RU1789008C

RU1789008C - Hydraulically monitored drill bit

Info

Publication number: RU1789008C
Application number: SU914901918A
Authority: RU
Inventors: Родион Михайлович Богомолов; Александр Владимирович Торгашов; Николай Митрофанович Панин; Юрий Иванович Коваленко; Анатолий Афанасьевич Аникин
Original assignee: Специальное конструкторское бюро по долотам Производственного объединения "Куйбышевбурмаш"
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1993-01-15

Abstract

Использование: гидромониторный по- родоразрушающий инструмент, преимущественно шарошечного типа, дл бурени скважин. Сущность: стопор 10 выполнен в виде кольцевого элемента с уширением 11 на одном конце, а другой конец может быть заострен. Радиальный канал гильзы 4 сообщен с проточкой под стопор 10. Стопор 10 расположен под острым углом к продольной оси гильзы 4. Уширение 11 смещено в сторону присоединительной резьбы 2 относительно заостренного конца. При работе за счет наклонного расположени стопора 10 увеличиваетс его нагрузочна способность и обеспечиваетс жесткое крепление гильзы 4. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.Usage: hydraulic monitor rock cutting tool, mainly cone type, for drilling wells. SUBSTANCE: stopper 10 is made in the form of an annular element with a broadening 11 at one end, and the other end can be pointed. The radial channel of the sleeve 4 is in communication with the groove under the stopper 10. The stopper 10 is located at an acute angle to the longitudinal axis of the sleeve 4. The broadening 11 is biased towards the connecting thread 2 relative to the pointed end. During operation, due to the inclined arrangement of the stopper 10, its load capacity increases and the sleeve 4 is rigidly fixed. 2 zp f-ly, 2 ill.

Description

И-зобретение относитс к бурению скважин, а именно к гидромониторному породоразрушающему инструменту, преимущественно шарошечного типа.I-acquisition refers to the drilling of wells, namely to a hydromonitor rock-cutting tool, primarily of rolling cutter type.

Известно также буровое гидромониторное долото, включающее полый корпус с присоединительной резьбой и наклонными цапфами, на которых установлены шарошки с породоразрушающими элементами, лопасть с режущими элементами и узел промывки , содержащий насадки и систему каналов в лопасти, диаметр которых значительно меньше подвод щего промывочного канала.A hydraulic monitor drill bit is also known, including a hollow body with connecting threads and inclined pins, on which cones with rock cutting elements, a blade with cutting elements and a flushing unit containing nozzles and a channel system into the blades are installed, the diameter of which is much smaller than the supply flushing channel.

К недостаткам этого долота следует отнести низкую механическую скорость бурени . Это св з ано с отсутствием св зи между работой, совершаемой породоразрушающими элементами шарошек и напорными стру ми, подаваемыми через насадки на забой скважины.The disadvantages of this bit include the low mechanical drilling speed. This is due to the lack of connection between the work performed by the rock cutting elements of the cone and the pressure jets supplied through the nozzles to the bottom of the well.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности к достигаемому результату вл етс буровое гидромониторное долото, содержащее корпус с присоединительной резьбой и цапфами, установленные на цапфах шарошки с породоразрушающими венцами и промывочные узлы в виде гильз с отверсти ми на дне, соединенных с корпусом посредством стопоров , установленных в совмещенных проточках на сопр гаемых поверхност х корпуса и гильз, оси отверстий которых направлены на окружность с радиусом, равным рассто нию от оси долота до середины ширины соответствующего породоразру- шающего венца в нижней его точке.The closest to the result proposed by technical essence is a hydraulic drill bit containing a body with connecting thread and trunnions mounted on roller cones with rock cutting crowns and flushing units in the form of sleeves with holes in the bottom connected to the body by means of stoppers installed in combined grooves on the mating surfaces of the body and sleeves, the axis of the holes of which are directed to a circle with a radius equal to the distance from the axis of the bit to the middle of the width the corresponding rock cutting crown at its lower point.

Данное долото обеспечиваегэффектив- ное разрушение забо только при сохранении заданной схемы промывки. Однако это условие в известном долоте выполн етс только в начальный момент работы. А затем из-за посто нной вибрации, характерной дл работы .бурового инструмента, и особенно шарошечных долот, гильза, удерживаема стопором, постепенно проворачиваетс , что приводит к нарушению заданной схемы промывки, Последнее же ведет к тому, что стру жидкости из насадок не будет попадать в зону контакта зубьев шарошки с забоем, а это резко снижает эффективность работы долота.This bit provides effective destruction of the face only while maintaining the specified flushing pattern. However, this condition in the known bit is satisfied only at the initial moment of operation. And then, due to the constant vibration characteristic of the work of the drilling tool, and especially the cone bits, the sleeve held by the stopper gradually turns, which leads to a violation of the specified washing pattern, the latter leads to the fact that there will be no liquid stream from the nozzles fall into the contact zone of the cone teeth with the face, and this sharply reduces the efficiency of the bit.

Другим недостатком долота вл етс низка надежность из-за малой несущей способности стопора и промывочного узла, что при значительных перепадах давлени может привести к выходу из стро стопора и выпаданию гильзы на забой с созданием аварийной ситуации.Another disadvantage of the bit is its low reliability due to the low bearing capacity of the stopper and flushing unit, which, with significant pressure differences, can lead to the stopper breaking down and the sleeve falling out to the bottom causing an emergency.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности работы долота за счет . сохранени заданной схемы промывки в течение всего времени работы долота при од- 5 повременном повышении надежности его в работе за счет увеличени несущей способности стопора.The aim of the invention is to increase the efficiency of the bit at the expense of. maintaining a predetermined flushing pattern throughout the entire life of the bit while simultaneously increasing its reliability in operation by increasing the bearing capacity of the stopper.

Поставленна цель достигаетс тем, что в буровом гидромониторном долоте, содер0 жащем корпус с присоединительной резьбой и цапфами, установленные на цапфах шарошки с породоразрушающими венцами, промывочные узлы в виде гильз с отверсти ми на дне, соединенных с корпусом по5 средством стопоров, установленных в совмещенных проточках на сопр гаемых поверхност х корпуса и гильз, оси отверстий которых направлены на окружность с радиусом, равным рассто нию от оси доло0 та до середины ширины соответствующего породоразрушающего венца в нижней его точке, согласно изобретению, каждый стопор выполнен в виде кольцевого элемента с уширением на одном конце, а гильза - сThis goal is achieved by the fact that in the drilling hydraulic drill bit containing a body with connecting thread and trunnions mounted on the trunnion trunnions with rock cutting crowns, flushing units in the form of sleeves with holes on the bottom, connected to the body by means of stoppers installed in combined grooves on the mating surfaces of the body and sleeves, the axis of the holes of which are directed to a circle with a radius equal to the distance from the axis of the bit to the middle of the width of the corresponding rock-cutting crown in the lower his point, according to the invention, each retainer is formed as an annular element with a broadening at one end, and the sleeve - with

5 радиальным каналом, сообщенным с проточкой под стопор, при этом кольцевой элемент расположен под острым углом к продольной оси гильзы, причем конец кольцевого элемента с уширением размещен в5 by a radial channel in communication with a groove under the stopper, wherein the annular element is located at an acute angle to the longitudinal axis of the sleeve, the end of the annular element being widened in

0 радиальном канале гильзы.0 radial channel liner.

Выполнение стопора в виде кольцевого элемента позвол ет повысить несущую способность за счет увеличени контактной поверхности с корпусом. Этому способствуетThe implementation of the stopper in the form of an annular element allows to increase the bearing capacity by increasing the contact surface with the housing. Contributes to this

5 и наклонное расположение кольцевого элемента . Кроме того, наклонное расположение стопора исключает проворот гильзы относительно корпуса и тем самым предотвращает нарушение заданной схемы подачи5 and the oblique arrangement of the annular element. In addition, the inclined arrangement of the stopper eliminates the rotation of the sleeve relative to the housing and thereby prevents the violation of a given feed pattern

0 струй промывочной жидкости на забой скважины .0 jets of flushing fluid to the bottom of the well.

Выполнение стопора с одной стороны с заостренным концом, а с другой стороны - с уширенным концом позвол ет ускорить мон5 таж и демонтаж промывочного узла из-за возможного размыва отверстий в гильзе, учитыва значительный перепад давлений в промывочных узлах. Этой же цели служит выполнение гильзы с радиальным каналом дл The implementation of the stopper, on the one hand with a pointed end, and on the other hand with a widened end, makes it possible to accelerate the installation and dismantling of the washing unit due to the possible erosion of the holes in the sleeve, taking into account a significant pressure drop in the washing units. The same purpose is the implementation of a sleeve with a radial channel for

0 размещени уширенного конца стопора.0 accommodating the widened end of the stopper.

Расположение уширенного конца стопора над заостренным концом в рабочем положении долота предохран ет стопор от выпадени в случае разрыва его из-за каких5 либо дефектов или изготовлени меньшего диаметра по сравнению с кольцевой проточкой .The location of the broadened end of the stopper over the pointed end in the working position of the bit prevents the stopper from falling out if it bursts due to any defects or making a smaller diameter than the annular groove.

Нафиг.1 изображен общий вид долота, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.Figure 1 shows a General view of the bit, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1.

Предложенное буровое долото, спускаемое в скважину на колонке труб, включает полый корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и напорными каналами 3, промывочные узлы в виде гильз 4 с отверсти ми 5 на дне, закрепленные к корпусу цапфы (не показаны ), на которых установлены шарошки 6 с породоразрушающими венцами 7. Дл герметизации промывочного узла предусмотрено уплотнительное кольцо 8, размещенное в канавке на приливе 9 корпуса 1 или на внутренней поверхности гильзы 4, закрепленной на приливе 9 стопором 10. Стопор 10 выполнен в виде кольцевого элемента с уиирением 11 на одном конце и заостренной вершиной 12 на другом конце и расположенными в совмещенных проточках 13а и 136 с полукольцевым поперечным сечением на сопр гаемых поверхност х прилива 9 и гильзы 4. Проточки 13а и 136 расположены под острым углом к продольной оси гильзы 4, котора имеет радиальный канал 14, сообщенный с проточкой 136 и служащий дл размещени уширенного конца 11 стопора 10, причем уширенный конец 11 стопора 10 смещен относительно заостренного конца 12 в сторону присоединительной резьбы 2 корпуса 1, Отверсти 5 на дне гильзы 4 расположены под разным углом и ориентированы таким образом, что оси их направлены на окружность с радиусом , равным рассто нию от оси долота до середины ширины соответствующего поро- доразрушающего венца в нижней его точке 15. При этом отверсти 5 могут быть оснащены насадками.The proposed drill bit, lowered into the borehole on the pipe string, includes a hollow body 1 with connecting thread 2 and pressure channels 3, flushing units in the form of sleeves 4 with holes 5 at the bottom, fixed to the journal body (not shown), on which the cones are mounted 6 with rock-cutting crowns 7. To seal the flushing unit, a sealing ring 8 is provided, which is located in the groove on the tide 9 of the housing 1 or on the inner surface of the sleeve 4 fixed to the tide 9 by the stop 10. The stop 10 is made in the form of an annular element nta with a peeling 11 at one end and a pointed apex 12 at the other end and located in aligned grooves 13a and 136 with a semicircular cross section on the mating surfaces of the tide 9 and the sleeve 4. The grooves 13a and 136 are located at an acute angle to the longitudinal axis of the sleeve 4 which has a radial channel 14 in communication with the groove 136 and serving to accommodate the widened end 11 of the stopper 10, the widened end 11 of the stopper 10 is offset relative to the pointed end 12 towards the connecting thread 2 of the housing 1, openings 5 at the bottom of the sleeve 4 are located at different angles and are oriented in such a way that their axes are directed to a circle with a radius equal to the distance from the bit axis to the middle of the width of the corresponding rock-cutting crown at its lower point 15. In this case, the holes 5 can be equipped with nozzles.

Принцип работы долота заключаетс в следующем. Под действием осевой нагрузки и крут щего момента породоразрушаю- щие венцы 7 шарошек 6 разрушают породу. Разрушенна порода удал етс с забо потоком промывочной жидкости, подаваемой через напорные каналы 3 и отверсти 5 в гильзе 4. Одновременно с очисткой забо от разрушенной породы струи жидкости, истекающие из отверстий 5, производ т дополнительное разрушение породы благодар направлению струй в зону внедрени 15 по- родоразрушающих венцов 7 в горную породу , в которой вооружение шарошек б образует систему трещин. Воздействие высокоскоростной струи на разрушенные зубцами венцов 7 участки, приводит к глубокому проникновению жидкости в трещины и, тем самым, к пол ному их раскрытиюThe principle of operation of the bit is as follows. Under the influence of axial load and torque, the rock-cutting crowns 7 of the cone 6 destroy the rock. The destroyed rock is removed from the bottom by the flow of flushing fluid supplied through the pressure channels 3 and the holes 5 in the sleeve 4. Simultaneously with the cleaning of the side of the destroyed rock, the liquid jets flowing from the holes 5 additionally destroy the rock due to the direction of the jets into the penetration zone 15 along - destructive crowns 7 in the rock, in which the arms of the cones forms a system of cracks. The impact of a high-speed jet on the areas destroyed by the teeth of the crowns 7 leads to the deep penetration of fluid into the cracks and, thereby, to their full opening

и дополнительному разрушению породы по всему забою. При этом необходима скорость истечени струи достигаетс выбором соотношени сечений между напорным каналом 3 и отверсти ми 5 в гильзе, которое должно быть не менее, чем 5:1. Применение предложенного долота позвол ет повысить стойкость вооружени и механическую скорость бурени за счет сохранени заданнойand additional rock destruction throughout the face. In this case, the required flow rate is achieved by choosing the ratio of the cross sections between the pressure channel 3 and the holes 5 in the sleeve, which should be no less than 5: 1. The use of the proposed bit allows to increase the durability of weapons and mechanical drilling speed by maintaining a given

схемы поражени забо в течение всего времени работы, что достигаетс исключением проворота гильзы 4 относительно приливов 10 корпуса 1. Одновременно с этим обеспечиваетс возможность увеличени скоростного воздействи струй за счет повышени несущей способности стопора 10 при одинаковом его сечении с прототипом .the defeat patterns of the face during the entire operating time, which is achieved by eliminating the rotation of the sleeve 4 relative to the tides 10 of the housing 1. At the same time, it is possible to increase the speed action of the jets by increasing the bearing capacity of the stopper 10 at the same cross-section with the prototype.

Claims

1. Drilling hydraulic monitor bit containing a body with connecting thread and trunnions mounted on trunnion trunnions with rock cutting crowns, flushing units in the form of sleeves with holes in the bottom, connected to the body by means of stoppers installed in aligned grooves on the mating surfaces cases and sleeves, the axis of the holes of which are directed to a circle with a radius equal to the distance from the axis of the bit to the middle of the width of the corresponding rock-cutting crown at its lower point, characterized in that, for the purpose

increase the efficiency in the work of the bit by maintaining a given flushing pattern throughout the entire working time while increasing reliability by increasing the bearing capacity of the stopper, each stopper is made in the form of an annular element with broadening at one end, and the sleeve is made with a radial channel in communication with a groove under stopper, and the annular element is located

at an acute angle to the longitudinal axis of the sleeve, and its end with broadening is placed in the radial channel of the sleeve.

2. Chisel pop. 1, characterized in that the other end of the annular element is made at a pointed apex.

3. A bit according to claim 1, characterized in that the end of the annular element with broadening is offset relative to the pointed end towards the connecting thread.

A-Aloyuernulu

fi g. 2