RU2107800C1

RU2107800C1 - Support of drilling bit

Info

Publication number: RU2107800C1
Application number: RU96101020A
Authority: RU
Inventors: Ирек Камилевич Бикбулатов; Эдуард Самуилович Гинзбург; Александр Владимирович Торгашов; Роман Иосифович Гук
Original assignee: Ирек Камилевич Бикбулатов; Эдуард Самуилович Гинзбург; Александр Владимирович Торгашов; Роман Иосифович Гук
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: bore-hole drilling machinery and equipment. SUBSTANCE: this relates to roller-type drilling bits with hermetically sealed support. Support of drilling bit has journal for mounting roller bit on it with tapered bore, and it also has sealing made in the form of one rotating and one stationary sealing rings which are contacting with each other over end surface. Rotating ring is trimmed over outer diameter with flexible member and is so installed that flexible member rests against tapered bore of roller cutter bit. Support is provided with additional flat circular gasket. Stationary ring is flat and has circular sealing protrusions on one of its flat surfaces. Flexible circular gasket is installed after stationary ring and rests against circular shoulder of journal and circular sealing protrusions of stationary ring. Outer diameter of stationary ring is larger than outer diameter of rotating ring by 1.01-1.15 times. EFFECT: higher efficiency. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения скважин и может найти применение в буровых шарошечных долотах с герметизированной опорой. The invention relates to the field of well drilling and may find application in cone drill bits with a sealed support.

Известна герметизированная опора шарошки бурового долота, содержащая уплотнительный элемент, выполненный в виде круглого резинового кольца, причем подвижный контакт осуществляется парой металл - резина [1]. Known sealed support cone drill bit containing a sealing element made in the form of a round rubber ring, and the movable contact is a pair of metal - rubber [1].

Недостатком известной опоры является ее низкая долговечность и надежность, особенно при высокооборотном бурении. Пара металл - резина при трении быстро изнашивается и опора теряет герметичность. A disadvantage of the known support is its low durability and reliability, especially with high-speed drilling. A pair of metal - rubber during friction quickly wears out and the support loses its tightness.

Известна опора бурового долота, содержащая цапфу для установки на ней шарошки с конической расточкой, а так же уплотнение, выполненное в виде двух контактирующих друг с другом по торцевым поверхностям вращающегося и неподвижного уплотнительных колец, при этом вращающееся кольцо окантовано по наружному диаметру эластичным элементом и установлено с упором последним в коническую расточку шарошки [2]. A well-known support of the drill bit containing a pin for mounting cones with a conical bore on it, as well as a seal made in the form of two contacting each other along the end surfaces of the rotating and stationary sealing rings, while the rotating ring is edged with an elastic element over the outer diameter and installed with the last focus in the conical bore of the cone [2].

Данная опора с торцевым уплотнением типа металл - металл имеет высокую надежность, особенно при использовании износостойких наплавок и напылений. Однако данная опора с уплотнительным устройством имеет недостатки, основными из которых являются следующие:
- большие осевые размеры уплотнения, связываемые с тем, что неподвижное кольцо имеет такие же размеры и конструкцию, что и вращающееся, снижение осевых размеров уплотнения позволит выполнить более массивными опорные элементы опоры - подшипники шарошки;
- радиальные перемещения шарошки относительно цапфы, которые могут увеличиваться в процессе работы долота. В связи с тем, что наружные диаметры колец одинаковы, а их контакт происходит по довольно узкому пояску, в процессе работы могут образовываться случаи, когда герметизация нарушается.This support with mechanical seal type metal - metal has high reliability, especially when using wear-resistant surfacing and spraying. However, this support with a sealing device has disadvantages, the main of which are the following:
- large axial dimensions of the seal, due to the fact that the stationary ring has the same dimensions and design as the rotating one, a decrease in the axial dimensions of the seal will allow more massive support elements of the support - cone bearings;
- radial movement of the cone relative to the trunnion, which can increase during the operation of the bit. Due to the fact that the outer diameters of the rings are the same, and their contact occurs along a rather narrow belt, in the process of operation, cases may arise when the sealing is broken.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и долговечности опоры. An object of the invention is to increase the reliability and durability of the support.

Поставленная задача достигается за счет того, что опоре бурового долота, содержащей цапфу для установки на ней шарошки с конической расточкой, а также уплотнение, выполненное в виде двух контактирующих друг с другом по торцевой поверхности вращающегося и неподвижного уплотнительных колец, при этом вращающееся кольцо окантовано по наружному диаметру эластичным элементом и установлено с упором последним в коническую расточку шарошки, опора снабжена эластичной кольцевой прокладкой, цапфа выполнена с кольцевым буртом, а неподвижное кольцо выполнено плоским и с кольцевыми герметизирующими выступами на одной из плоских поверхностей, причем эластичная кольцевая прокладка установлена за неподвижным кольцом с упором в кольцевой бурт и в кольцевые герметизирующие выступы неподвижного кольца, наружный диаметр которого больше наружного диаметра вращающегося кольца в 1,01 - 1,15 раза. The task is achieved due to the fact that the support of the drill bit containing a pin for mounting cones with a conical bore on it, as well as a seal made in the form of two rotating and fixed o-rings in contact with each other, while the rotating ring is edged the outer diameter of the elastic element and is installed with the last stop in the conical bore of the cone, the support is equipped with an elastic ring gasket, the pin is made with an annular collar, and the stationary ring o is made flat and with annular sealing protrusions on one of the flat surfaces, the elastic ring gasket being installed behind the fixed ring with an emphasis in the annular collar and in the annular sealing protrusions of the fixed ring, the outer diameter of which is greater than the outer diameter of the rotating ring of 1.01 - 1, 15 times.

Кроме того, между эластичным элементом и конической расточкой шарошки по всей окружности размещена прокладка, выполненная из мягкого пористого эластичного материала. Таким материалом может быть, например, пенополиуретан или пенополиэтилен. In addition, between the elastic element and the conical conic bore around the entire circumference there is a gasket made of soft porous elastic material. Such a material may be, for example, polyurethane foam or polyethylene foam.

Технический результат выражается в снижении осевых габаритов уплотнения за счет выполнения неподвижного кольца плоским и улучшении герметизации опор за счет выполнения неподвижного кольца по наружному диаметру большим в 1,01 -1,15 раза, чем наружный диаметр подвижного кольца. The technical result is expressed in the reduction of the axial dimensions of the seal due to the implementation of the fixed ring flat and the improvement of the sealing of the supports due to the implementation of the fixed ring on the outer diameter greater than 1.01-1.15 times than the outer diameter of the movable ring.

На фиг. 1 представлен общий вид опоры бурового долота; на фиг. 2 - узел I на фиг.1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 (вариант). In FIG. 1 shows a general view of a drill bit support; in FIG. 2 - node I in figure 1; in FIG. 3 - node I in FIG. 1 (option).

Опора бурового долота содержит цапфу 1 для установки на ней шарошки 2 с конической расточкой, а также уплотнение 4, выполненное в виде двух контактирующих друг с другом по торцевой поверхности вращающегося 5 и неподвижно 6 уплотнительных колец, при этом вращающееся кольцо 5 окантовано по наружному диаметру эластичным элементом 7 и установлено с упором последним в коническую расточку 3 шарошки 2. Цапфа 1 выполнена с кольцевым буртом 8, к которому прилегает эластичная кольцевая прокладка 9, неподвижное кольцо 6 выполнено плоским и установлено с упором в эластичную прокладку 9, а на упорной поверхности 10 неподвижного кольца 6 выполнены кольцевые герметизирующие выступы 11, причем наружный диаметр неподвижного кольца 6 больше наружного диаметра вращающегося кольца 5 в 1,01 - 1,15 раз. The support of the drill bit contains a trunnion 1 for mounting cones 2 with a conical bore, and also a seal 4 made in the form of two sealing rings that are in contact with each other on the end surface of the rotating 5 and 6 motionless rings, while the rotating ring 5 is elasticated around the outer diameter element 7 and is installed with the last stop in the conical bore 3 of the cone 2. The trunnion 1 is made with an annular collar 8, to which an elastic ring gasket 9 abuts, a fixed ring 6 is made flat and installed with Hur in elastic gasket 9 and the abutment surface 10 on the stationary ring 6 an annular sealing protrusions 11, the outer diameter of the fixed ring 6, the outer diameter of the rotating ring 5 1.01 - 1.15 times.

Кроме того, между эластичным элементом и конической расточкой 3 шарошки 2 по всей окружности размещена прокладка 12, выполненная из мягкого пористого эластичного материала. Кольца 5 и 6 могут иметь износостойкое покрытие 13 и 14. In addition, between the elastic element and the conical bore 3 of the cone 2 around the entire circumference there is a gasket 12 made of soft porous elastic material. Rings 5 and 6 may have a wear-resistant coating 13 and 14.

Работает опора долота следующим образом. The support of the bit works as follows.

В процессе бурения вращающееся кольцо 5, застопоренное при помощи эластичного элемента 7 в расточке 3 шарошки 2, вращается вместе с последней практически без проскальзывания, контактируя с неподвижным кольцом 6 создавая при этом торцевое уплотнение. Данное уплотнение предотвращает возможность попадания в опору частиц отбуренного шлама, твердых включений бурового раствора, а смазка из полости опоры через клиновидный зазор подается в зону трения, смазывая контактный поясок колец. In the process of drilling, the rotating ring 5, which is locked with the elastic element 7 in the bore 3 of the cone 2, rotates with the latter practically without slipping, contacting the stationary ring 6 creating an mechanical seal. This seal prevents drill cuttings, solid inclusions of drilling fluid from falling into the support, and lubricant from the support cavity is fed into the friction zone through the wedge-shaped gap, lubricating the contact belt of the rings.

Принцип работы торцевого уплотнения позволяет использовать в качестве контактирующих элементов практически любые материалы, в том числе металлические с упрочненной трущейся поверхностью, различного вида керамики и т.д. При этом обработка поверхностей трения должна быть такова, чтобы обеспечивалось трение именно по ним, без поворота вращающегося кольца 5 относительно шарошки 2 и неподвижного - относительно цапфы 1. Качания шарошки в процессе бурения компенсируются за счет возможности движения эластичного элемента 7 относительно расточки 3, радиальные колебания, существующие в новой опоре и возникающие в процессе работы - возможностью радиального перемещения вращающегося кольца 5 по неподвижному. Ввиду того, что наружный диаметр неподвижного плоского кольца больше диаметра вращающегося, контакт по всей площади трения сохраняется при любых возможностях перемещения колец друг по другу. Значения соотношения диаметров колец 1,01-1,15 подобраны теоретически и экспериментально путем обследования большого количества новых и отработанных долот. Установка между эластичным элементом вращающегося кольца и расточкой шарошки дополнительной неподвижной прокладки позволяет сохранить смазку внутри опоры, кроме того, она является преградой для проникновения твердых включений к эластичному элементу как во время хранения и транспортировки, так и в процессе бурения. The principle of operation of the mechanical seal makes it possible to use almost any materials as contacting elements, including metal with a hardened rubbing surface, various types of ceramics, etc. In this case, the treatment of the friction surfaces should be such that it provides friction precisely on them, without rotation of the rotating ring 5 relative to the cone 2 and the stationary one relative to the pin 1. The swings of the cone during drilling are compensated by the possibility of movement of the elastic element 7 relative to the bore 3, radial vibrations existing in the new support and arising in the process of work - the possibility of radial movement of the rotating ring 5 on a stationary. Due to the fact that the outer diameter of the stationary flat ring is larger than the diameter of the rotating one, contact over the entire friction area is maintained for any possible movement of the rings over each other. The values of the ratio of the diameters of the rings 1.01-1.15 selected theoretically and experimentally by examining a large number of new and used bits. The installation of an additional fixed gasket between the elastic element of the rotating ring and the cone bore allows the lubricant to be stored inside the support, in addition, it is an obstacle for the penetration of solid inclusions to the elastic element both during storage and transportation, and during drilling.

За счет выполнения неподвижного кольца плоским и закрепленным на цапфе через такое же плоское эластичное кольцо осевые габариты уплотнения могут быть снижены до 30% по сравнению с известным уплотнением, а выполнение колец с различными диаметрами позволяет сохранить герметичность опоры при значительных колебаниях шарошки. Due to making the stationary ring flat and fixed on the axle through the same flat elastic ring, the axial dimensions of the seal can be reduced by up to 30% compared to the known seal, and the design of rings with different diameters allows maintaining the tightness of the support with significant vibrations of the cone.

Источники информации:
1. SU Авторское свидетельство N 1810468, кл. E 21 B 10/22, 1993.Sources of information:
1. SU Copyright certificate N 1810468, cl. E 21 B 10/22, 1993.

2. Патент США N 4666001, кл. 175-371, 1987. 2. US patent N 4666001, CL. 175-371, 1987.

Claims

1. The support of the drill bit, containing a pin for mounting cones with a conical bore on it, a seal in the form of two contacting each other on the end surface of the rotating and stationary sealing rings, while the rotating ring is edged around the outer diameter by an elastic element and is installed with the stop last in cone cone bore, characterized in that it is equipped with an elastic ring gasket, the pin is made with an annular collar, and the fixed ring is made flat and with ring sealing E protrusions on one of the flat surfaces, the elastic annular gasket is installed for the stationary ring abutment with the annular shoulder and a trunnion annular sealing protrusions stationary ring whose outer diameter is larger than the outer diameter of the rotating ring 1.01 - 1.15 times.

2. Support under item 1, characterized in that between the elastic element and the conical conic bore around the entire circumference there is a pad of soft porous elastic material.