RU2009306C1 - Cone bit - Google Patents
Cone bit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2009306C1 RU2009306C1 SU4313838A RU2009306C1 RU 2009306 C1 RU2009306 C1 RU 2009306C1 SU 4313838 A SU4313838 A SU 4313838A RU 2009306 C1 RU2009306 C1 RU 2009306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bit
- peripheral
- weapons
- length
- working surface
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к породоразрушающемуся инструменту для бурения скважин, а именно к шарошечным буровым долотам. The invention relates to a rock cutting tool for drilling wells, and in particular to cone drill bits.
Известно буровое долото, включающее шарошки, оси которых для обеспечения скольжения вооружения по забою с целью увеличения механической скорости имеют смещение относительно оси долота, т. е. не пересекаются с этой осью [1] . A drill bit is known, including cutters, the axes of which, to ensure the sliding of weapons along the face in order to increase mechanical speed, are offset relative to the axis of the bit, that is, they do not intersect with this axis [1].
Из-за того, что периферийное вооружение этого долота за счет смещения осей совершает повышенную в отношении долот без смещения осей работу по фрезерованию стенки, это вооружение подвержено усиленному износу, особенно при прохождении абразивных горных пород. Due to the fact that the peripheral armament of this bit due to the displacement of the axes performs an increased work on the milling of the wall in relation to the bits without displacement of the axes, this armament is subject to increased wear, especially when passing abrasive rocks.
Указанные недостатки устранены в долотах со ступенчатым периферийным вооружением без смещения осей шарошек, где проскальзывание вооружения, выполняющего функцию по продвижению забоя, обеспечивается за счет нахождения этого вооружения на разных геометрических уровнях, что достигается ступенчатым выполнением периферийного вооружения [2] . В этом случае проскальзывает или основное опережающее вооружение, когда мгновенная ось вращения проходит через его рабочую поверхность, или периферийное последующее в аналогичном положении мгновенной оси вращения. These shortcomings were eliminated in bits with stepped peripheral weapons without shifting the cone axes, where the slipping of weapons performing the function of advancing the face is ensured by finding these weapons at different geometric levels, which is achieved by stepped execution of peripheral weapons [2]. In this case, either the main advanced weapon slides when the instantaneous axis of rotation passes through its working surface, or the peripheral subsequent one in the similar position of the instantaneous axis of rotation.
Известное шарошечное долото, принятое за прототип, включает шарошки со ступенчатым периферийным вооружением со следующим соотношением размеров ступеньки и долота: a/D= 0,111 при а/b = 0,019 с длиной рабочей поверхности l/D = 0,088; 0,065; 0,003, где а - ширина ступеньки, образуемой рабочими поверхностями опережающего основного и последующего периферийного вооружения; b - высота ступеньки; l - длина рабочей поверхности периферийного вооружения; D - диаметр долота. The well-known cone bit adopted for the prototype includes cones with step peripheral weapons with the following ratio of step and bit sizes: a / D = 0.111 with a / b = 0.019 with working surface length l / D = 0.088; 0.065; 0.003, where a is the width of the step formed by the working surfaces of the leading primary and subsequent peripheral weapons; b is the height of the step; l is the length of the working surface of peripheral weapons; D is the diameter of the bit.
В начале работы известного долота из-за того, что ступенька частично скалывается и ширина ее не обеспечивает надежного зацепления с разрушаемой горной породой и не обеспечивает проскальзывания основного опережающего вооружения, усиленному скольжению и соответственно, износу подвержено периферийное вооружение. После достижения определенного уровня износа периферийного вооружения оно входит в надежное зацепление с забоем, обеспечивая скольжение основного вооружения [3] . Изношенное периферийное вооружение испытывает значительную реакцию стенки скважины, выводя из строя замковые подшипники опор долота, приводит к преждевременному выходу его из строя или прекращению бурения из-за повышенного крутящего момента. At the beginning of the work of the known bit due to the fact that the step is partially chipped and its width does not provide reliable engagement with the rock being destroyed and does not provide slippage of the main advanced weapons, enhanced slip and, accordingly, peripheral weapons are subject to wear. After reaching a certain level of wear of peripheral weapons, it enters into reliable engagement with the face, providing gliding of the main weapons [3]. Worn-out peripheral weapons experience a significant reaction of the borehole wall, destroying the lock bearings of the bit supports, leading to its premature failure or cessation of drilling due to increased torque.
Целью изобретения является увеличение времени работы долота за счет снижения износа периферийного вооружения путем исключения его проскальзывания по забою скважины. The aim of the invention is to increase the operating time of the bit by reducing the wear of peripheral weapons by eliminating its slippage along the bottom of the well.
Указанная цель достигается тем, что в известном шарошечном долоте, включающем шарошки со ступенчатым периферийным вооружением, соотношение длины рабочей поверхности последующего периферийного вооружения и диаметра долота определяется как
l/D ≥ 0,127, причем l/D может изменяться от 0,127 до 0,5, т. е. до вырождения ступеньки вообще, где l - длина рабочей поверхности периферийного вооружения D - диаметр долота; соотношение ширины ступеньки, образуемой опережающим основным и последующим периферийным вооружением и диаметра долота определяется как
a/D ≥ 0,127 + 0,9 b,
где а - ширина ступеньки;
b - высота ступеньки, D - диаметр долота.This goal is achieved by the fact that in the well-known cone bit, including cone with step peripheral weapons, the ratio of the length of the working surface of the subsequent peripheral weapons and the diameter of the bit is defined as
l / D ≥ 0.127, moreover, l / D can vary from 0.127 to 0.5, i.e., until the step degenerates in general, where l is the length of the working surface of peripheral weapons D is the diameter of the bit; the ratio of the width of the step formed by the leading main and subsequent peripheral weapons and the diameter of the bit is defined as
a / D ≥ 0.127 + 0.9 b,
where a is the width of the step;
b is the height of the step, D is the diameter of the bit.
Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемое долото отличается тем, что введение в конструкцию указанных соотношений размеров длины рабочей поверхности вооружения периферийных венцов, ширины ступеньки, образуемой вооружением опережающего основного и последующего периферийного, позволяет осуществлять надежное зацепление периферийного вооружения и забоя без проскальзывания, что обеспечивает дости- жение цели изобретения. A comparable analysis with the prototype shows that the claimed bit is different in that the introduction of the design of the indicated ratios of the lengths of the working surface of the armament of the peripheral crowns, the width of the steps formed by the armaments of the leading main and subsequent peripheral armaments, allows for reliable engagement of the peripheral armament and face without slipping, which ensures achieving the objective of the invention.
Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений, в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". A comparison of the claimed technical solutions with the prototype made it possible to establish compliance with their criterion of "novelty." In the study of other well-known technical solutions in this technical field, signs that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified, therefore, they provide the claimed technical solution with the criterion of "significant differences".
На фиг. 1 приведена схема перекрытия забоя серийным долотом; на фиг. 2 - вооружение известного долота в контакте с формируемым забоем; на фиг. 3 - вооружение предлагаемого долота в контакте с формируемым забоем; на фиг. 4 - схема перекрытия забоя предлагаемым долотом; на фиг. 5 - схема для расчета длины рабочей поверхности ступенчатого периферийного вооружения; на фиг. 6 - размеры ступеньки на периферии забоя в экспериментах по ее статическому разрушению. In FIG. 1 shows a diagram of the overlap of the face with a serial bit; in FIG. 2 - armament of a known bit in contact with the formed face; in FIG. 3 - armament of the proposed bit in contact with the formed face; in FIG. 4 is a diagram of overlapping the face of the proposed bit; in FIG. 5 is a diagram for calculating the length of the working surface of a stepped peripheral weapon; in FIG. 6 - step sizes on the periphery of the face in experiments on its static destruction.
Периферийное вооружение (фиг. 5), находящееся на другом уровне относительно основного, в случае зацепления без скольжения, когда мгновенная ось вращения проходит через его рабочую поверхность, обеспечивает крутящий момент, определяемый силой трения вооружения и плечом, равным радиусу венца. The peripheral armament (Fig. 5), located at a different level relative to the main one, in the case of non-slip engagement, when the instantaneous axis of rotation passes through its working surface, provides a torque determined by the friction force of the armament and the shoulder equal to the radius of the crown.
MN = FNRN.M N = F N R N.
Скольжение основного вооружения обеспечивается при
MN ≥M1 + M2 + . . . + MN-1.Gliding of the main armament is provided at
M N ≥M 1 + M 2 +. . . + M N-1 .
Исходя из равенства притупления вооружения по венцам и однородности породы, что обеспечивает равенство условий трения по венцам, справедливым будет соотношение
RNlN ≥R1l1 + R2l2 + . . . + RN - 1lN-1.Based on the equality of the blunting of weapons along the crowns and the uniformity of the breed, which ensures the equality of friction conditions on the crowns, the ratio will be fair
R N l N ≥R 1 l 1 + R 2 l 2 +. . . + R N - 1 l N-1 .
Пренебрегая отклонением профиля забоя от плоскости из-за малости угла отклонения, с учетом геометрического подобия, в первом приближении справедливым будет соотношение
ХNlN ≥ X1l1 + X2l2 + . . . + XN-1lN-1, т. е. XNlxпlп
Таким образом, длина рабочей поверхности периферийного вооружения определяется
Для всех шарошек решение упрощается, поскольку длина рабочих поверхностей венцов основного вооружения определяется местом перехода на периферийную ступеньку (фиг. 3) с учетом коэффициента перекрытия и будет справедливо неравенство
ХоloK ≅Xпlп, где Хо - координата основного вооружения;
Хп - координата периферийного вооружения;
lo - длина рабочих поверхностей основного вооружения до ступеньки;
lп - длина рабочей поверхности периферийного вооружения;
К - коэффициент перекрытия.Neglecting the deviation of the face profile from the plane due to the small angle of deviation, taking into account geometric similarity, in a first approximation, the relation
X N l N ≥ X 1 l 1 + X 2 l 2 +. . . + X N-1 l N-1 , i.e., X N l x p l p
Thus, the length of the working surface of peripheral weapons is determined
For all cones, the solution is simplified, since the length of the working surfaces of the main weapon crowns is determined by the transition point to the peripheral step (Fig. 3) taking into account the overlap coefficient and the inequality
X o l o K ≅ X p l p where X o - coordinate of the main weapons;
X p - the coordinate of peripheral weapons;
l o - the length of the working surfaces of the main weapons to the steps;
l p - the length of the working surface of peripheral weapons;
K is the coefficient of overlap.
Исходя из координат рабочих поверхностей на фиг. 1, К = 0,8. Based on the coordinates of the working surfaces in FIG. 1, K = 0.8.
Для решения составляются уравнения;
Xп= - ;
lо= -lп ;
Xо= ;
-l -lK= - lп
Раскрывая и упрощая, получаем квадратное уравнение
(К + 1) lп 2 - (К + 1) Dlп + К = 0 со следующим решением: l= = 1 где lп1 = 0,873 D; lп2 = 0,127 D, однако lп изменяется от 0 до 0,5 D, тогда конкретное решение определяет lп = 0,127 D. Таким образом длина рабочей поверхности ступенчатого периферийного вооружения в отношении к диаметру должна быть l/D ≥0,127, причем l/D может изменяться от 0,127, до 0,5, т. е. до вырождения ступеньки вообще.To solve the equation;
X n = - ;
l o = -l p ;
X o = ;
-l -l K = - l p
Opening and simplifying, we obtain the quadratic equation
(K + 1) l p 2 - (K + 1) Dl p + K = 0 with the following solution: l = = 1 l where n1 = 0,873 D; l p2 = 0.127 D, however l p varies from 0 to 0.5 D, then the specific solution determines l p = 0.127 D. Thus, the length of the working surface of step-mounted peripheral weapons in relation to the diameter should be l / D ≥0.127, and l / D can vary from 0.127 to 0.5, i.e., until the step degenerates in general.
Указанная длина l обеспечивает достижение цели изобретения при условии сохранности ступеньки на забое скважины, которая формируется ступенчатым вооружением долота. Однако исходя из данных (4) ступенька на забое склонна к частичному разрушению. Следовательно, размеры ступеньки вооружения долота должны обеспечить сцепление периферийного вооружения с горной породой на длине l ≥0,127 D с учетом скола края ступеньки на забое скважины. Размер скола можно определить из анализа результатов исследования (4) по статическому разрушению ступеньки у стенки скважины единичным зубом на моделях забоя натурного размера на аналогах горных пород различной твердости. По результатам исследований построены зависимости, представленные на фиг. 6. Линия А сверху, линия В справа и линия С слева ограничивают размеры полностью разрушаемой ступеньки. Соотношение с/b = 0,33 + 0,90 является ограничением разрушения ступеньки с минимальными энергетическими затратами, где с - ширина ступеньки на блоке породы, b - высота ступеньки. The specified length l ensures the achievement of the objective of the invention, provided that the step is preserved at the bottom of the well, which is formed by stepwise armament of the bit. However, based on the data of (4), the step on the face is prone to partial destruction. Consequently, the dimensions of the bit armament step should ensure the peripheral weapon engagement with the rock at a length l ≥ 0.127 D, taking into account the cleavage of the step edge at the bottom of the well. The size of the cleavage can be determined from the analysis of the results of the study (4) by the static destruction of the step near the wall of the well with a single tooth on models of full-size face on analogs of rocks of different hardness. Based on the research results, the dependencies shown in FIG. 6. Line A on top, line B on the right and line C on the left limit the dimensions of the completely destructible step. The ratio c / b = 0.33 + 0.90 is the limitation of the destruction of the step with minimal energy consumption, where c is the width of the step on the rock block, b is the height of the step.
Таким образом, ширина ступеньки в пределах этих границ не может учитываться в обеспечении качественного зацепления (без проскальзывания) периферийных венцов. Поэтому после выбора длины рабочей поверхности периферийного вооружения при определении ширины ступеньки эти соотношения учитываются прибавлением С = = 0,90 b. Thus, the width of the step within these boundaries cannot be taken into account in ensuring high-quality engagement (without slipping) of the peripheral crowns. Therefore, after choosing the length of the working surface of peripheral weapons when determining the width of the step, these ratios are taken into account by adding C = 0.90 b.
Таким образом, соотношение ширины ступеньки, образуемой опережающим основным и последующим периферийным вооружением, и диаметр долота определяется как
a/D ≥ 0,127 + 0,90 b, где b - высота ступеньки, образуемой опережающим основным и последующим периферийным вооружением долота. Высота ступеньки b равна высоте ступеньки на блоках породы исследований (4).Thus, the ratio of the width of the step formed by the leading main and subsequent peripheral weapons, and the diameter of the bit is defined as
a / D ≥ 0.127 + 0.90 b, where b is the height of the step formed by the leading and subsequent peripheral armament of the bit. The height of step b is equal to the height of the step on the blocks of rock studies (4).
Предлагаемые долота имеют увеличение проходки на долото до 50% за счет увеличения времени работы долота при превышении средней технической скорости бурения. (56) 1. Палий П. А. , Корнеев К. Е. Буровые долота. - М. : Недра, 1971, 446 с. The proposed bits have an increase in penetration per bit up to 50% due to an increase in the bit operating time when the average technical drilling speed is exceeded. (56) 1. Paliy P.A., Korneev K.E. Drill bits. - M.: Nedra, 1971, 446 p.
2. Перегудов А. А. и др. Результаты промышленных испытаний и опыт применения долот АВ при высокооборотном бурении. Горнорудные предприятия. - М. : Тр. -ды. ВНИИБТ, вып. 35, 1976, с. 115-118. 2. Peregudov A. A. et al. Results of industrial tests and experience with the use of AB bits in high-speed drilling. Mining enterprises. - M.: Tr. -yes. VNIIBT, no. 35, 1976, p. 115-118.
3. Синев С. В. О серийных шарошечных долотах к станкам 2 СБШ-200. НТС Горный журнал. Недра, 1982, вып. 2, с. 35-36. 3. Sinev S. V. On serial rolling cutter bits for
4. Исследование и разработка эффективных процессов разрушения горных пород при бурении скважин. - М. : Ленинский пр. 6, ВНИИБТ, отчет по теме N 11 за 1976. 4. Research and development of effective processes of rock destruction during well drilling. - M.: Leninsky pr. 6, VNIIBT, report on the topic N 11 for 1976.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4313838 RU2009306C1 (en) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Cone bit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4313838 RU2009306C1 (en) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Cone bit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009306C1 true RU2009306C1 (en) | 1994-03-15 |
Family
ID=21330727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4313838 RU2009306C1 (en) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Cone bit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2009306C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507363C2 (en) * | 2012-02-27 | 2014-02-20 | Станислав Васильевич Синев | Rolling drilling bit |
RU2513650C2 (en) * | 2012-06-05 | 2014-04-20 | Станислав Васильевич Синев | Multistep rolling cutter drilling tool |
RU2541994C2 (en) * | 2012-11-08 | 2015-02-20 | Станислав Васильевич Синев | Stepped bladed pdc-tool |
-
1987
- 1987-09-16 RU SU4313838 patent/RU2009306C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507363C2 (en) * | 2012-02-27 | 2014-02-20 | Станислав Васильевич Синев | Rolling drilling bit |
RU2513650C2 (en) * | 2012-06-05 | 2014-04-20 | Станислав Васильевич Синев | Multistep rolling cutter drilling tool |
RU2541994C2 (en) * | 2012-11-08 | 2015-02-20 | Станислав Васильевич Синев | Stepped bladed pdc-tool |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3003370A (en) | Method of making rock bit cutter | |
GB2180280A (en) | A button insert for rock drill bits | |
RU2009306C1 (en) | Cone bit | |
KR920703959A (en) | Drilling Excavator | |
EP0100437A2 (en) | A single-pass notching and drilling tool and method of drilling a blast hole therewith | |
GB1530164A (en) | Rotary drilling tool | |
Mellor | Mechanics of Cutting and Boring: Dynamics and energetics of parallel motion tools | |
SU646045A1 (en) | Rotary drilling bit | |
GB1535438A (en) | Impact tool | |
SU1719613A1 (en) | Roller-cutter drilling bit | |
SU976007A1 (en) | Rotary drill bit | |
JPH0631529B2 (en) | Excavation method for hard rock | |
SU883302A1 (en) | Earth-drilling method | |
SU1435746A1 (en) | Drilling bit roller | |
Nelms | Case Study: Drilling at the Cutting Edge of Performance With Shaped-Cutter Technology | |
SU623971A1 (en) | Method of obtaining stone blanks | |
Cleasby et al. | Shaft sinking at Boulby mine, Cleveland Potash Ltd.: 27F, 2T, 2R. IMM BULL. TRANS. A, V84, N818, JAN. 1975, P. A7–128. | |
Ansari | Lithic drill-heads from Inamgaon | |
Deliac et al. | Theoretical and practical investigations of improved hard rock cutting systems | |
RU2007540C1 (en) | Bit for rotational drilling | |
SU1481373A1 (en) | Rotary-drilling bit | |
RU2579087C1 (en) | Bit for jet-turbine drilling | |
CN115828365A (en) | Tunnel surrounding rock stability identification method based on entry machine penetration index and penetration index | |
SU846711A1 (en) | Bladed drilling bit | |
SU1199938A1 (en) | Method of continuous front-working of working-face with spatially planetary working member |