RU2052071C1

RU2052071C1 - Cone drill bit

Info

Publication number: RU2052071C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Скворцов; Александр Владимирович Торгашов
Original assignee: Юрий Петрович Скворцов; Александр Владимирович Торгашов
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1996-01-10

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: each cone of drill bit has elliptic shape in cross-section. Major axis of ellipse is 1.1-1.3 times greater than minor axis. EFFECT: enhanced operational efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к конструкциям шарошечных долот. The invention relates to the field of drilling equipment, and in particular to designs of cone bits.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин широкое распространение получили трехшарошечные долота с одноконусными, реже двух- или трехконусными шарошками. Известно трехшарошечное долото в секционном исполнении. Каждая секция включает лапу, на цапфе которой установлена одноконусная шарошка, имеющая вооружение в виде зубчатых или сплошных венцов. Опыт применения долот с одноконусными шарошками показал их недостаточную работоспособность из-за малой стойкости опор (подшипников). В целях усиления опор созданы долота с двух и трехконусными шарошками [1]
Известно трехшарошечное долото типа В-145Т, состоящее из трех лап, сваренных между собой. На цапфах лап смонтированы три шарошки, каждая на трех подшипниках: один роликовый и два шариковых. Шарошки двухконусные, самоочищающиеся. На шарошках 117 фрезерованных зубьев. У этого типа долот порода разрушается за счет дробления и скалывания ее зубьями шарошек, нагруженных через опоры осевой силой (вес полный или частичный низа бурильной колонны) и перекатывающихся по забою при вращении долота. Динамизм воздействия на породу сводится к динамизму переката с одного зуба на другой, что недостаточно для эффективного разрушения горной породы [2]
Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет дополнительного динамического воздействия на горную породу при перекатывании шарошек по забою.Currently, when drilling oil and gas wells, three-cone bits with single-cone, less often two- or three-cone cones are widely used. Known three-cone chisel in sectional execution. Each section includes a paw, on the trunnion of which a single-cone cone is installed, which has armaments in the form of gear or solid crowns. The experience of using bits with single-cone cones showed their insufficient performance due to the low resistance of bearings (bearings). In order to strengthen the supports, chisels with two and three-cone cones were created [1]
Known three-cone bit type B-145T, consisting of three legs welded together. Three cones are mounted on paw pins, each with three bearings: one roller and two ball bearings. Two-cone cones, self-cleaning. On cones 117 milled teeth. In this type of drill bit, the rock is destroyed due to crushing and chipping of the cones with their teeth, loaded through the bearings with axial force (full or partial weight of the bottom of the drill string) and rolling along the face when the bit is rotated. The dynamism of the impact on the breed is reduced to the dynamism of the transition from one tooth to another, which is not enough for the effective destruction of the rock [2]
The aim of the invention is to increase the efficiency of drilling due to the additional dynamic effects on the rock when rolling cones on the bottom.

Достигается это тем, что буровое шарошечное долото имеет лапы, на цапфах которых смонтированы шарошки, выполненные в виде эллиптического конуса, причем соотношение его осей равно

1,1÷ 1,3 где l малая ось эллипса,
h большая ось эллипса.This is achieved by the fact that the cone drill bit has legs, on the trunnions of which are mounted cones made in the form of an elliptical cone, and the ratio of its axes is

1,1 ÷ 1,3 where l is the small axis of the ellipse,
h is the major axis of the ellipse.

Отличием предлагаемого бурового шарошечного долота является выполнение шарошки в виде эллиптического конуса с соотношением его осей:

1,1÷ 1,3
Известны конструкции породоразрушающего инструмента, содержащие эксцентричные диски, обеспечивающие работу долота в режиме возвратно-поступательного движения, что повышает эффективность бурения за счет дополнительного динамического воздействия на горную породу. Однако предлагаемая конструкция долота с эллиптической шарошкой позволяет совершать два хода (вверх-вниз) низу бурильного инструмента за один оборот шарошки, то есть в два раза увеличивается частота динамического воздействия, кроме того увеличивается момент на вращение долота, что отражается на кинематике разрушения горной породы, а именно: последняя разрушается не только за счет вдавливания зуба шарошки, но и за счет проскальзывания по забою, что дополнительно разрушает породу не только сжатием, но и сдвигом. С целью предотвращения невращения шарошки выбрано оптимальное соотношение ее осей.The difference of the proposed cone drill bit is the implementation of the cone in the form of an elliptical cone with a ratio of its axes:

1.1 ÷ 1.3
Known designs of rock cutting tools containing eccentric discs that ensure the operation of the bit in the mode of reciprocating motion, which increases the efficiency of drilling due to the additional dynamic impact on the rock. However, the proposed design of the bit with an elliptical cone allows you to make two moves (up and down) at the bottom of the drilling tool in one revolution of the cone, that is, the frequency of the dynamic action is doubled, in addition, the moment of rotation of the bit increases, which affects the rock destruction kinematics, namely, the latter is destroyed not only due to indentation of the cone tooth, but also due to slipping along the face, which further destroys the rock not only by compression, but also by shear. In order to prevent non-rotation of the cone, the optimal ratio of its axes is selected.

На фиг.1 изображено буровое шарошечное долото. Figure 1 shows the cone drill bit.

Оно содержит три лапы 1, на цапфах 2 лап смонтированы шарошки 3, выполненные в виде эллиптического конуса 4. It contains three paws 1, on the trunnions 2 paws mounted cones 3, made in the form of an elliptical cone 4.

Долото работает следующим образом. При вращении долота и перекатывании шарошек по забою низ бурильной колонны, весом которого создается нагрузка на долото, будет совершать возвратно-поступательные движения на величину, теоретически равную разности большой и малой оси эллипса. Энергию перехода от состояния покоя (шарошка опирается на малый эллипс) к состоянию движения низа бурильной колонны можно соотнести к реакции забоя, то есть к дополнительному на него воздействию вооружения долота. При обратном ходе (шарошка перекатывается с эллипса большого размера на меньший) двигающийся вниз бурильный инструмент вынужден останавливаться. Энергия движения вновь может рассматриваться как реакция забоя к шарошке, то есть снова дополнительное динамическое воздействие и снова порода будет разрушаться эффективнее. The bit works as follows. When the bit rotates and the cone rolls along the bottom, the bottom of the drill string, the weight of which creates the load on the bit, will make reciprocating movements by an amount theoretically equal to the difference between the major and minor axis of the ellipse. The energy of the transition from the dormant state (cone relies on a small ellipse) to the state of movement of the bottom of the drill string can be correlated to the reaction of the bottom hole, that is, to the additional effect of the bit armament on it. During the reverse stroke (the cone rolls from a large ellipse to a smaller one), a downward-moving drilling tool is forced to stop. The energy of movement can again be considered as a reaction of the face to the cone, that is, again an additional dynamic effect and again the rock will be destroyed more efficiently.

Таким образом, предлагаемая конструкция бурового шарошечного долота по сравнению с известным позволяет в два раза увеличить частоту динамического воздействия за счет увеличения в два раза возвратно-поступательного перемещения низа бурильного инструмента, что создает дополнительное динамическое воздействие и повышает в конечном итоге эффективность бурения. Thus, the proposed design of the cone bit compared to the known one allows you to double the frequency of the dynamic impact due to a twofold increase in the reciprocating movement of the bottom of the drilling tool, which creates an additional dynamic effect and ultimately increases the efficiency of drilling.

Claims

DRILLING DRILL BIT, containing paws, on the trunnions of which are mounted cones, which, when the cones rotate, form conical surfaces, characterized in that each cone in cross section is made in the form of an ellipse, the major axis of which is 1.1-1.3 times larger than the minor axis.