RU2467148C1

RU2467148C1 - Method of mounting roller drill bit bearing

Info

Publication number: RU2467148C1
Application number: RU2011140288/03A
Authority: RU
Inventors: Родион Михайлович Богомолов (RU); Родион Михайлович Богомолов; Виталий Анатольевич Ясашин (RU); Виталий Анатольевич Ясашин; Дмитрий Юрьевич Сериков (RU); Дмитрий Юрьевич Сериков; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2012-11-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to rock cutting tools, namely to roller drill bit bearings. Proposed method comprises fitting roller cutter with annular groove on journal and locking its against axial displacement by lock assembly elements. Prior to fitting roller cutter on journal, lock assembly spring-loaded elements are recessed in journal radial grooves flush with its outer surface and locked thereat. Then, roller cutter is fitted on said journal to align spring-loaded elements with cutter annular grooves and release said elements.

EFFECT: higher efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to bearings of rolling cutter bits.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник «Буровые долота». Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.30).Known support cone bit containing a pin on which through bearings and rolling, one of which is a lock, mounted roller cone with working elements (see the reference book "Drill bits. Pali PA and Korneev K.E., Moscow, Nedra, 1971, p. 175, fig. V1.30).

К недостаткам данного долота следует отнести значительное ослабление цапфы в зоне расположения замкового подшипника, связанное с использованием замкового пальца большого диаметра. Особо это сильно сказывается при использовании долот малого диаметра. Этому также способствует наличие сварного шва на спинке лапы для фиксации замкового пальца. При контакте спинки лапы со стенками скважины наблюдается быстрый износ сварного шва, что может привести к заклиниванию пальца и, как следствие этого, к выходу из строя всей опоры. Крепление замкового пальца сваркой ведет также и быстрому выходу их из строя герметизирующего элемента в опоре долота, устанавливаемого, как правило, у основания цапфы и подверженного из-за этого значительному влиянию высокой температуры, сопутствующей сварочным работам. Все это снижает эффективность работы долота в целом.The disadvantages of this bit include a significant weakening of the trunnion in the area of the location of the lock bearing associated with the use of a lock finger of large diameter. This is especially true when using small diameter bits. This also contributes to the presence of a weld on the back of the paw for fixing the locking finger. Upon contact of the back of the paw with the walls of the well, rapid wear of the weld is observed, which can lead to jamming of the finger and, as a result, to failure of the entire support. The fastening of the locking finger also leads to their quick failure of the sealing element in the support of the bit, which is installed, as a rule, at the base of the pin and, due to this, is significantly affected by the high temperature associated with welding. All this reduces the overall performance of the bit.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, закрепленную на цапфе замковым узлом (см. авт. св. СССР №1588857, кл. Е21В 10/22, 1990 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the cone bit, containing a pin and a cone with an annular bore on the inner surface, fixed on the pin with a locking assembly (see ed. St. USSR No. 1588857, class. E21B 10/22, 1990 g.).

В данном долоте, благодаря исключению канала под замковый палец, значительно повышается прочность цапфы, а также исключаются все негативные явления, связанные с креплением замкового пальца сваркой.In this bit, due to the exclusion of the channel under the locking finger, the trunnion strength is significantly increased, and all the negative phenomena associated with the fastening of the locking finger by welding are eliminated.

Недостатками его являются сложность конструкции и, как следствие, малая надежность в работе, а также трудоемкость изготовления. Все это усугубляется наличием пружинного элемента, который в скважинных условиях быстро выйдет из строя и может стать причиной заклинивания шарошки на цапфе.Its disadvantages are the complexity of the design and, as a consequence, the low reliability in the work, as well as the complexity of manufacturing. All this is exacerbated by the presence of a spring element, which in the well conditions will quickly fail and can cause jamming of the cone on the trunnion.

В авт. св. СССР №1588857 способ монтажа опоры шарошечного долота включает установку на цапфе шарошки с кольцевой расточкой и фиксацию шарошки от осевого перемещения подпружиненными элементами замкового узла.In auth. St. USSR No. 1588857 the method of mounting the support of the cone bit includes mounting on the trunnion trunnion with an annular bore and fixing the cone from axial movement by spring-loaded elements of the lock assembly.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость размещения пружинного элемента в открытой полости между шарошкой и цапфой и восприятие этой пружиной значительных нагрузок, постоянно действующих вдоль оси цапфы. Это неминуемо приведет к быстрому выходу пружинного элемента из строя. В результате этого может произойти заклинивание всей опоры и выход долота из строя. К другим недостаткам прототипа следует отнести и определенную сложность монтажа шарошки на цапфе из-за необходимости значительной деформации упругого элемента. Кроме того, монтаж предложенной опоры требует проведения дополнительных работ, связанных с необходимостью нарезки резьбы на цапфе и запорной втулке.The disadvantages of this method include the need to place the spring element in an open cavity between the roller cone and the pin and the perception by this spring of significant loads that are constantly acting along the axis of the pin. This will inevitably lead to a quick failure of the spring element. As a result of this, jamming of the entire support and failure of the bit may occur. Other disadvantages of the prototype include a certain complexity of mounting the cone on the axle due to the need for significant deformation of the elastic element. In addition, the installation of the proposed support requires additional work related to the need for threading on the trunnion and locking sleeve.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощения конструкции.In accordance with the stated technical objective of the invention is to improve the efficiency of the bit by increasing the stability of its support and simplifying the design.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, согласно изобретению цапфа выполнена с радиальными каналами, а замковый узел образован размещенными в радиальных каналах цапфы подпружиненными элементами, совмещенными в рабочем положении с кольцевой расточкой шарошки.The stated technical problem is solved in that in the support of the cone bit containing the pin and the cone fixed to the pin by the locking unit, according to the invention, the pin is made with radial channels, and the locking unit is formed by spring-loaded elements arranged in the radial channels of the pin combined in the working position with the ring bore cones.

Решению предложенной технической задачи способствует также и то, что:The solution of the proposed technical problem also contributes to the fact that:

- подпружиненные элементы замкового узла выполнены в виде шаров или штифтов со сферической головкой;- spring-loaded elements of the lock node made in the form of balls or pins with a spherical head;

- радиальные каналы цапфы расположены в одной плоскости, перпендикулярной ее оси, и выполнены с одинаковым шагом.- the radial channels of the trunnion are located in the same plane perpendicular to its axis, and are made with the same pitch.

Выполнение цапфы с радиальными каналами, а замкового узла в виде подпружиненных элементов, размещенных в радиальных каналах цапфы и совмещенных в рабочем положении с кольцевой расточкой шарошки, позволяет значительно увеличить прочность цапфы в наиболее опасном сечении.The implementation of the trunnion with radial channels, and the locking unit in the form of spring-loaded elements placed in the radial channels of the trunnion and combined in working position with the annular cone bore, can significantly increase the strength of the trunnion in the most dangerous section.

Выполнение подпружиненных элементов замкового узла в виде штифтов со сферической головкой или в виде шаров, равномерно расположенных по наружной поверхности цапфы, позволяет значительно упростить конструкцию опоры и тем самым снизить стоимость долота в целом.The implementation of the spring-loaded elements of the locking assembly in the form of pins with a spherical head or in the form of balls evenly spaced on the outer surface of the journal makes it possible to significantly simplify the construction of the support and thereby reduce the cost of the bit as a whole.

Решению задачи по снижению затрат на изготовление опоры и повышению надежности ее работы способствует также и реализация предложенного способа монтажа предложенной опоры.The solution to the problem of reducing the cost of manufacturing the support and increasing the reliability of its work is also facilitated by the implementation of the proposed method of mounting the proposed support.

Предложенный способ монтажа опоры включает установку на цапфе шарошки с кольцевой расточкой и фиксацию шарошки от осевого перемещения подпружиненными элементами замкового узла, согласно изобретению перед установкой шарошки на цапфу подпружиненные элементы замкового узла утапливают в радиальных каналах цапфы заподлицо с ее наружной поверхностью и фиксируют их в таком положении, затем на цапфу надевают шарошку и после совмещения подпружиненных элементов замкового узла с кольцевой расточкой шарошки подпружиненные элементы освобождают от фиксации.The proposed method of mounting the support includes installing a cone with an annular bore on the axle and fixing the cone from axial movement by the spring-loaded elements of the lock assembly, according to the invention, before installing the cone on the axle, the spring-loaded elements of the lock assembly are flush in the radial channels of the axle flush with its outer surface and fix them in this position then the cutter is put on the trunnion and after combining the spring-loaded elements of the lock assembly with the annular bore of the cutter, the spring-loaded release elements t of fixation.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид опоры долота; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 depicts a General view of the support bit; figure 2 - section aa in figure 1.

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1 с цапфой 5 и закрепленную на ней посредством замкового узла шарошку 2. Цапфа 1 выполнена с радиальными каналами 6, равномерно расположенными по ее окружности в одной плоскости, перпендикулярной ее оси. Шарошка 2 выполнена с кольцевой расточкой 7 под замковый узел, образованный несколькими штифтами 3 или шарами (не показаны), подпружиненными упругими элементами 4, размещенными на дне глухих каналов 6. В качестве упругих элементов могут быть использованы различные типы пружин или эластичный материал. Количество штифтов 3 и шаров выбирается расчетным путем в зависимости от диаметра цапфы и действующих на нее нагрузок.The support of the cone bit includes a paw 1 with a trunnion 5 and a cone 2 fixed on it by means of a locking assembly. The trunnion 1 is made with radial channels 6 uniformly spaced around its circumference in one plane perpendicular to its axis. The cone 2 is made with an annular bore 7 under the locking assembly, formed by several pins 3 or balls (not shown), spring-loaded elastic elements 4, located on the bottom of the blind channels 6. Various types of springs or elastic material can be used as elastic elements. The number of pins 3 and balls is selected by calculation, depending on the diameter of the pin and the loads acting on it.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в радиальных каналах 6 устанавливают упругие элементы 4, а затем штифты 3 или шары. После этого они утапливаются и фиксируются любым известным способом, например легкоплавким сплавом. Затем надевают на цапфу 5 шарошку до совмещения замкового узла с кольцевой расточкой шарошки и помещают лапу долота в емкость с заданной температурой, при которой происходит освобождение замкового узла, т.е. плавление удерживающего штифты 3 или шаров сплава. После этого происходит автоматическое срабатывание замкового узла и подпружиненные штифты 3 входят в кольцевую расточку 7 шарошки 2, фиксируя последнюю относительно цапфы 5.The installation of the support of the bit is as follows. First, elastic elements 4 are installed in the radial channels 6, and then pins 3 or balls. After that, they are recessed and fixed by any known method, for example, fusible alloy. Then put on the pin 5 of the cutter until the lock assembly is combined with the annular bore of the cutter and place the paw of the bit in the tank with the set temperature at which the lock assembly is released, i.e. melting retaining pins 3 or alloy balls. After this, the locking assembly automatically responds and the spring-loaded pins 3 enter the annular bore 7 of the cone 2, fixing the latter relative to the pin 5.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в данном случае - опорами скольжения. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде подпружиненных штифтов 3 или шаров, которые не воспринимают осевую нагрузку, они практически не подвергаются износу. Это позволяет до минимума сократить количество штифтов 3, а следовательно, и максимально увеличить прочность опоры, что имеет особое значение для долот малого диаметра, работоспособность которых практически на все 100% лимитируется прочностью цапфы. Кроме того, это позволяет и значительно упростить и технологию изготовления долот и тем самым снизить их стоимость.The principle of operation of the bit support is as follows. During drilling, the axial load is perceived by the supporting elements of the bit, in this case, sliding bearings. Moreover, due to the implementation of the locking unit in the form of spring-loaded pins 3 or balls that do not absorb axial load, they practically do not undergo wear. This allows you to minimize the number of pins 3, and therefore maximize the strength of the support, which is of particular importance for small diameter bits, the performance of which is almost 100% limited by the strength of the spigot. In addition, this makes it possible to significantly simplify the technology of manufacturing bits and thereby reduce their cost.

Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.All this allows us to increase the technical and economic indicators of drilling operations primarily through the use of forced drilling modes.

Claims

A method of mounting a cone of a cone bit, including installing a cone with an annular bore and fixing it from axial movement by elements of the locking assembly, characterized in that before installing the cone on the axle, spring-loaded elements of the locking assembly are embedded in the radial channels of the axle flush with its outer surface and fix them in this position, then the cutter is put on the trunnion and after combining the spring-loaded elements of the locking assembly with the annular cone bore, the spring-loaded elements mounted flush o with the outer surface of the trunnion, free from fixation.