RU2390617C1

RU2390617C1 - Drilling triple cone rock bit

Info

Publication number: RU2390617C1
Application number: RU2009105796/03A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Геннадьевич Смирнов (RU); Вячеслав Геннадьевич Смирнов; Игорь Вячеславович Смирнов (RU); Игорь Вячеславович Смирнов; Виталий Игоревич Кремилев (RU); Виталий Игоревич Кремилев; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-05-27

Abstract

FIELD: construction. ^ SUBSTANCE: invention relates to rock-breaking tool, namely to drilling cone rock bits, mostly of low diametre. Drilling triple cone rock bit includes legs with inclined journals and cutters installed on them by means of locking bearing with additional top cones, on which one hard-alloy tooth is fixed. Distance s1 from point of crossing of axis of teeth in collar close to top tooth, with generatrix of the main cone of body till axis of bit is identified through mathematical formula. ^ EFFECT: reduced energy intensity of rock breaking due to elimination of rack in bottomhole, which in its turn results in improved drilling and mechanical speed of drilling. ^ 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым трехшарошечным долотам, преимущественно малого диаметра.The invention relates to a rock cutting tool, namely to three-cone drill bits, mainly of small diameter.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки с твердосплавными зубками на венцах (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота. М.: Недра, 1971 г., с.161, рис.У1.5).A three-cone drill bit is known, which includes a body and conical cones with carbide teeth on the crowns (see Paliy P.A. and Korneev K.E. Drill bits. M: Nedra, 1971, p. 161, Fig. )

Недостатком этого долота является малый ресурс его работы из-за низкой эффективности разрушения породы в центральной части забоя.The disadvantage of this bit is the small resource of its work due to the low efficiency of rock destruction in the central part of the face.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое трехшарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением и дополнительными вершинными конусами с одним твердосплавным зубком (см. авт.св. СССР №1460177, кл. E21B 10/16, 1989 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a three-cone drill bit, including paws with inclined trunnions, on which conical cones with carbide armaments and additional vertex cones with one carbide tooth are mounted using a lock bearing (see Autost. USSR No. 1460177 , CL E21B 10/16, 1989).

Данное долото благодаря более рациональной схеме расположения вершинного твердосплавного зубка повышает ресурс работы долота.This bit due to a more rational arrangement of the vertex carbide tooth increases the life of the bit.

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса разрушения породы, что связано с образованием рейки в центральной части забоя. Это особенно сказывается при использовании долот малого диаметра, в которых все размеры элементов вооружения строго ограничены, причем, в первую очередь, это относится к вооружению вершинной части шарошек.The disadvantages of this bit include the relatively high energy intensity of the rock destruction process, which is associated with the formation of a lath in the central part of the face. This is especially true when using small-diameter bits, in which all sizes of weapon elements are strictly limited, and, first of all, this applies to armament of the top part of cones.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы путем оптимизации схемы расположения зубков на близлежащем к вершинному зубку венце.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the bit by reducing the energy consumption of the process of rock destruction by optimizing the arrangement of the teeth on the crown adjacent to the top tooth.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом трехшарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, на которых посредством замкового подшипника установлены конические шарошки с твердосплавным вооружением и дополнительными вершинными конусами с одним твердосплавным зубком, согласно изобретению расстояние S₁ от точки пересечения оси зубка венца, близлежащего к вершинному зубку, с образующей основного конуса корпуса до оси долота определяется по формуле:The technical result is achieved by the fact that in the three-cone drill bit, including paws with inclined pins, on which conical cones with carbide arms and additional vertex cones with one carbide tooth are installed by means of a lock bearing, according to the invention, the distance S ₁ from the point of intersection of the crown tooth axis, adjacent to the vertex tooth, with the generatrix of the main cone of the body to the axis of the bit is determined by the formula:

S₁=(30d_з·sinα)±1, мм,S ₁ = (30d _s · sinα) ± 1, mm,

где d₃ - диаметр зубков венца, близлежащего к вершинному зубку, мм;where d ₃ - the diameter of the cloves of the crown, adjacent to the apical clove, mm;

α - угол наклона зубков к горизонтальной плоскости, определяемый по формуле:α is the angle of inclination of the teeth to the horizontal plane, determined by the formula:

α=φ+0.5β-90°,α = φ + 0.5β-90 °,

где φ - угол наклона цапфы к оси долота, °;where φ is the angle of the axle to the axis of the bit, °;

β - угол основного конуса шарошки, °.β is the angle of the cone of the cone, °.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что количество зубков n на близлежащем к вершинному зубку венце определяется по формуле:The achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the number of teeth n on the crown adjacent to the vertex tooth is determined by the formula:

n=(360°/β±5°)-1.n = (360 ° / β ± 5 °) -1.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид долота. Буровое трехшарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, на которых посредством замковых подшипников 3 установлены конические шарошки 4 с твердосплавным вооружением и дополнительными вершинными конусами 5 с одним твердосплавным зубком 6. В целях исключения образования рейки в предложенном долоте расстояние S₁ от точки пересечения оси зубков 7 венца, близлежащего к вершинному зубку 6, с образующей основного конуса корпуса 1 до оси долота определяется по формуле:The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the bit. The three-cone drill bit contains a housing 1 with inclined trunnions 2, on which conical cones 4 with carbide armament and additional vertex cones 5 with one carbide tooth 6 are mounted by means of locking bearings 3. In order to prevent the formation of a rail in the proposed bit, the distance S ₁ from the axis intersection point teeth 7 of the crown, adjacent to the apical tooth 6, with the generatrix of the main cone of the housing 1 to the axis of the bit is determined by the formula:

S₁=(30dз·sinα)±1, мм,S ₁ = (30d · sinα) ± 1, mm,

где d_з - диаметр зубков венца, близлежащего к вершинному зубку, мм;where d _z - the diameter of the teeth of the crown, adjacent to the apical tooth, mm;

α=φ+0.5β-90°,α = φ + 0.5β-90 °,

Для повышения эффективности работы долота большое значение имеет вооруженность венца, близлежащего к вершинному зубку 6, определяемое количеством зубков 7, расположенных на указанном венце. Оптимальное количество n зубков 7 на этом венце определяется в соответствии с формулой: n=(360°/β±5°)-1. Величина допуска (±5°) принимается в зависимости от зазоров между донышками зубков 7, а также от их диаметра и величины угла β основного конуса шарошки 4. Угол β связан с углом установки γ зубков 7 (см. фиг.2) зависимостью: γ=β±5°.To improve the performance of the bit, the armament of the crown adjacent to the vertex tooth 6 is of great importance, determined by the number of teeth 7 located on the specified crown. The optimal number n of teeth 7 on this crown is determined in accordance with the formula: n = (360 ° / β ± 5 °) -1. The tolerance value (± 5 °) is taken depending on the gaps between the bottoms of the teeth 7, as well as on their diameter and the angle β of the main cone of the cone 4. The angle β is related to the installation angle γ of the teeth 7 (see FIG. 2) by the dependence: γ = β ± 5 °.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 4 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом зубки 7 венца, количество которых определено по указанной формуле, максимально приближены к вершинному зубку 6, что увеличивает вооруженность шарошек в центральной части забоя и тем самым повышает стойкость долота в целом. Не менее важно и то, что предложенная схема обеспечивает разрушение забоя без образования рейки в центральной части забоя. Разрушение центральной части забоя представляет значительную трудность, особенно по твердым и крепким породам, и связано с образованием так называемой «сахарной головки», резко снижающей механическую скорость бурения. Более эффективное разрушение центральной части забоя значительно снижает энергоемкость процесса разрушения породы.The principle of operation of the bit is as follows. Under the action of axial load and torque, the rock-cutting elements of the cone 4 carry out the destruction of the bottom and calibration of the walls of the well. In this case, the teeth 7 of the crown, the number of which is determined by the specified formula, are as close as possible to the vertex tooth 6, which increases the armament of the cones in the central part of the face and thereby increases the bit resistance as a whole. Equally important, the proposed scheme ensures the destruction of the face without the formation of a rack in the central part of the face. Destruction of the central part of the face presents considerable difficulty, especially for hard and strong rocks, and is associated with the formation of the so-called “sugar head”, which sharply reduces the mechanical drilling speed. More effective destruction of the central part of the face significantly reduces the energy consumption of the process of destruction of the rock.

Таким образом, применение предложенного долота благодаря более оптимальной схеме вооружения вершинной части шарошек позволит повысить проходку и скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.Thus, the use of the proposed bit due to a more optimal armament scheme for the top of the cone will increase the penetration and drilling speed and thereby reduce the cost of drilling.

Claims

1. Drilling three-cone bit, including paws with inclined trunnions, on which conical cones with carbide armament and additional vertex cones with one carbide tooth are installed by means of a lock bearing, characterized in that the distance is S ₁ from the intersection of the axis of the teeth of the crown, adjacent to the vertex a tooth with a generatrix of the main cone of the body to the axis of the bit is determined by the formula
S ₁ = (30d ₃ · sinα) ± 1, mm,
where d ₃ - the diameter of the cloves of the crown, adjacent to the apical clove, mm;
α is the angle of inclination of the teeth to the horizontal plane, determined by the formula
α = φ + 0.5β-90 °,
where φ is the angle of the axle to the axis of the bit, °;
β is the angle of the cone of the cone, °.

2. Drilling three-cone bit according to claim 1, characterized in that the number of teeth - n on the crown adjacent to the vertex tooth is determined by the formula
n = (360 ° / β ± 5 °) -1.