Результат интеллектуальной деятельности: ПРОМЫВОЧНЫЙ УЗЕЛ БУРОВОГО ДОЛОТА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, преимущественно, гидромониторного типа, а именно к их промывочным узлам.

Известен промывочный узел бурового долота, включающий корпус с каналом для подачи очистного агента, гнездом под насадку и кольцевой канавкой, превышающий двойную толщину стопорного разрезного кольца, концы которого выполнены в виде соединения «шип-паз» и размещенное между дном гнезда и торцом насадки уплотнительное кольцо (см SU 1148956, МПК Е21В 10/18, 07.04.1985).

Недостатком данного промывочного узла является недостаточная надежность в работе, связанная с возможностью размыва концевых участков стопорного кольца отраженным потоком промывочной жидкости и увеличением радиально сжимающих усилий, действующих на стопорное кольцо и выдавливающих его из гнезда из-за увеличенной толщины кольцевой канавки.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является промывочный узел бурового долота, содержащий корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, и установленные в гнезде насадку с уплотнительным элементом и размещенный в кольцевой расточке гнезда стопор (в виде стопорного разрезного кольца) с фиксатором (SU 1601310, МПК Е21В 10/18, 23.10.1990).

Данный промывочный узел имеет достаточно высокую надежность в работе за счет использования фиксатора в виде выступа на верхнем торце стопорного кольца, предотвращающего выдавливание насадки из гнезда корпуса.

К недостаткам его можно отнести сравнительно высокую сложность монтажа и демонтажа, так как для установки стопорного кольца необходимо деформировать уплотнительный элемент на величину бурта стопорного кольца. Другим недостатком известного устройства является его гидравлическое несовершенство, связанное с образованием свободной полости между торцом насадки и дном гнезда. При сильных перепадах давления в этой зоне это может привести к размыву размещенного в этой полости уплотнительного кольца и, как следствие, к разгерметизации промывочного узла.

В связи с вышеизложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы промывочного узла за счет упрощения его монтажа и демонтажа, за счет надежной его фиксации и за счет улучшения гидравлического совершенства.

Указанный технический результат решается тем, что по первому варианту в промывочном узле бурового долота, содержащем корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, установленные в гнезде насадку с уплотнительным элементом и размещенное в кольцевой расточке гнезда стопорное разрезное кольцо, фиксирующий узел, согласно первому варианту фиксирующий узел состоит из пластины, щеколды и защитного кожуха, при этом один из концевых участков стопорного разрезного кольца снабжен пластиной, жестко соединенной со стопорным разрезным кольцом и выполненной с глухим пазом на верхнем торце, а другой концевой участок стопорного разрезного кольца снабжен щеколдой, соединенной со стопорным разрезным кольцом с возможностью поворота посредством оси, при этом свободный конец щеколды в рабочем положении размещен в пазу пластины для взаимодействия с боковой стенкой пластины и закреплен относительно пластины посредством винта, причем щеколда и пластина для этого закрепления имеют соосные отверстия и внутреннюю резьбу в отверстии пластины, кроме того, защитный кожух выполнен цилиндрическим двухступенчатым с внутренним каналом, ступень большего диаметра имеет наружную резьбу, ответную внутренней резьбе в гнезде промывочного узла, и своим торцом в рабочем положении поджимает пластину и щеколду к стопорному разрезному кольцу и насадке, а ступень меньшего диаметра оканчивается возле торца насадки и своим торцом в рабочем положении поджимает насадку к корпусу промывочного узла посредством упругого элемента в виде уплотнительного кольца, жестко закрепленного в кольцевой проточке на том торце насадки, который взаимодействует с торцом ступени меньшего диаметра защитного кожуха, причем пластина и щеколда находятся в пространстве между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда, на выходном торце защитного кожуха имеются прорези под ключ, а указанное пространство между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда заполнено консистентной смазкой.

Согласно второму варианту промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, установленные в гнезде насадку с уплотнительным элементом и размещенный в кольцевой расточке гнезда стопор, а также фиксирующий узел. Отличием по второму варианту является то, что стопор состоит из двух шарнирно соединенных полуколец со свободным концевым участком на каждом, причем фиксирующий узел состоит из пластины, щеколды и защитного кожуха, при этом свободный концевой участок одного полукольца снабжен пластиной, жестко соединенной с этим полукольцом и выполненной с глухим пазом на верхнем торце, а свободный концевой участок второго полукольца снабжен щеколдой, соединенной с этим полукольцом с возможностью поворота посредством оси, при этом свободный конец щеколды в рабочем положении размещен в пазу пластины для взаимодействия с боковой стенкой пластины и закреплен относительно пластины посредством винта, причем щеколда и пластина для этого закрепления имеют соосные отверстия и внутреннюю резьбу в отверстии пластины, защитный кожух выполнен цилиндрическим двухступенчатым с внутренним каналом, ступень большего диаметра имеет наружную резьбу, ответную внутренней резьбе в гнезде промывочного узла, и своим торцом в рабочем положении поджимает пластину и щеколду к стопору и насадке, а ступень меньшего диаметра оканчивается возле торца насадки и своим торцом в рабочем положении поджимает насадку к корпусу промывочного узла посредством упругого элемента в виде уплотнительного кольца, жестко закрепленного в кольцевой проточке на том торце насадки, который взаимодействует с торцом ступени меньшего диаметра защитного кожуха, причем пластина и щеколда находятся в пространстве между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда, на выходном торце защитного кожуха имеются прорези под ключ, а указанное пространство между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда заполнено консистентной смазкой.

Такое выполнение промывочного узла позволяет, при одновременном улучшении гидродинамических характеристик промывочного узла и сохранении высокой надежности его работы, упростить его монтаж и демонтаж и в целом - повысить эффективность работы бурового долота.

На фиг. 1 изображен общий вид промывочного узла в разрезе; на фиг. 2 - вид снизу без защитного кожуха (для наглядности); на фиг. 3 - стопор в виде двух шарнирно закрепленных между собой полуколец; на фиг. 4 - стопор в виде стопорного разрезного кольца; на фиг. 5 - пластина в увеличенном масштабе; на фиг. 6 - щеколда в увеличенном масштабе.

Согласно первому варианту, промывочный узел бурового долота содержит корпус 1 (фиг. 1, 2) с каналом 2 и гнездом 3 под насадку 4, выполненным с кольцевой расточкой 5 под стопор в виде стопорного разрезного кольца 6 (фиг. 1, 2, 4). В гнезде 3 установлены насадка 4 с уплотнительным элементом 7. Фиксирующий узел 8 фиксирует стопор от возможных перемещений. Фиксирующий узел 8 состоит из пластины 9 (фиг. 5), щеколды 11 (фиг. 6) и защитного кожуха 16 (фиг. 1). При этом один из концевых участков 20 стопорного разрезного кольца 6 снабжен пластиной 9, жестко соединенной со стопорным разрезным кольцом 6 и выполненной с глухим пазом 10 на верхнем торце, а другой концевой участок 21 стопорного разрезного кольца 6 снабжен щеколдой 11, соединенной с кольцом 6 с возможностью поворота посредством оси 12, при этом свободный конец щеколды 11 в рабочем положении размещен в пазу 10 пластины 9 для взаимодействия с боковой стенкой пластины (в случае сжатия стопорного кольца 6) и закреплен относительно пластины посредством винта 15. Щеколда 11 и пластина 9 для этого закрепления имеют соосные отверстия 13,14 и внутреннюю резьбу в отверстии 14 пластины. Винт 15 вкручивается в резьбу отверстия 14 и своим концом свободно входит в отверстие 13, фиксируя щеколду 11 от проворота вокруг оси 12.

Защитный кожух 16 выполнен цилиндрическим двухступенчатым с внутренним каналом 25 для прохода промывочной жидкости после насадки 4 к забою. Ступень большего диаметра (см. фиг. 1) имеет наружную резьбу 17, ответную внутренней резьбе в гнезде 3 промывочного узла, и своим торцом в рабочем положении эта ступень поджимает пластину 9 и щеколду 11 к стопорному разрезному кольцу 6 и насадке 4, предотвращая возможное разъединение перечисленных элементов. Ступень меньшего диаметра оканчивается возле торца насадки 4 и своим торцом в рабочем положении поджимает насадку 4 к корпусу 1 промывочного узла посредством упругого элемента в виде уплотнительного кольца 27, жестко закрепленного (запрессованного, приклеенного, привулканизированного и т.п.) в кольцевой проточке 28 на том торце насадки 4, который взаимодействует с торцом ступени меньшего диаметра защитного кожуха 16. Уплотнительное кольцо 27 не дает промывочной жидкости попасть в пространство между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда 3, тем самым предотвращая разрушение фиксирующего узла 8 и обеспечивая гидравлическое совершенство. Пластина 9 и щеколда 11 находятся в пространстве между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда 3. На выходном (выступающем из гнезда или утопленном, или расположенном заподлицо) торце защитного кожуха имеются прорези 26 под ключ. Указанное пространство между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда 3 заполнено консистентной смазкой (например, литол, солидол и другие более высокотемпературные консистентные смазки) для невозможности попадания в эту полость промывочного раствора. Такое выполнение защитного кожуха обеспечивает дополнительную фиксацию насадки в промывочном узле и защиту от промывочной жидкости всех внутренних крепежных элементов, то есть обеспечивает гидравлическое совершенство.

Согласно второму варианту, вместо стопорного разрезного кольца 6 (фиг. 4) используется там же стопор, выполненный из двух шарнирно соединенных полуколец 18 и 24 (например, с помощью шарнира-оси 19) со свободным концевым участком на каждом (поз. 22 и 23 на фиг. 3). Фиксирующий узел 8 фиксирует стопор от возможных перемещений. Свободный концевой участок 22 полукольца 24 снабжен пластиной 9, жестко соединенной с этим полукольцом 24 и выполненной с глухим пазом 10 на верхнем торце. Свободный концевой участок 23 второго полукольца 23 снабжен щеколдой 11, соединенной с этим полукольцом 23 с возможностью поворота посредством оси 12. Остальные элементы и их взаимосвязь аналогичны первому варианту выполнения. Полукольца в данном варианте не имеют упругих деформаций в рабочем положении, которые имеет разрезное кольцо по первому варианту, что обеспечивает еще бόльшую безотказность в работе и облегчение монтажа-демонтажа.

Монтаж промывочного узла осуществляется следующим образом. В гнезде 3 устанавливают уплотнительный элемент 7 и насадку 4. После этого сжимают стопорное кольцо 6, устанавливают его в кольцевой расточке 5 гнезда 3 и крепят от радиального сжатия фиксирующим узлом 8. Либо сдвигают два шарнирно закрепленных друг с другом полукольца 18 и 24, устанавливают их в кольцевой расточке 5 гнезда 3 и крепят от радиального сдвига фиксирующим узлом 8. С этой целью совмещают щеколду 11 с пазом 10 и фиксируют там щеколду 11. Таким образом, использование фиксирующего узла 8 исключает возможность сжатия стопорного кольца 6 или сдвига полуколец по шарниру 19, а следовательно, предотвращает вероятность выпадения насадки 4 из гнезда 3, вызываемого радиальной составляющей осевого усилия от перепада давления промывочной жидкости на насадке 4, возникающей из-за наличия монтажных допусков и неточности изготовления как самого стопорного кольца 6, так и кольцевых расточек 5 под него. Винт 15 дополнительно закрепляет щеколду с пластиной и препятствует провороту относительно оси 12. Наличие внутренней резьбы только в отверстии 14 пластины облегчает монтаж, поскольку винт 15 легко навинтить на открытую поверхность пластины (при еще не навернутом защитном кожухе). Затем пространство фиксирующего узла заполняют смазкой и ключом навинчивают защитный чехол (при помощи прорезей 26 на выходном торце защитного кожуха под ключ), тем самым полностью предотвращая попадание промывочной жидкости в элементы крепления и дополнительно фиксируя их. Промывочная жидкость тем самым без помех попадает на забой, обеспечивая гидравлическое совершенство промывочного узла.

Демонтаж промывочного узла осуществляют в обратной последовательности, т.е. вначале выкручивают защитную втулку 16, затем выкручивают винт 15, освобождают щеколду 11, затем снимают стопорное разрезное кольцо 6, а после этого производят замену изношенных элементов: насадки 4, стопора 6 или 18 с 24 и уплотнительного элемента 7.

Применение предложенного узла упрощает его монтаж и демонтаж, улучшает гидродинамику промывочного узла и сохраняет надежность его работы, повышая тем самым эффективность работы долота в целом.