RU2013515C1

RU2013515C1 - Drill collar lubricator

Info

Publication number: RU2013515C1
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Евсеев
Original assignee: Евсеев Юрий Васильевич
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: drilling technique. SUBSTANCE: lubricator includes hollow case having a lubricant tank connected through axial channels to drilling bit rolling cutter bearing assembly chamber. There are a filling assembly and a differential dosing device disposed between the tank and the drilling bit. The differential dosing device has an adjusting stop member with an axle, a movable rod, a spring located between them, and two valves made in the form of rods having grooves on their external surfaces, all disposed within one chamber. As the lubricant is supplied, the grooves are aligned with the case axial channels. One valve is mounted for interaction with the rod, another - with the adjusting stop member through an eccentric washer and a spring-actuated clamp attached to a rod end. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту для бурения скважин, а именно к устройствам для смазки опор шарошки. The invention relates to a cone rock cutting tool for drilling wells, and in particular to devices for lubricating cone supports.

Известен узел для смазки опор шарошечного долота, содержащий резервуар с отверстием в днище, расположенный в корпусе долота и заполненный смазывающим веществом, основную диафрагму, закрепленную на кромке резервуара и расположенную поверх смазывающего вещества, при этом узел снабжен перфорированным элементом, установленным на днище резервуаре, и дополнительной диафрагмой, размещенной под основной, причем объем между основной и дополнительной диафрагмами заполнен смазывающим веществом с газогерметизирующими свойствами. A known assembly for lubricating the bearings of a cone bit, comprising a reservoir with an opening in the bottom located in the body of the bit and filled with a lubricant, a main diaphragm mounted on the edge of the reservoir and located on top of the lubricant, the assembly is provided with a perforated element mounted on the bottom of the reservoir, and additional diaphragm located under the main, and the volume between the main and additional diaphragms is filled with a lubricant with gas-sealing properties.

Этот узел предназначен для одноразовой заправки смазочным материалом; в случае превышения стойкости долота более расчетной величины шарошечные опоры остаются без смазки, что приводит к выводу из строя опоры шарошек. This unit is intended for one-time filling with lubricant; if the bit resistance exceeds the calculated value, the roller bearings remain without lubrication, which leads to the failure of the roller cones.

Наиболее близким (прототипом) техническим решением к предлагаемому является наддолотный лубрикатор, содержащий корпус и установленные в нем резервуар, заполненный под давлением смазочным материалом, дифференциальный клапан-отсекатель с подвижным штоком и запорным элементом, смазкоподводящие каналы для подачи смазки в опоры шарошки, при этом дифференциальный клапан-отсекатель выполнен с подпружиненной диафрагмой, установленной перпендикулярно оси клапана, и регулировочным упором пружины, а подвижный шток клапана-отсекателя выполнен с перфорированной поверхностью, взаимодействующей с шаровым запорным элементом, и жестко закреплен на подпружиненной диафрагме клапана-отсекателя (авт. св. N 1460179, кл. Е 21 В 10/24, 1986). The closest (prototype) technical solution to the proposed one is an over-bit lubricator containing a body and a reservoir installed in it, filled with a lubricant under pressure, a differential shut-off valve with a movable stem and a shut-off element, lubricating channels for supplying lubricant to the cone bearings, while the differential the shut-off valve is made with a spring-loaded diaphragm mounted perpendicular to the axis of the valve and the spring adjusting stop, and the movable stem of the shut-off valve is made a perforated surface interacting with the spherical locking element and rigidly fixed to the diaphragm spring loaded safety valve (auth. binding. N 1460179, Cl. E 21 B 10/24, 1986).

Недостатком этого устройства является то, что с полостью над подвижным поршнем взаимодействует промывочная жидкость, приводящая к быстрому выходу из строя уплотняющих элементов и зеркала цилиндра емкости смазочного материала. The disadvantage of this device is that flushing fluid interacts with the cavity above the movable piston, leading to the rapid failure of the sealing elements and the cylinder mirror of the lubricant reservoir.

Целью изобретения является повышение надежности лубрикатора и увеличение долговечности работы опор шарошечного долота. The aim of the invention is to increase the reliability of the lubricator and increase the durability of the bearings of the cone bit.

Указанная цель достигается тем, что в наддолотном лубрикаторе, содержащем корпус с осевым каналом и резервуаром для смазочного материала, заправочный узел, дифференциально-дозирующее устройство с регулировочным упором с осью, дозирующей полостью и пружиной, подвижным штоком, взаимодействующим с клапанами и смазкоподающими каналами, сообщенными с резервуаром и опорами долота, дифференциально-дозирующее устройство снабжено дополнительным клапаном и эксцентриковой шайбой, основной и дополнительный клапаны выполнены в виде подвижных стержней с проточками на боковой поверхности, причем основной клапан снабжен выступом на наружной поверхности, а дополнительный - эксцентричной подпружиненной скобой на конце, шток выполнен в виде полого ступенчатого поршня с кольцевой проточкой под выступ основного клапана, при этом пружина установлена в полости поршня между его дном и регулировочным упором, а эксцентричная шайба - на оси регулировочного упора с возможностью взаимодействия с подпружиненной скобой. This goal is achieved by the fact that in the above-bit lubricator containing a housing with an axial channel and a reservoir for lubricant, a fueling unit, a differential metering device with an adjustment stop with an axis, a metering cavity and a spring, a movable rod interacting with valves and lubricating channels communicated with a reservoir and chisel supports, the differential metering device is equipped with an additional valve and an eccentric washer, the main and additional valves are made in the form of movable rods with grooves on the side surface, and the main valve is equipped with a protrusion on the outer surface, and the additional one has an eccentric spring-loaded bracket at the end, the rod is made in the form of a hollow stepped piston with an annular groove under the protrusion of the main valve, while the spring is installed in the piston cavity between its bottom and adjusting emphasis, and the eccentric washer - on the axis of the adjusting emphasis with the possibility of interaction with a spring-loaded bracket.

На фиг. 1 изображен наддолотный лубрикатор, общий вид; на фиг. 2 - заправочное приспособление и дифференциально-дозирующее устройство, наддолотного лубрикатора в сборе; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 4. Лубрикатор содержит корпус 1, долото 2, резервуар 3 для смазочного материала, заправочное приспособление 4, дифференциально-дозирующее устройство 5, штуцер 6, патрубок 7 резервуара 3 для смазочного материала, перфорированный патрубок 8, пресс-масленку 9, шайбу 10 крепления пресс-масленки, распорное кольцо 11, прижимную шайбу 12, заправочную полость 13, кольцо 14, герметизирующую шайбу 15, корпус 16 дифференциально-дозирующего устройства 5, основной клапан 17, канал 18, дозирующую цилиндрическую полость 19, подвижный шток-поршень 20, буртики 21, кольцевую проточку 22, выступ 23 основного клапана 17, полость 24 поршня, пружину 25, регулированный упор с осью 26, шайбу 27, эластичную диафрагму 28, эксцентриковую шайбу 29, гайку 30, контргайку 31, распорно-упорное кольцо 32. распорное кольцо 33, перфорированную резьбовую гайку 34, кольцевое углубление (впуск) 35, фиксатор 36 положения основного клапана 17, дополнительный клапан 37, канал 38 лубрикатора, канал 39 шарошечного долота, проточку 40, дозирующий канал 41, выпускной канал 42 дозирующей полости 19 цилиндра, эксцентриковую подпружиненную скобу 43, углубление 44 для пружины 45, узел 46 герметизации, шарошку 47, кольцевую проточку 48 впускного клапана, крайнее левое положение 49 хода поршня, кольцевое углубление 50 фиксации впускного клапана, осевой канал 51 лубрикатора, окна 52 перфорированно-резьбой гайки 34. In FIG. 1 shows a pre-bit lubricator, general view; in FIG. 2 - refueling device and differential metering device, over-bit lubricator assembly; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 2; in FIG. 5 is a section GG in FIG. 4. The lubricator contains a housing 1, a chisel 2, a reservoir 3 for lubricant, a filling device 4, a differential metering device 5, a fitting 6, a nozzle 7 of the reservoir 3 for a lubricant, a perforated nozzle 8, a grease nipple 9, a washer 10 for mounting the press -oils, spacer ring 11, pressure washer 12, refueling cavity 13, ring 14, sealing washer 15, housing 16 of the differential metering device 5, main valve 17, channel 18, dispensing cylindrical cavity 19, movable piston rod 20, flanges 21 ring pr point 22, protrusion 23 of the main valve 17, piston cavity 24, spring 25, adjustable stop with axis 26, washer 27, elastic diaphragm 28, eccentric washer 29, nut 30, lock nut 31, spacer ring 32. spacer ring 33, perforated threaded nut 34, annular recess (inlet) 35, retainer 36 of the main valve 17, additional valve 37, channel 38 of the lubricator, channel 39 roller cone, groove 40, metering channel 41, exhaust channel 42 of the metering cavity 19 of the cylinder, eccentric spring-loaded bracket 43 recess 44 for springs 45, sealing unit 46, cone 47, inlet valve annular groove 48, leftmost piston stroke position 49, inlet valve annular recess 50, axial channel 51 of the lubricator, window 52 with perforated threaded nuts 34.

Наддолотный лубрикатор состоит из корпуса 1, заканчивающегося резьбовой для крепления долота 2. В корпусе 1 расположены резервуар 3 для смазочного материала, заправочное приспособление 4 и дифференциально-дозирующее устройство 5. The above-bit lubricator consists of a housing 1, ending with a threaded one for attaching the bit 2. In the housing 1, there is a reservoir 3 for lubricant, a filling device 4 and a differential metering device 5.

Резервуар 3 содержит штуцер 6, полый патрубок 7 для его крепления в корпусе 1. The tank 3 contains a fitting 6, a hollow pipe 7 for mounting it in the housing 1.

Заправочное приспособление 4 включает пресс-масленку 9. шайбу 10 крепления последней, распорное кольцо 11. прижимную шайбу 12, заправочную полость 13, которая образована распорным кольцом 11 и шайбой 10 крепления пресс-масленки 9. Кольцом 14 и герметизирующей шайбой 15 образована полость заправочного приспособления 4. The filling device 4 includes a grease nipple 9. a washer 10 for fastening the latter, a spacer ring 11. a pressure washer 12, a filling cavity 13, which is formed by a spacer ring 11 and a washer 10 for fastening the grease nipple 9. A ring 14 and a sealing washer 15 form a cavity of the filling device 4.

Дифференциально-дозирующее устройство 5 содержит корпус 16, в теле которого размещен основной клапан 17, связанный с каналом 18, сообщающимся с заправочной полостью 13 и дозирующей цилиндрической полостью 19 устройства 5. В полости 19 размещен дифференциально-подпружиненный шток-поршень 20 с буртиками 21, образующими на наружной поверхности штока-поршня 20 кольцевую проточку 22, в которой размещен выступ 23 упора основного клапана 17. В полости 24 штока-поршня 20 установлена пружина 25 между дном штока-поршня 20 и регулировочным упором с осью 26. На регулировочном упоре с осью 26 с помощью шайбы 27 и эластичной диафрагмы 28 закреплена эксцентриковая шайба 29. Эластичная диафрагма 28 закреплена на регулировочном упоре с осью 26 с помощью резьбовой гайки 30 и контргайки 31. Эластичная диафрагма 28 установлена между распорно-упорным кольцом 32 и распорным кольцом 33 и перфорированной резьбовой гайкой 34, которые закреплены в корпусе лубрикатора, при этом распорно-упорное кольцо жестко прилегает к торцу дифференциально-дозирующего устройства 5. The differential metering device 5 comprises a housing 16, in the body of which there is a main valve 17 connected to a channel 18 communicating with the filling cavity 13 and the metering cylindrical cavity 19 of the device 5. In the cavity 19 there is a differential-spring-loaded piston rod 20 with flanges 21, forming an annular groove 22 on the outer surface of the piston rod 20, in which a protrusion 23 of the stop of the main valve 17 is placed. A spring 25 is installed in the cavity 24 of the piston rod 20 between the bottom of the piston rod 20 and the adjusting stop with an axis 26. The eccentric washer 29 is fixed to the lug stop with the axis 26 using the washer 27 and the elastic diaphragm 28. The elastic diaphragm 28 is fixed to the adjusting stop with the axis 26 using the threaded nut 30 and the lock nut 31. The elastic diaphragm 28 is installed between the spacer ring 32 and the spacer ring 33 and a perforated threaded nut 34, which are fixed in the housing of the lubricator, while the spacer ring is rigidly adjacent to the end face of the differential metering device 5.

В распорно-упорном кольце 32 выполнены кольцевые углубления 35 для фиксатора 36 положения основного клапана 17. In the spacer ring 32, annular recesses 35 are made for the retainer 36 of the main valve 17.

Дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 расположен в теле корпуса 16 дифференциально-дозирующего устройства 5 и связан с дозирующей цилиндрической полостью 19 и через канал 38 лубрикатора с каналом 39 шарошечного долота 2. The differential-centrifugal auxiliary valve 37 is located in the body of the housing 16 of the differential metering device 5 and is connected to the metering cylindrical cavity 19 and through the channel 38 of the lubricator with the channel 39 of the roller bit 2.

Дополнительный дифференциально-центробежный клапан 37 имеет с одной стороны проточку 40, сообщенную с выходным каналом 38 лубрикатора и дозирующим каналом 41, который выполнен под углом (в зависимости от геометрических параметров устройства 5) к оси вращения дополнительного дифференциально-центробежного клапана 37. Канал 38, проточка 40 и дозирующий канал 41 в сопряжении имеют одинаковое сечение, при этом дозирующий канал 41 выполнен с переменным сечением (сужением) в сторону выпускного канала 38. Клапан 37 с другой стороны содержит эксцентриковую подпружиненную скобу 43, закрепленную на дополнительном клапане 37 и имеющую углубление 44 с размещенной в нем пружиной 45. The additional differential-centrifugal valve 37 has on one side a groove 40 connected with the output channel 38 of the lubricator and the metering channel 41, which is made at an angle (depending on the geometric parameters of the device 5) to the axis of rotation of the additional differential-centrifugal valve 37. Channel 38, the groove 40 and the metering channel 41 in conjunction have the same cross-section, while the metering channel 41 is made with a variable cross-section (narrowing) towards the outlet channel 38. The valve 37 on the other hand contains an eccentric a spring-loaded bracket 43 mounted on an additional valve 37 and having a recess 44 with a spring 45 placed therein.

Долото 2 включает узел 46 герметизации шарошки 47, связанный с каналом 39 и смазкоподающей системой всего лубрикатора. The bit 2 includes a node 46 sealing cones 47, associated with the channel 39 and the lubricating system of the entire lubricator.

Нраддолотный лубрикатор работает следующим образом. Nradolotnoy lubricator operates as follows.

Лубрикатор перед спуском в скважину заправляют смазочным материалом через заправочное приспособление 4, предварительно сняв герметизирующую шайбу 15. Заправку смазочного материала производят через пресс-масленку 9, при этом смазочный материал поступает в заправочную полость 13 через штуцер 6 и резервуар для смазочного материала, далее через канал 18, кольцевую проточку 48 основного клапана 17 он поступает в дозирующую цилиндрическую полость 19 дифференциально-дозирующего устройства 5. При этом шток-поршень 20 с буртиками 21 занимает крайнее левое положение 49 (на фиг. 2 показано пунктиром), так как пружина 25 находится в разжатом состоянии, опираясь одним концом на регулировочный упор с осью 26, а другим на дно полости 24 штока-поршня 20. Дополнительный клапан 17 занимает также крайнее левое положение, при этом кольцевая проточка 48 совмещена с отверстием канала 18 и дозирующей цилиндрической полостью 19 дифференциально-дозирующего устройства 5. Before lowering the lubricator, the lubricator is filled with lubricant through the filling device 4, having previously removed the sealing washer 15. The lubricant is filled through the lubricator 9, and the lubricant enters the filling cavity 13 through the nozzle 6 and the lubricant reservoir, then through the channel 18, the annular groove 48 of the main valve 17, it enters the metering cylindrical cavity 19 of the differential metering device 5. In this case, the piston rod 20 with flanges 21 occupies the extreme le the fourth position 49 (shown in dotted lines in FIG. 2), since the spring 25 is in the open position, resting one end on the adjusting stop with the axis 26 and the other on the bottom of the cavity 24 of the piston rod 20. The additional valve 17 also occupies the extreme left position wherein the annular groove 48 is aligned with the opening of the channel 18 and the metering cylindrical cavity 19 of the differential metering device 5.

Дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 находится в закрытом состоянии, если лубрикатор не вращается, так как дозирующий канал 41 (фиг. 4) совмещается с выпускным каналом 42 только за счет центробежных сил, возникающих при вращении лубрикатора. The differential-centrifugal auxiliary valve 37 is in the closed state if the lubricator does not rotate, since the metering channel 41 (Fig. 4) is aligned with the outlet channel 42 only due to the centrifugal forces arising from the rotation of the lubricator.

Количество заполняемой смазки в резервуар 3 для смазочного материала выбирают в зависимости от конкретных условий бурения скважины. После заполнения смазочным материалом резервуара 3, заправочной полости 13 и дозирующей цилиндрической полости 19 производят регулирование усилия сжатия пружины 25, для чего снимают перфорированную резьбовую гайку 34, ослабляют контргайку 31 и гайку 30 и, вращая регулировочный упор, обеспечивают такое усилие сжатия пружины 25, чтобы узел 46 герметизации шарошки 47 раскрылся. Затягивают гайку 30, контргайку 31 и устанавливают резьбовую гайку 34 на место. В дозирующей цилиндрической полости 19 измеряют давление и по его величине рассчитывают оптимальный перепад давления в межтрубном пространстве во время работы долота. The amount of lubricant to be filled into the lubricant reservoir 3 is selected depending on the specific conditions of the well drilling. After filling the reservoir 3, the filling cavity 13 and the metering cylindrical cavity 19 with lubricant, the compression force of the spring 25 is adjusted, for which the perforated threaded nut 34 is removed, the lock nut 31 and the nut 30 are loosened and, by turning the adjusting stop, provide such a compression force of the spring 25 so that node 46 sealing cones 47 opened. Tighten nut 30, lock nut 31, and install threaded nut 34 in place. The pressure is measured in the metering cylindrical cavity 19 and the optimum pressure drop in the annulus during the operation of the bit is calculated from its value.

При опускании лубрикатора в скважину давление промывочной жидкости или воздуха, создаваемое насосом или компрессором (не показаны) и столбом жидкости, находящейся в осевом трубном канале 51, действует на резервуар 3 для смазочного материала через перфорированный патрубок 8 с фланцем, в результате давление в резервуаре 3 создается такое же, как и у столба промывочной жидкости или воздуха, находящихся в осевом канале 51 лубрикатора. Под действием этого давления смазочный материал за счет увеличения давления поступает в заправочную полость 13 и через впускной канала 18 в дозирующую цилиндрическую полость 19 дифференциально-дозирующего устройства 5. Шток-поршень 20 с буртиками 21 перемещается вправо, сжимая пружину 25 и взаимодействуя буртиками 21 с выступом 23 основного клапана, перемещает основной клапан 17 также вправо, при этом кольцевая проточка 48 смещается и перекрывает доступ смазочного материала из канала 18 в дозирующую цилиндрическую полость 19 дифференциально-дозирующего устройства 5, фиксатор 36 положения основного клапана 17 устанавливается в кольцевое углубление 50 фиксации основного клапана 17 в положение закрыто. When the lubricator is lowered into the well, the pressure of the flushing fluid or air created by the pump or compressor (not shown) and the column of fluid located in the axial pipe channel 51 acts on the reservoir 3 for lubricant through the perforated nozzle 8 with a flange, resulting in pressure in the reservoir 3 creates the same as that of a column of flushing fluid or air located in the axial channel 51 of the lubricator. Under the influence of this pressure, the lubricant, by increasing the pressure, enters the filling cavity 13 and through the inlet channel 18 into the metering cylindrical cavity 19 of the differential metering device 5. The piston rod 20 with the flanges 21 moves to the right, compressing the spring 25 and interacting with the flanges 21 with the protrusion 23 of the main valve, moves the main valve 17 also to the right, while the annular groove 48 is displaced and blocks the access of lubricant from the channel 18 to the metering cylindrical cavity 19 of the differential dosage device 5, the latch 36 of the position of the main valve 17 is installed in the annular recess 50 of the fixation of the main valve 17 in the closed position.

Из дозирующей цилиндрической полости 19 под действием штока-поршня 20, на который действует пружина 25, смазочный материал поступает через канал 42, дополнительный клапан 37, последний за счет центробежных сил, действующих на эксцентриковую скобу 43 и эксцентриковую шайбу 29, поворачивает дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 вокруг своей оси (фиг. 4), при этом дозирующий канал 41 совмещается с каналом 39, долотом 2 и далее с опорой шарошки 47. Поскольку дозирующий канал 41 выполнен с переменным сечением (фиг. 4), то при увеличении числа оборотов лубрикатора поступление смазки в опору шарошки происходит с большей интенсивностью за счет большего совмещения дозирующего канала 41 с выпускным каналом 42 дозирующей цилиндрической полости 19. From the metering cylindrical cavity 19 under the action of the piston rod 20, on which the spring 25 acts, the lubricant enters through the channel 42, an additional valve 37, the latter, due to the centrifugal forces acting on the eccentric bracket 43 and the eccentric washer 29, rotates the differential-centrifugal additional the valve 37 is about its axis (Fig. 4), while the metering channel 41 is aligned with the channel 39, the bit 2 and then with the support of the cone 47. Since the metering channel 41 is made with a variable cross-section (Fig. 4), with increasing number Orochi lubricator lubricant flow occurs in the cutter support with greater intensity due to a larger overlapping of the metering channel 41 to the outlet 42 of the metering cylinder cavity 19.

После того как смазка в дозирующей цилиндрической полости 19 израсходована, шток-поршень 20 и основной клапан 17 занимают крайнее левое положение и процесс наполнения смазочным материалом полости 19 повторяется. Циклы наполнения дозирующей цилиндрической полости 19 повторяются до тех пор, пока в камере 3 имеется смазочный материал. Если в процессе бурения необходимо заменить буровое долото 2, а смазочный материал в камере 3 не израсходован, то за счет того, что дифференциально-центробежный дополнительный клапан 37 открывается только при вращающемся лубрикаторе, вытекания смазочного материала из камеры 3 не происходит. After the lubricant in the metering cylindrical cavity 19 is used up, the piston rod 20 and the main valve 17 occupy the leftmost position and the filling process of the cavity 19 with lubricant is repeated. The filling cycles of the metering cylindrical cavity 19 are repeated until there is a lubricant in the chamber 3. If during the drilling process it is necessary to replace the drill bit 2, and the lubricant in the chamber 3 is not used up, due to the fact that the differential-centrifugal auxiliary valve 37 opens only with a rotating lubricator, the lubricant does not leak out of the chamber 3.

Преимущества заявляемого устройства по сравнению с прототипом приведены в таблице. The advantages of the claimed device compared to the prototype are shown in the table.

Claims

A DOUBLE-LUBRICATOR LUBRICATOR comprising a housing with an axial channel and a reservoir for lubricant, a filling unit, a differential metering device with an adjustment stop with an axis and a spring, a metering cavity, a movable stem interacting with a valve and lubricating channels communicating with the reservoir and the bit supports, the fact that, in order to increase reliability, the differential metering device is equipped with an additional valve and an eccentric washer, the main and additional valves are made in the form of movable rods with grooves on the side surface, the main valve having a protrusion on the outer surface, and the additional one with an eccentric spring-loaded bracket at the end, the rod is made in the form of a hollow stepped piston with an annular groove under the protrusion of the main piston, and the spring is installed in the piston cavity between its bottom and an adjusting emphasis, and an eccentric washer - on an axis of an adjusting emphasis with a possibility of interaction with a spring-loaded bracket.