіальний підшипник ковзання 18 між протилежними циліндричними і радіальними поверхнями за допомогою системи 6. Вкрай важливим є утримання мастила в місцях між протилежними поверхнями підшипникової системи. Утримання мастила вимагає, щоб між підшипниковою системою і зовнішнім середовищем долота було ущільнення.

Перші ущільнення для шарошкових доліт для буріння твердих порід розроблялися з металевою пружиною Бельвіля, плакованої еластомером, зазвичай нітрилові каучуком (NBR). Значний прогрес в області ущільнень для шарошкових доліт для буріння твердих порід був досягнутий з впровадженням ущільнень типу ущільнювальних кілець (див. патент США №3 397 928 (автор Галле (Galle)), опис якого посиланням включається в даний опис). Ці ущільнення типу ущільнювальних кілець складалися з нитр мулового каучуку і були круглими в поперечному перерізі. Ущільнення вставляли в радіальний сальник (див. фіг.2 і позиції 60 і 64), утворений циліндричними поверхнями між головкою і підшипник�ного як поперечний переріз ущільнення. Шумахер (Schumacher) (патент США №3 765 495, опис якого посиланням включається в даний опис) пропонує зміна цього ущільнення шляхом подовження радіального розміру, що порівняно з ущільненням, запропонованим Галле, вимагало меншого (у відсотковому відношенні) стиснення для отримання ефективного ущільнення. См., загалом, фіг.2 і позиції 60, 64.

Використаний і ряд інших незначних змін цієї концепції ущільнення, кожне з яких ґрунтується на эластомерном ущільненні, радіально сжимаемом в сальнику, утвореному циліндричними поверхнями між двома підшипниковими елементами, і які добре відомі фахівцям в даній області техніки. З часом промисловість по виробництву шарошкових доліт для буріння твердих порід перейшла зі стандартного матеріалу нітрилу для ущільнювальних кілець на високонасищенний нітрил для підвищеної стабільності властивостей (термостійкість, хімічна стійкість).

За останні п'ятдесят років використання ущільнювального кошти в підшипниках шарошкових доліт для буріння твердих порід різко підвищило термін служби підшипників. Чим довше ущільнення запобігає забрудненню підшипника, тим довше термін служби подшипни�ня твердих порід.

Знову звернемося до фіг.2. Кільцеве ущільнення 60 розташоване в сальнику 64 між конічної шарошкой 3 і валом 2 підшипників і призначене для утримання мастила і запобігання попадання зовнішніх сторонніх предметів. На валу підшипників передбачений прилив під ущільнення 62 з циліндричною поверхнею. У показаному конструктивному виконанні ця поверхня припливу під ущільнення 62 зміщена радіально назовні (на товщину втулки 24) щодо зовнішньої циліндричної поверхні 20 першого підшипника ковзання 10. Ясно, що при необхідності в цьому приплив під ущільнення міг би бути і без зміщення відносно поверхні головного опорного підшипника. Кільцевий сальник 64 утворений в конічній шарошці 3. Коли конічна шарошка 3 встановлюється з можливістю обертання на валу підшипників, сальник 64 і прилив під ущільнення 62 виставляються один навпроти одного. Кільцеве ущільнення 60 стисло між поверхнею (поверхнями) сальника 64 і припливу під ущільнення 62 і діє для утримання мастила в зоні підшипників навколо підшипникових систем. Крім того, це ущільнення запобігає влучення матеріалів (бурового розчину і сміття) в свердловині в зону підшипників.

го кільцеве ущільнення. Ті ж або подібні деталі позначені однаковими позиціями. Варіант здійснення на фіг.3 відрізняється від варіанту здійснення на фіг.2 реалізацією геометрії сальника.

Бувають випадки, коли кільцеве ущільнення протікає або відмовляє, що призводить до нестачі мастила в зонах поверхневого контакту підшипникової системи. Це може призвести до утворення задирів, стирання і навіть до катастрофічної відмови, подібного до заїдання. Тому вкрай важливо забезпечити ущільнювальне засіб, здібніші утримувати мастило в місцях шарошечного долота для буріння твердих порід між протилежними циліндричними і радіальними поверхнями підшипникової системи.

Для ефективного відділення середовища бурового розчину і сміття від мастила розроблені і механічні (або жорсткі) торцеві ущільнення. У середовищах ущільнення з високою швидкістю ковзання ці ущільнення забезпечують кращі характеристики у порівнянні з еластомірними ущільненнями. Такі середовища піддають еластомірні ущільнення надмірного тертя і абразивного зносу, що призводить до відмови ущільнень.

Звернемося до фіг.4А і 4В, які ілюструють вид з частковими розрізами ущільнювальної системи, в якій используе00 і еластичне кільце регулювальне 102 (наприклад, у вигляді ущільнювального кільця). Кільця 100 і 102 встановлені в сальнику 104, утвореному в конічній шарошці 106. Жорстке кільце 100 має радіальну бік ущільнення 108, яка сполучається з відповідною радіальної стороною ущільнення 110 шарошки 106. Зокрема, відповідна радіальна сторона ущільнення 110 на шарошці 106 утворена на втулковий елементі ущільнення 112, який посадкою з натягом встановлений в шарошку 106. Еластичне кільце регулювальне 102 стисло між внутрішньою поверхнею 114 жорсткого кільця 100 і зовнішньої ущільнювальної поверхнею 116 валу 118 підшипників. Стиснення еластичного регулювального кільця 102 притискає жорстке кільце 100 до втулочному елементу ущільнення 112, щоб підтримувати радіальні боку ущільнення 108 і 110 в динамічному уплотняющем зачепленні, а також утворює статичну ущільнювальну поверхню з валом 118 підшипників.

Фіг.4С являє собою вид зверху жорсткого кільця 100, якщо дивитися на радіальну бік ущільнення 108.

У нинішніх конструкціях механічних торцевих ущільнень, що використовуються в шарошкових долотах з шарошок конічної форми для буріння твердих порід часто діють вкрай високі навантаження на радіальних сторонах у�н фунтів-сил/кв. дюйм або більше) призводить до великої силі тертя і високому потоку теплоти тертя в ущільненні. Ущільнення шарошечного долота для буріння твердих порід відповідно перегрівається, що часто призводить до пов'язаних з впливом тепла відмов ущільнення (таким, як температурна деформація кільця, надмірна швидкість зносу і заїдання кільця).

Таким чином, є потреба у вдосконаленому механічному ущільненні, що забезпечує кращі теплові характеристики в порівнянні з відомими механічними ущільненнями. Переважно, потрібно механічне ущільнення, що має конструктивне виконання, яке знижує робочі температури ущільнення та забезпечує більш тривалий термін служби ущільнення.

Крім того, робляться посилання на такі документи з рівня техніки, приводять численні приклади механічних ущільнень для використання в шарошкових долотах з шарошок конічної форми для буріння твердих порід (всі описи яких даної посиланням включаються у даний опис): патенти США№№4 613 004, 4 753 304, 5 570 750, 6 209 185, 6 684 966, 7 128 173 і 7 311 159.

КОРОТКИЙ ОПИС ВИНАХОДУ

У жорсткому кільці механічного ущільнення для шарошечного долота можуть приймати форму канавок, зубців, гребінців або глухих отворів. В одному варіанті здійснення канал (канали) виконаний (виконані) на окружній поверхні жорсткого кільця ущільнення, яка піддається впливу бурового розчину. Передбачений охолоджуючий канал функціонує, щоб розсіювати тепло з боку динамічного ущільнення жорсткого кільця ущільнення з тим, щоб мінімізувати відмови ущільнення, пов'язані з перегрівом.

В одному варіанті здійснення пропонується механічне ущільнення, оснащене охолоджуючим каналом, який розсіює теплоту тертя, створювану на контактній поверхні динамічного ущільнення механічного ущільнення. Це рішення знижує робочу температуру ущільнення і, таким чином, сприяє запобіганню відмов ущільнення, пов'язаних з перегрівом, таких, як заїдання, температурна деформація і надмірний знос поверхні. Використання охолоджуючих каналів продовжує термін служби механічного ущільнення.

В одному варіанті здійснення буровий інструмент містить: тіло долота; щонайменше один вал підшипників, що проходить з тіла долота; конічну шарошку, встановлену для обертання на валу підшипників; і мехЃплотнение містить жорстке кільце ущільнення, має поверхню динамічного ущільнення з конічною шарошкой і іншу не уплотняемую поверхню, відкриту в бік отвори в сальнику. Крім того, механічне ущільнення містить щонайменше один охолоджуючий канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, причому охолоджуючий канал має відкритий кінець в повідомленні з текучої середовищі з отвором в сальнику.

В одному варіанті здійснення пристрій містить механічне ущільнення, розташоване між цапфой і обертовим елементом, причому механічне ущільнення утворює динамічне ущільнення і містить жорстке кільце ущільнення, що має поверхню динамічного ущільнення і не уплотняемую поверхню. Механічне ущільнення містить, щонайменше, один охолоджуючий канал, виконаний в не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення.

КОРОТКИЙ ОПИС ГРАФІЧНОГО МАТЕРІАЛУ

Фіг.1 ілюструє вигляд з місцевими розрізами типового шарошечного долота з шарошок конічної форми для буріння твердих порід;

Фіг.2 ілюструє вигляд з місцевими розрізами фіг.1, на якому підшипникова система показана більш докладно;

Фіг.3 ілюструє альтернативЕтичними розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується звичайне механічне (або жорстке) торцеве ущільнення;

Фіг.4С являє собою вид зверху жорсткого кільця, показаного на фіг.4А і 4В, якщо дивитися на радіальну бік ущільнення;

Фіг.5А і 5B ілюструють вид з частковими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу;

Фіг.5С являє собою вид зверху жорсткого кільця механічного ущільнення, показаного на фіг.5А і 5B, якщо дивитися на радіальну бік ущільнення;

Фіг.5D являє собою вид збоку жорсткого кільця, якщо дивитися на не уплотняемую поверхню;

Фіг.5Е являє собою вид зверху альтернативного варіанту здійснення жорсткого кільця механічного ущільнення, показаного на фіг.5А і 5B, якщо дивитися на радіальну бік ущільнення;

Фіг.6 ілюструє вигляд з місцевими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу;

Фіг.7 являє собою вид зверху жорсткого кільця механічного ущільнення, показаний�ствления;

Фіг.8А і 8В ілюструють вид з частковими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу;

Фіг.8С являє собою вид зверху жорсткого кільця механічного ущільнення, показаного на фіг.8А і 8В, якщо дивитися на радіальну бік ущільнення;

Фіг.8D являє собою вид збоку жорсткого кільця 100, якщо дивитися на не уплотняемую поверхню;

Фіг.9 ілюструє вигляд з частковими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу;

Фіг.10 являє собою вид зверху жорсткого кільця, якщо дивитися на не уплотняемую поверхню;

Фіг.11 ілюструє вигляд з місцевими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу.

ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ГРАФІЧНОГО МАТЕРІАЛУ

Звернемося тепер до фіг.5А і 5B, які ілюструють вид з частковими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується набуття. Ущільнювальна система містить жорстке кільце 100 і еластичне кільце регулювальне 102 (наприклад, у вигляді ущільнювального кільця). Кільця 100 і 102 встановлені в сальнику 104, утвореному в конічній шарошці 106. Жорстке кільце 100 має радіальну бік ущільнення 108, яка сполучається з відповідною радіальної стороною ущільнення 110 шарошки 106. Зокрема, відповідна радіальна сторона ущільнення 110 на шарошці 106 утворена на втулковий елементі ущільнення 112, який посадкою з натягом встановлений в шарошку 106. Еластичне кільце регулювальне 102 стисло між внутрішньою поверхнею 114 жорсткого кільця 100 і зовнішньої ущільнювальної поверхнею 116 валу 118 підшипників. Стиснення еластичного регулювального кільця 102 притискає жорстке кільце 100 до втулочному елементу ущільнення 112, щоб підтримувати радіальні боку ущільнення 108 і 110 в динамічному уплотняющем зачепленні.

Крім того, жорстке кільце 100 містить зовнішню поверхню 150, яка прилягає до внутрішньої поверхні 154 сальника 104 на конічної шарошці 106. Зовнішня поверхня 150 є не ущільнюваного поверхнею, орієнтованої практично перпендикулярно стороні ущільнення 108 і визначає зовнішній діаметр �ше отвір 156. При роботі долота це кільцевий отвір 156 заповнено буровим розчином. Як відомо фахівцям в даній області техніки, цей буровий розчин діє як основна охолоджуюча середовище для долота, і потік бурового розчину в кільцевому отворі допомагає охолоджувати жорстке кільце 100. Для того щоб посилити охолоджуючу дію, жорстке кільце 100, показане на фіг.5А і 5B, має кільцеву канавку 152, виконану на зовнішній поверхні 150 і має відкритий кінець, який повідомляється з текучої середовищі з кільцевим отвором 156 сальника. Це кільцева канавка 152 охоплює коло жорсткого кільця 100 (тобто, ця канавка переважно є окружної і безперервного, хоча в одному варіанті здійснення можуть використовуватися сегменти не безперервної кільцевої канавки). Бічні стінки 158 і дно 160 (протилежне відкритого кінця) кільцевої канавки 152 створюють додаткову площу поверхні на зовнішній поверхні 150, яка потім знаходиться в контакті з охолоджуючим буровим розчином, сприяючи посиленню охолодження жорсткого кільця 100. Канавка 152 розташована поруч з радіальної стороною ущільнення 108 і підвищує ефективність конвективної тепловіддачі від радіальних сторін уплотнени�який покращує теплові характеристики системи механічного торцевого ущільнення в порівнянні з відомими конструктивними виконаннями, такими, як показано на фіг.4А-4С.

Фіг.5С являє собою вид зверху жорсткого кільця 100, якщо дивитися на радіальну бік ущільнення 108. Пунктирною лінією на фіг.5С показана глибина канавки 152, виконаної проходить безперервно по зовнішній поверхні 150 жорсткого кільця 100. Знову-таки, в одному альтернативному варіанті здійснення канавка 152 може замість цього складатися з декількох сегментів не безперервної кільцевої канавки, що проходять по периметру, визначеній зовнішньою поверхнею 150.

Фіг.5D являє собою вид збоку жорсткого кільця 100, якщо дивитися на не уплотняемую поверхню, якщо дивитися на не уплотняемую поверхню 150.

В одному варіанті здійснення канавка 152 виконана проходить безперервно по зовнішній поверхні 150 жорсткого кільця 100. В одному альтернативному варіанті здійснення канавка 152 може замість цього бути виконана кільцева канавка 172 на радіальної внутрішньої поверхні 162 жорсткого кільця 100. Цей варіант здійснення показано пунктирними лініями на фіг.5А і 5В. Поверхня 162 є також не ущільнюваного поверхнею і нахилена відносно поверхні ущільнення 108, і відстань між поверхнею 162 і поверхноповерхностью 162 і радіальної поверхнею 168 головки в зоні підстави 166 головки, прилеглої до валу 118 підшипників, сальником 104 утворено отвір 164. При роботі долота цей отвір 164 заповнено буровим розчином, а кільцева канавка 172 діє подібно канавці 152 в якості каналу охолодження, створюючи додаткову площу поверхні на зовнішній поверхні 162. Цей тепловий канал знаходиться в контакті з охолоджуючим буровим розчином, щоб поліпшити теплові характеристики системи механічного торцевого ущільнення шляхом посилення розсіювання тепла від жорсткого кільця 100 (шляхом конвективної тепловіддачі від радіальних сторін ущільнення 108 і 110, які знаходяться в уплотняющем зачепленні). Канавка 172 переважно є окружної і безперервного, хоча в одному варіанті здійснення можуть використовуватися сегменти не безперервної кільцевої канавки.

Шляхом регулювання глибини канавки і розташування на поверхні в одному можливому варіанті здійснення на жорсткому кільці 100 можуть бути передбачені обидві канавки: канавка 152 і канавка 172. Канавки 152 172 можуть бути безперервними або сегментованими. В одному варіанті здійснення з використанням сегментованих канавок 152 172 кутові положення сегментів канавки 152 зміщені відносно кутових поло�е канали, в одному можливому варіанті здійснення будь-яка з канавок 152 172 може бути реалізована як кілька дугоподібних сегментів каналу. Альтернативно, як показано на фіг.5Е, на поверхні 150 можуть бути утворені кілька зубців або гребінців 250 (або інших каналоподобних елементів), які допомагають у тепловіддачі, створюючи додаткову площу поверхні на жорсткому кільці 100, подвергающуюся впливу охолоджуючого бурового розчину. Альтернативно, ці зубці або гребінці (або інші каналоподобние елементи) можуть бути виконані на поверхні 162, знову-таки з метою збільшення площі поверхні, що піддається впливу охолоджуючого бурового розчину, для тепловіддачі і охолодження.

Звернемося тепер до фіг.6, яка ілюструє вигляд з місцевими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу. Цей варіант здійснення відрізняється від варіанту здійснення на фіг.5А-5С тим, що кільцева канавка 152, яка проходить по колу жорсткого кільця 100, орієнтована неперпендикулярно зовнішньої поверхні 150. Таке конструктивне виконання може бути преим� канавка 172 на фіг.5В показана орієнтованої перпендикулярно поверхні 162, зрозуміло, що канавка 172 могла б альтернативно виконуватися з неперпендикулярной орієнтацією подібно до того, як показано на фіг.6.

Звернемося тепер до фіг.7, яка являє собою вид зверху жорсткого кільця 100, якщо дивитися на не уплотняемую бік 162 для одного альтернативного варіанту здійснення, в якому канавка 172 передбачена на не ущільнюваного стороні 162 жорсткого кільця.

Звернемося тепер до фіг.8А і 8В, які ілюструють вид з частковими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу. Ущільнювальна система містить жорстке кільце 100 і еластичне кільце регулювальне 102 (наприклад, у вигляді ущільнювального кільця). Кільця 100 і 102 встановлені в сальнику 104, утвореному в конічній шарошці 106. Жорстке кільце 100 має радіальну бік ущільнення 108, яка сполучається з відповідною радіальної стороною ущільнення 110 шарошки 106. Зокрема, відповідна радіальна сторона ущільнення 110 на шарошці 106 утворена на втулковий елементі ущільнення 112, який посадкою з натягом встановлений в шарошку 106. Еластичне кільце регулювальне підшипників. Стиснення еластичного регулювального кільця 102 притискає жорстке кільце 100 до втулочному елементу ущільнення 112, щоб підтримувати радіальні боку ущільнення 108 і 110 в динамічному уплотняющем зачепленні.

Жорстке кільце 100 має також зовнішню поверхню 150, прилеглу до внутрішньої поверхні 154 сальника 104 на конічної шарошці 106. Зовнішня поверхня 150 є не ущільнюваного поверхнею, орієнтованої практично перпендикулярно стороні ущільнення 108, і визначає зовнішній діаметр жорсткого кільця 100. Між зовнішньою поверхнею 150 і внутрішньою поверхнею 154 сальником 104 утворено кільцевий отвір 156. При роботі долота це кільцевий отвір 156 заповнено буровим розчином. Як відомо фахівцям в даній області техніки, цей буровий розчин діє як основна охолоджуюча середовище для долота, і потік бурового розчину в кільцевому отворі допомагає охолоджувати жорстке кільце 100. Для того щоб посилити охолоджуючу дію, жорстке кільце 100, показане на фіг.8А і 8В, має також кілька глухих отворів 190, виконаних на зовнішній поверхні 150, кожне з яких має відкритий кінець, який повідомляється з текучої середовищі з кільцевим отвором 156 сальника. ості). Бічна стінка 158 і дно 160 (протилежне відкритого кінця) кожного отвору 190 створюють додаткову площу поверхні на зовнішній поверхні 150, яка потім знаходиться в контакті з охолоджуючим буровим розчином, сприяючи посиленню охолодження жорсткого кільця 100. Кілька глухих отворів 190 розташовані поблизу радіальної боку ущільнення 108 і, таким чином, підвищують ефективність конвективної тепловіддачі від радіальних сторін ущільнення 108 і 110, які знаходяться в уплотняющем зачепленні. Кілька глухих отворів 190 відповідно утворюють кілька охолоджуючих каналів, які покращують теплові характеристики системи механічного торцевого ущільнення в порівнянні з відомими конструктивними виконаннями, такими, як показано на фіг.4А-4С.

Фіг.8С являє собою вид зверху жорсткого кільця 100, якщо дивитися на радіальну бік ущільнення 108. Пунктирними лініями на фіг.8С показано розташування на окружності і глибини кілька глухих отворів 190, розподілених по колу по зовнішній поверхні 150 жорсткого кільця 100. Кількість показаних отворів 190 є лише приблизними, і зрозуміло, що можна використовувати будь-яке відповідне кількість отворів.

Шляхом регулювання глибини канавки і розташування на поверхні в одному можливому варіанті здійснення на жорсткому кільці 100 можуть бути передбачені як кілька глухих отворів 190, так і кілька глухих отворів 192.

Окремі отвори 190 і 192 переважно мають круглий поперечний переріз. Зрозуміло, проте, що окремі отвори 190 і 192 могли б замість круглого мати поперечний переріз будь-якої обраної геометричної форми, включаючи, без обмеження, квадратне, прямокутне, овальне, еліптичне, трикутне і т. п. Показаний відносний розмір отворів є лише приблизними; зрозуміло, що розмір отворів може вибиратися, виходячи з застосування і розміру кільця 100 і поверхонь 150 і 162.

Звернемося тепер до фіг.9, яка ілюструє вигляд з частковими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу. Цей варіант здійснення відрізняється від варіанту здійснення на фіг.8А-8С тим, що кілька глухих отворів 190, розподілених по колу жорсткого кільця 100, орієнтовані неперпендикулярно зовнішньої поверхні 150. Таке конѵрстия до радіальної стороні ущільнення 108.

Хоча отвори 192 на фіг.8В показано орієнтованої перпендикулярно поверхні 162, зрозуміло, що отвори 192 могли б альтернативно виконуватися з неперпендикулярной орієнтацією подібно до того, як показано на фіг.8.

Звернемося тепер до фіг.10, яка являє собою вид зверху жорсткого кільця 100, якщо дивитися на не уплотняемую поверхню 162, для альтернативного варіанту здійснення, в якому отвори 192 передбачені на не ущільнюваного стороні 162 жорсткого кільця.

Звернемося тепер до фіг.11, яка ілюструє вигляд з місцевими розрізами ущільнювальної системи, в якій використовується механічне (або жорстке) торцеве ущільнення згідно з одним варіантом здійснення цього винаходу. Цей варіант здійснення відрізняється від попередніх варіантів здійснення тим, що канавка для охолоджуючого каналу виконана в обмін на радіальної стороні ущільнення 110 втулкового елемента ущільнення 112 (який встановлений в конічній шарошці 106). Таким чином, в цьому варіанті здійснення використовується канавка 202, виконана на радіальної стороні ущільнення 110 і має відкритий кінець, який повідомляється з текучої середовищі з кільцевим отвором 156 сальника 104. Понятотнения 112. Важливо регулювати розміри (ширину і глибину) цієї канавки 202 так, щоб послабити посадку і не погіршити характеристики втулкового елемента ущільнення 112 щодо конічної шарошки на поверхні з тугою посадкою 204.

Хоча і показано конкретно на фіг.11, зрозуміло, що канавку 202 можна було б використовувати в поєднанні з будь-якої з канавок 152, 172, 190 і 192 в жорсткому кільці 100, як показано вище.

Вище описані і проілюстровані деякі варіанти здійснення цього винаходу. Даний винахід розкритими варіантами здійснення не обмежується.

1. Буровий інструмент, що містить:
тіло долота;
щонайменше, один вал підшипників, що проходить з тіла долота;
конічну шарошку, встановлену для обертання на валу підшипників;
механічне ущільнення, розташоване між валом підшипників і конічної шарошкой в сальнику, причому механічне ущільнення містить жорстке кільце ущільнення, що має поверхню динамічного ущільнення з конічною шарошкой і іншу не уплотняемую поверхню, відкриту в бік отвори в сальнику, причому механічне ущільнення містить, щонайменше, один охолоджуючий канал, виконаний в інший не уплотняе�учей середовищі з отвором в сальнику.

2. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що при роботі бурового інструменту інша не уплотняемая поверхня піддається впливу охолоджуючої бурової текучого середовища.

3. Буровий інструмент з п. 2, який відрізняється тим, що охолоджуючої бурової текучої середовищем є буровий розчин.

4. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що при роботі бурового інструменту отвір у сальнику заповнено охолоджуючої бурової текучої середовищем.

5. Буровий інструмент з п. 4, який відрізняється тим, що охолоджуючої бурової текучої середовищем є буровий розчин.

6. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, містить, щонайменше, одну канавку.

7. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, містить, щонайменше, одне глухе отвір.

8. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, містить канавку, яка проходить, принаймні, частково по колу жорсткого кільця уп�отняемой поверхні жорсткого кільця ущільнення, містить кілька глухих отворів, розподілених по колу жорсткого кільця ущільнення.

10. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, містить зубець або гребінець.

11. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що інша не уплотняемая поверхню жорсткого кільця ущільнення орієнтована перпендикулярно поверхні динамічного ущільнення.

12. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що інша не уплотняемая поверхню жорсткого кільця ущільнення розташована на протилежній стороні жорсткого кільця ущільнення відносно поверхні динамічного ущільнення.

13. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що механічне ущільнення містить підсилювач, призначений для притиснення жорсткого кільця ущільнення поверхні динамічного ущільнення до конічної шарошці.

14. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що підсилювач являє собою кільце, що має поверхню статичного ущільнення з валом підшипників.

15. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не уп�бічну стінку, орієнтовану перпендикулярно до поверхні ущільнюваного жорсткого кільця ущільнення.

16. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, являє собою, щонайменше, одне глухе отвір, має бічну стінку, орієнтовану перпендикулярно до поверхні ущільнюваного жорсткого кільця ущільнення.

17. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, являє собою, щонайменше, одну канавку, що має бічну стінку, орієнтовану не перпендикулярно до поверхні ущільнюваного жорсткого кільця ущільнення.

18. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що охолоджує канал, виконаний в інший не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, являє собою, щонайменше, одне глухе отвір, має бічну стінку, орієнтовану не перпендикулярно до поверхні ущільнюваного жорсткого кільця ущільнення.

19. Буровий інструмент з п. 1, який відрізняється тим, що інша не уплотняемая поверхню жорсткого кільця ущільнення визначає наружншка містить також втулковий елемент ущільнення, пресової посадкою встановлений в отворі конічної шарошки, причому втулковий елемент ущільнення має поверхню ущільнення в контакті з поверхнею динамічного ущільнення жорсткого кільця ущільнення, містить також додатковий охолоджуючий канал, виконаний у ущільнення поверхні втулкового елемента ущільнення, причому додатковий охолоджуючий канал має відкритий кінець в повідомленні з текучої середовищі з отвором в сальнику.

21. Пристрій для ущільнення підшипників в буровому інструменті, що містить:
механічне ущільнення, розташоване між цапфой і обертовим елементом, причому механічне ущільнення утворює динамічне ущільнення і містить жорстке кільце ущільнення, що має поверхню динамічного ущільнення і не уплотняемую поверхню, і містить принаймні один охолоджуючий канал, виконаний в не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення.

22. Пристрій п. 21, відрізняється тим, що не уплотняемая поверхню жорсткого кільця ущільнення орієнтована практично перпендикулярно до поверхні динамічного ущільнення.

23. Пристрій п. 21, відмінне тим, що, щонайменше, один охолоджуючий канал ере, одна канавка проходить по поверхні ущільнюваного, принаймні, по частині кола жорсткого кільця ущільнення.

25. Пристрій п. 23, відмінне тим, що, щонайменше, одна канавка має бічну стінку, орієнтовану перпендикулярно до поверхні ущільнюваного.

26. Пристрій п. 23, відмінне тим, що, щонайменше, одна канавка має бічну стінку, орієнтовану не перпендикулярно до поверхні ущільнюваного.

27. Пристрій п. 21, відмінне тим, що, щонайменше, один охолоджуючий канал являє собою, щонайменше, одне глухе отвір.

28. Пристрій п. 27, відмінне тим, що, щонайменше, одне глухе отвір являє собою кілька глухих отворів, розподілених по поверхні ущільнюваного по колу жорсткого кільця ущільнення.

29. Пристрій п. 27, відмінне тим, що, щонайменше, одне глухе отвір має бічну стінку, орієнтовану перпендикулярно до поверхні ущільнюваного.

30. Пристрій п. 27, відмінне тим, що, щонайменше, одне глухе отвір має бічну стінку, орієнтовану не перпендикулярно до поверхні ущільнюваного.

31. Пристрій п. 21, відмінне телотнения.

32. Пристрій п. 21, відрізняється тим, що не уплотняемая поверхню жорсткого кільця ущільнення розташована на протилежній стороні жорсткого кільця ущільнення відносно поверхні динамічного ущільнення.

33. Пристрій п. 21, містить також сальник, в якому розташоване механічне ущільнення, причому, щонайменше, один охолоджуючий канал, виконаний в не ущільнюваного поверхні жорсткого кільця ущільнення, знаходиться в повідомленні з текучої середовищі з кільцевим отвором, визначеним сальником.

34. Пристрій п. 21, відмінне тим, що цапфа являє собою вал підшипників бурового долота, а обертовий елемент являє собою шарошку, встановлену на валу підшипників.

35. Пристрій п. 21, відмінне тим, що, щонайменше, один охолоджуючий канал являє собою зубець або гребінець.

36. Пристрій п. 21, відмінне тим, що механічне ущільнення містить також втулковий елемент ущільнення, причому втулковий елемент ущільнення має поверхню ущільнення в контакті з поверхнею динамічного ущільнення жорсткого кільця ущільнення, містить також додатковий охолоджуючий канал, виконаний у поверхні ущільнення в

 

Схожі патенти:

Лопатеві долото (варіанти)

Група винаходів відноситься до долотам режущескаливающего дії, корпуси яких виготовлені із сталевого матеріалу, так і з матричного матеріалу, пасивна калибрующая частина яких наплавлена твердосплавним покриттям і посилена алмазними поликристаллическими різцями PDC. Лопатеві долото по першому варіанту включає корпус з приєднувальних різьбленням, центральним каналом і вихідними отворами для промивної рідини, лопатями з пасивною калібруючої частини, поверхня якої захищена твердосплавним шаром і посилена алмазними різцями PDC, алмазні різці PDC виконані зі скошеною задньою кромкою, при цьому величина заднього скосу становить 20% від діаметра самого алмазного різця PDC під кутом 25-60. Лопатеві долото за другим варіантом включає корпус з приєднувальних різьбленням, центральним каналом і вихідними отворами для промивної рідини, лопатями з пасивною калібруючої частини, поверхня якої захищена твердосплавним шаром і посилена алмазними різцями PDC, алмазні різці PDC виконані сферичної форми. Використання пропонованої групи винаходів дозволить підвищити ударостійкість озброєння пасивної калібруючої частини і тим самим збільшити сохранз.п. ф-ли, 7 іл.

Pdc-буровий інструмент

Винахід відноситься до породоруйнуючому інструменту ріжучого типу, що застосовується в бурінні свердловин, а саме, до ГОЛОВНОГО інструменту: бурголовкам або долотам. Технічний результат полягає в збільшенні показників ефективності роботи інструменту шляхом зняття напруженого стану від бічного впливу гірського тиску у більшої частини вибою свердловини за рахунок перенесення його під периферійні різці. Інструмент включає корпус, озброєний різцями PDC, при цьому робоча поверхня, на якій розміщені різці, виконана у вигляді зворотного конічної поверхні з співвідношенням радіус основи конуса до його висоті, що дорівнює 2/3. Різці на внутрішній зворотного конічної поверхні необов'язково дублюються в повному обсязі. Різці, калибрующие стінку свердловини, розміщені ступінчасто по ходу обертання інструменту. 6 іл.

Промивний вузол бурового долота

Винахід відноситься до промивочному сайту породоруйнівного інструменту гідромоніторного типу. Промивний вузол бурового долота містить корпус з каналом і гніздом і встановлену в гнізді насадку з ущільнювальним елементом, закріплену за допомогою фіксатора. Фіксатор виконаний у вигляді декількох ступінчастих стрижнів з цангової робочої головкою, ступінь більшого діаметра яких розташована з боку вихідного торця насадки, при цьому насадка виконана з наскрізними осьовими каналами відповідної форми, співвісно яким в корпусі з боку дна гнізда виконана кільцева розточування для розміщення цангових головок стрижнів, хвостовики яких в робочому положенні встановлені з можливістю взаємодії з уступом між східцями каналів насадки або з вихідним торцем насадки. У кільцевих расточках під більшими підставами цангових головок встановлені пружні елементи для утримання фіксаторів в крайньому верхньому положенні. 1 іл.

Компенсаційні канавки для нейтралізації розширення під час просочення

Група винаходів відноситься до пристроїв формування литтям свердловинного снаряда, калібрувальним кілець і способів виготовлення калібрувального кільця для застосування у пристрої. Технічний результат полягає в усуненні або зниження послабляє розтріскування виливки, в ефективному виготовленні виливки. Каліброване кільце включає в себе форму під діаметр бурової коронки і один або більше витесняемих обсягів каналів для винесення бурового шламу, що тривають всередині по внутрішній поверхні форми під діаметр бурової коронки. Витісняється обсяг каналу для винесення бурового шламу включає в себе перший кінець, другий кінець і лицьову поверхню, яка триває від кінця першого до другого кінця. На внутрішній поверхні калібрувального кільця виконана, щонайменше, одна канавка, яка послаблює виникають у литві під час процесу лиття напруги. Згідно з деякими варіантами здійснення, щонайменше, одна канавка виконана на лицьовій поверхні витісняється обсягу каналу для винесення бурового шламу. Додатково в одну або більше канавок введений нейтралізує тиск матеріал. 3 н. і 31 з.п. ф-ли, 4 іл.

Ступінчастий лопатевої pdc-інструмент

Винахід відноситься до породоруйнуючому PDC-інструменту, вживаного в бурінні свердловин, а саме до бурголовкам, розширювачів, стабілізаторів і долотам. Ступінчастий лопатевої PDC-інструмент включає корпус з лопатями, збройними різцями PDC. З метою збільшення показників роботи інструменту шляхом використання найбільш ефективного способу руйнування разбуриваемих гірських порід сколом і на розрив за рахунок формування відкритої ступінчастою поверхні зі сходами, повністю руйнуються в процесі їх утворення з мінімальними енергетичними витратами, озброєння розміщено на лопатях таким чином, що при роботі інструмента на вибої свердловини формується послідовна ступінчаста поверхня, починаючи від осі інструменту до периферії зі сходами шириною a=(0,2÷0,4)D+0,5 d і висотою b=(0,4÷0,6)D, де D - діаметр долота, d - діаметр різців PDC. Технічний результат полягає в збільшенні показників роботи інструменту. 2 з.п. ф-ли, 6 іл.

Різець, свердловинний інструмент і спосіб формування паза різця

Група винаходів відноситься до різцях, свердловинним інструментів, що застосовуються у підземному бурінні, і способам формування паза різця. Технічний результат полягає в точної орієнтації різців в пазах свердловинних інструментів. Різець включає підкладку, що містить сполучну поверхню з одного торця підкладки, що має конфігурацію для з'єднання всередині паза різця; і безліч індексів різця, щонайменше, на ділянці сполучної поверхні, в якому кожен індекс різця розташований навколо центральної осі підкладки і проходить менш ніж повністю навколо центральної осі, і в якому безліч індексів різця, по суті, рівномірно рознесені по колу навколо центральної осі підкладки. Сполучна поверхня може бути прецизійно розташована всередині паза різця більш ніж в одному положенні, в якому сполучна поверхня є неплоскою. 7 н. і 20 з.п. ф-ли, 7 іл.

Вставка для руйнуючого інструменту, спосіб її виготовлення і використовує її інструмент

Група винаходів належить до вставок для руйнуючого інструменту, способів виготовлення і використання таких вставок. Забезпечує мінімальну товщину надтвердої матеріалу з досягненням високої ударної опору. Вставка для руйнуючого інструменту включає надтвердий наконечник, що володіє об'ємом, скріплений з підкладкою по межі поділу і має середній модуль Юнга понад 900 ГПа, причому підкладка включає зміцнюючої підкладку, що має середній модуль Юнга, становить щонайменше 60% від модуля Юнга надтвердої наконечника, виконану як засіб підвищення жорсткості області підкладки поблизу кордону розділу і має сумарний обсяг, що перевищує обсяг надтвердої наконечника щонайменше у два рази або більше. Згідно способу виготовлення зазначеної вставки готують попередньо сформовані заготовки для зміцнюючої підкладки, для несучої частини і для ПКА наконечника, збирають і з'єднують заготовки потрібної конфігурації для формування складання заготовок і піддають складання заготовок впливу умов надвисоких тисків і температур, при яких алмаз зберігає термодинамічну стабільність. Згідно способу викори�ороду. 3 н. і 12 з.п. ф-ли, 6 іл.

Гібридне бурове долото з великим бічним переднім кутом нахилу допоміжних дублюючих різців

Група винаходів відноситься до гібридним буровим долотам. Забезпечує поліпшені характеристики буріння. Гібридне бурове долото включає корпус долота з віссю, щонайменше одну лопать на корпусі долота, щонайменше один вузол шарошки, встановлений на корпусі долота. Долото містить щонайменше один основний різець, що має ріжучу поверхню, виступаючий щонайменше частково від лопаті, розташований так, щоб проходити по траєкторії різання при обертанні корпуса долота навколо осі, і має конфігурацію, що забезпечує захоплення породи при русі вздовж траєкторії різання; і комплект різців, що включає кілька задніх різців, кожен з яких має ріжучу поверхню, яка виступає щонайменше частково від лопаті. Кожен задній різець розташований так, щоб по суті слідувати за щонайменше одним основним різцем вздовж траєкторії різання при обертанні корпуса долота навколо його осі. Щонайменше один із задніх різців комплекту різців має бічний передній кут, який знаходиться в межах від бічного переднього кута приблизно 5 градусів до бічного переднього кута приблизно 75 градусів або в межах від бічного переднього кута приблизно мінус 5 граду� зміщений від траєкторії обертання основного різця приблизно на ширину канавки. 2 н. і 15 з.п. ф-ли, 4 іл.

Зміцнені алмазами ріжучі елементи, з ними буровий інструмент та спосіб їх виготовлення

Група винаходів відноситься до ріжучим елементів для використання в бурінні підземних порід, бурові інструментів з такими ріжучими елементами і способів виготовлення таких ріжучих елементів. Технічний результат полягає в збільшенні терміну служби і стійкості ріжучих елементів. Ріжучі елементи включають підкладку, перехідний шар і робочий шар. Перехідний шар і робочий шар включають безперервну матричну фазу і дискретну алмазну фазу, дисперговані у матричній фазі. Концентрація алмазів в робочому шарі вище, ніж у перехідному шарі. У кожному буровому інструменті є щонайменше один такий ріжучий елемент. Способи виготовлення ріжучих елементів і бурових інструментів включають змішування алмазних кристалів з частинками матриці для формування суміші. Суміш складається так, щоб об'ємний вміст алмазних кристалів було приблизно 50% або більше твердої речовини в суміші. Суміш спікається для формування робочого шару ріжучого елемента, в якому щонайменше по суті відсутня полікристалічний алмазний матеріал і який містить алмазні кристали, дисперговані у безперервній матричній фазі, сформованої з частинок матриці. 3 н. і 17

Фрезерна насадка для різця зі вставками з полікристалічного алмазного композиту

Група винаходів відноситься до пристроїв і способів для фрезерування і свердління породи. Забезпечує захист поверхні різців, ефективне і швидке фрезерування, від'єднання фрезерних насадок від різців. Пристрій для фрезерування і свердління породи містить: конструкцію насадки, зконфігуровану для установки на PDC-різець, що включає шар алмазної пластини і нижележащий шар підкладки, при цьому конструкція насадки включає першу частину, виконану так, щоб перекривати лицьову поверхню шару алмазної пластини, не приєднуючись до неї, та другу частину, що тягнеться перпендикулярно з першої частини, щоб перекривати і приєднуватися до зовнішньої граничної поверхні нижчого шару підкладки. Спосіб фрезерування і свердління породи містить стадії, на яких надають бурову коронку з PDC-різцями, деякі з різців включають фрезеровальную насадку, приєднану до PDC-різцю, але не поверхню пластини алмазним PDC-різця; використовують фрезеровальную насадку для виконання операцій спадного фрезерування; і продовжують буріння ґрунтової породи тієї ж бурової коронкою після завершення операції спадного фрезерування, при цьому буріння ґрунтової породи призводить до ра з.п. ф-ли, 13 іл.
Up!