RU2178057C2

RU2178057C2 - Cutting-shearing drilling bit

Info

Publication number: RU2178057C2
Application number: RU99114638A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Буткин; А.В. Гилев; А.В. Реводько; А.Н. Курилов; А.Н. Алимцев
Original assignee: Красноярская государственная академия цветных металлов и золота
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2002-01-10

Abstract

FIELD: rock-cutting tools of cutting-shearing action; applicable, mainly, in drilling of blast holes in rocks of opencasts and in drilling of deep holes. SUBSTANCE: cutting-shearing drilling bit has a body and ribs, axles secured in ribs, rock-cutting discs installed on axles eccentrically relative to rotation axes with the help of eccentric bushings. Plane of cutting faces of rock-cutting discs is located at an angle to the body diametrical plane. Drilling bit has pairs of rock-cutting discs. One pair is installed on axles whose one end is secured in legs and its other end in ribs at an angle to diametrical plane of the body with inclination towards drilling bit rotation axis. The other pair of rock-cutting discs is installed on axles secured in parallel ribs of body central diametrical plane. Discs installed in legs are large than those installed in ribs by a factor of 1.5-2. Said drilling bit allows extension of rational application of drilling bits with disc rolling cutters in drilling of hard rocks by varying position of rock-cutting discs relative to the body at which combined cutting-shearing action on rock is provided with elements of crushing action in periphery zone (most difficult to cut from mass) of hole bottom. EFFECT: simplified design, reduced cost as compared with cutting drilling bits, higher efficiency of application of cutting-shearing drilling bits. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту режуще-скалывающего действия и преимущественно может быть использовано при бурении взрывных скважин в горных породах на карьерах, а также при проходке глубоких скважин. The invention relates to a rock cutting tool with a cutting-chipping action and can mainly be used when drilling blast holes in rocks in open pits, as well as when driving deep wells.

Известны многошарошечные долота скалывающе-дробящего, действия, состоящие из корпуса, крепящейся к нему крестовины, четырех лап и шарошек, две из которых боковые наклонные, а две другие малые смонтированы на горизонтальной оси и имеют коническую форму, как и боковые. Шарошки имеют опоры качения (шариковые и роликовые). Образующие зубков боковых не пересекаются на оси долота, а в малых шарошках зубцы нарезают по спирали. Благодаря этим особенностям долото производит скалывающе-дробящее действие с элементами резания породы (Шацов Н. И. , Федоров B. C. и др. Бурение нефтяных и газовых скважин. М. : Гостехиздат, 1961, с. 78). Known multi-cone chipping and crushing bits, actions consisting of a body attached to it by a cross, four paws and cones, two of which are side inclined, and two other small mounted on a horizontal axis and have a conical shape, as well as side ones. Roller cones have rolling bearings (ball and roller). The lateral teeth forming do not intersect on the axis of the bit, and in small cones the teeth are cut in a spiral. Due to these features, the bit produces a cleaving-crushing effect with elements of rock cutting (Shatsov N. I., Fedorov B. C. et al. Drilling of oil and gas wells. M.: Gostekhizdat, 1961, p. 78).

Однако использование известного устройства не позволяет устранить следующие недостатки: сложность конструкции, трудоемкость изготовления, высокая стоимость по сравнению с долотами режущего типа. However, the use of the known device does not allow to eliminate the following disadvantages: the complexity of the design, the complexity of manufacturing, high cost compared to bits of the cutting type.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является долото режущего типа, содержащее корпус, закрепленные в корпусе оси и установленные на осях породоразрушающие диски, плоскость режущих граней которых расположена под углом к диаметральной плоскости корпуса, причем породоразрушающие диски установлены эксцентрично относительно осей посредством эксцентричных втулок, связанных с осями шлицевыми соединениями (Патент РФ 2081989, кл. Е 21 В 10/12, 10/62, Б. И. 17). The closest set of essential features to the claimed one is a cutting-type bit containing a body, axes mounted on the axle and mounted on the axes of rock cutting disks, the plane of the cutting faces of which is located at an angle to the diametrical plane of the body, and rock cutting disks are mounted eccentrically relative to the axes by means of eccentric bushings, associated with axes by splined joints (RF Patent 2081989, class E 21 B 10/12, 10/62, B. I. 17).

Недостатками долота является ограниченная область применения породами крепостью f = 7 - 10 вследствие высокого коэффициента скольжения и одинакового уровня погружения всех дисков в плоскость забоя и, кроме того, сложность конструкции и трудоемкость изготовления. The disadvantages of the bit is the limited area of application by rocks with a strength of f = 7 - 10 due to the high slip coefficient and the same level of immersion of all disks in the face plane and, in addition, the complexity of the design and the complexity of manufacturing.

Основной задачей изобретения является расширение области рационального применения долота с дисковыми шарошками в сторону крепких пород путем изменения ориентации породоразрушающих дисков относительно корпуса, при котором создается комбинированное режуще-скалывающее действие на горную породу с элементами дробящего действия в периферийной (наиболее трудно отделяемой от массива) зоне забоя скважины. Другой задачей является упрощение конструкции, снижение стоимости по сравнению с долотами режущего действия. The main objective of the invention is to expand the field of rational use of bits with disk cutters in the direction of hard rocks by changing the orientation of the rock cutting disks relative to the body, which creates a combined cutting-shearing effect on the rock with elements of crushing action in the peripheral (most difficult to separate from the array) face wells. Another objective is to simplify the design, reduce cost compared to cutting bits.

Для решения поставленных задач буровое долото режуще-скалывающего действия содержит корпус и ребра, закрепленные в ребрах оси и установленные на осях эксцентрично относительно осей вращения (посредством эксцентриковых втулок) породоразрушающих дисков, плоскость режущих граней которых расположена под углом к диаметральной плоскости корпуса, причем долото оснащено парами породоразрушающих дисков, одна из которых установлена на осях, закрепленных одним концом в лапах, другим - в ребрах под углом к диаметральной плоскости с наклоном в сторону оси вращения долота, другая пара дисков установлена на осях, закрепленных в параллельных ребрах центральной диаметральной плоскости корпуса. Диски, установленные в лапах, выполнены в 1,5-2 раза больше дисков, установленных в ребрах. To solve the tasks, the cutting-shearing drill bit contains a housing and ribs fixed in the axis ribs and mounted on the axes eccentrically relative to the rotation axes (by means of eccentric bushings) of rock cutting disks, the plane of the cutting faces of which is located at an angle to the diametrical plane of the body, and the bit is equipped pairs of rock-cutting disks, one of which is mounted on axes fixed at one end in the paws, the other in the ribs at an angle to the diametrical plane with an inclination of Ron bit rotation axis, the other pair of discs mounted on axles fixed to the parallel edges of the central diametral plane of the housing. The disks installed in the paws are 1.5-2 times larger than the disks installed in the ribs.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: корпус оснащен двумя парами породоразрушающих дисков (периферийными и диаметрально расположенными), в каждом из которых диски установлены на двуопорных осях под углом к горизонтальной плоскости с наклоном в сторону оси вращения долота так, чтобы их зубья контактировали с забоем вблизи стенки скважины; диаметрально расположенная пара дисков установлена в общих ребрах по одной линии (в прототипе ребра для каждого диска расположены под углом); периферийные диски больше диаметрально расположенных дисков в 1,5-2 раза; ребра имеют отверстия для закрепления внутренних концов двух наклонных осей вращения периферийных дисков. In relation to the prototype, the proposed device has the following distinctive features: the casing is equipped with two pairs of rock-cutting disks (peripheral and diametrically located), in each of which the disks are mounted on two support axes at an angle to the horizontal plane with an inclination towards the axis of rotation of the bit so that they the teeth were in contact with the face near the wall of the well; a diametrically located pair of disks is installed in common ribs along one line (in the prototype, the ribs for each disk are angled); peripheral disks are 1.5-2 times larger than diametrically located disks; the ribs have holes for fixing the inner ends of the two inclined axes of rotation of the peripheral disks.

Между отличительными признаками и решаемой задачей существуют следующие причинно-следственные связи. Between the distinctive features and the problem to be solved, there are the following cause-effect relationships.

Периферийные диски, установленные в лапах под углом к плоскости забоя, в отличие от диаметрально установленных дисков перекатываются по периферии забоя скважины, разрушая породу смятием и сколом, создавая обширную свободную дополнительную кольцевую поверхность. Диаметрально расположенные по одной линии диски, установленные в ребрах, имея высокий коэффициент скольжения, разрушают породу в центре забоя не только резанием, но и сколом, так как эта часть забоя предварительно оконтурена кольцевым обнажением и находится в напряженном состоянии от непрерывного возмущения периферийными дисками. Использование дисков, соотношение диаметров которых меньше 1,5 и больше 2 раз приводит к неэффективной схеме разрушения забоя и не позволяет расширить область применения долот. Линейная ориентация ребер диаметральных дисков не только упрощает конструкцию корпуса, но и облегчает его изготовление, создает возможность размещения мощных опор периферийных дисков и создания высоких осевых нагрузок на них. Благодаря этим особенностям в сочетании с возможностью изменения с помощью эксцентрика вылета дисков по вертикали долото приобретает новые свойства для эффективного разрушения крепких пород. Peripheral disks installed in the paws at an angle to the bottom plane, unlike diametrically installed disks, roll along the periphery of the bottom of the well, destroying the rock with crushing and chipping, creating an extensive free additional annular surface. Disks diametrically aligned in one line and installed in the ribs, having a high slip coefficient, destroy the rock in the center of the face not only by cutting, but also by cleaving, since this part of the face is previously contoured by ring exposure and is in a state of stress from continuous perturbation by peripheral disks. The use of discs, the ratio of the diameters of which is less than 1.5 and more than 2 times leads to an ineffective scheme of destruction of the face and does not allow to expand the scope of the bits. The linear orientation of the ribs of the diametrical disks not only simplifies the design of the case, but also facilitates its manufacture, creates the possibility of placing powerful supports of the peripheral disks and creating high axial loads on them. Thanks to these features, in combination with the ability to change using the eccentric disc ejection vertically, the bit acquires new properties for the effective destruction of hard rocks.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг. 1 - буровое долото, вид снизу: на фиг. 2 - вид сбоку, а также схемы разрушения забоя в крепких и слабых породах. The invention is illustrated by graphic materials, which depict: in FIG. 1 - drill bit, bottom view: in FIG. 2 is a side view, as well as diagrams of the destruction of the face in hard and weak rocks.

Заявляемое изобретение состоит из корпуса 1 с ребрами 2, двух малых породоразрушающих (режущих) дисков 3, шлицевых втулок 4 и шлицевых осей 5 режущих дисков; по обе стороны от ребер находятся лапы 6 с закрепленными наклонными осями 7 для установки пары периферийных дисков 8. The claimed invention consists of a housing 1 with ribs 2, two small rock cutting (cutting) discs 3, spline bushings 4 and spline axes 5 of the cutting discs; on both sides of the ribs there are legs 6 with fixed inclined axes 7 for installing a pair of peripheral disks 8.

Эксцентрики опор используются не только для изменения диаметра (как в прототипе) бурения, но и по новому назначению: для повышения эффективности разрушения горных пород. В крепких породах диаметральные диски с помощью эксцентрика устанавливаются с отставанием от периферийных дисков на величину h, поэтому диски 3 разрушают часть забоя 9, ослабленную кольцевым вырубом 10 с эффектом крупного скола. В слабых породах диаметральные диски с помощью эксцентрика устанавливают с опережением периферийных дисков на величину h, легко проникая в забой резанием и ослабляя участки забоя 9, которые благодаря образующему центральному вырубу активно разрушаются дисками 8 с элементами скола. Eccentric bearings are used not only to change the diameter (as in the prototype) of the drilling, but also for a new purpose: to increase the efficiency of rock destruction. In hard rocks, the diametrical disks with the help of an eccentric are set behind the value of h behind the peripheral disks, so the disks 3 destroy the part of the face 9, weakened by the annular cut 10 with the effect of a large chip. In weak rocks, the diametrical disks are set with the help of an eccentric ahead of the peripheral disks by the value of h, easily penetrating into the face by cutting and weakening the sections of the face 9, which are actively destroyed by disks 8 with cleaved elements due to the forming central cut.

В целом долото создает комбинированное режуще-скалывающеe действие на забой скважины, расширяя область использования в сторону крепких пород по сравнению с прототипом, и в то же время является более простым по конструкции, чем многошарошечное долото. In general, the bit creates a combined cutting-shearing effect on the bottom of the well, expanding the area of use in the direction of hard rock compared to the prototype, and at the same time is simpler in design than a multi-cone bit.

Claims

1. Drill bit cutting-shearing action, containing a housing in the ribs of which are fixed axes and mounted on the axes eccentrically relative to the axis of rotation by eccentric bushings rock cutting disks, the plane of the cutting faces of which is located at an angle to the diametrical plane of the housing, characterized in that the bit is equipped with pairs rock-destroying discs, one of which, peripheral, is mounted on axes fixed at one end in the legs, the other in the ribs at an angle to the horizontal plane, with an inclination of Oron bit rotation axis, the other pair of diametrical, mounted on axes fixed in parallel fins central diametral plane of the housing.

2. Drill bit according to claim 1, characterized in that the disks installed in the paws are 1.5-2 times larger than those installed in the ribs.