RU2184202C1

RU2184202C1 - Cone drill

Info

Publication number: RU2184202C1
Application number: RU2000131254A
Authority: RU
Inventors: В.И. Дусев; Е.В. Колосова
Original assignee: Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: mining industry, hole drilling with face blow-through with air or air and water mixture. SUBSTANCE: cone drill has hollow nipple with inclined ducts in feet to blow-through bearings of cones, central hole with blow-though nozzle anchored in it and connected to non-return valve that has body with side windows housing piston, distributor of blow-through flow, spring. Distributor of blow-through flow embraces body, is mounted on it for movement along its axis and is coupled to piston with the aid of bar. One end of it is anchored in butt of piston and finger is fixed in hole on the other end. Finger enters longitudinal slots made in diametrically opposite sides of body and its other end is positioned in hole of distributor of blow- through flow. Lid has hole and spring is put on body and rests with one end against limiting washer and with other end against butt of distributor of blow-through flow. In non-operational position of valve side windows and longitudinal slots are shut off by distributor of blow-through for uninterrupted circular sealing over body of non-return valve. EFFECT: simplified design and increased operational reliability of cone drill. 1 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин в горной промышленности, а именно к шарошечным долотам со встроенным обратным клапаном, используемым для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью. The invention relates to the drilling of wells in the mining industry, and in particular to cone bits with a built-in check valve, used for sinking wells by blowing the bottom with compressed air or an air-water mixture.

Известны шарошечные долота со встроенным обратным клапаном, предназначенные для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (авт. св. СССР 250065, МКИ Е 21 В 9/08, опубл. БИ 26, 1968; 1444501, МКИ⁴ Е 21 В 10/08, опубл. БИ 46, 1988).Known cone bits with built-in check valve, designed for drilling holes with blowing the bottom with compressed air or air-water mixture (ed. St. USSR 250065, MKI E 21 V 9/08, publ. BI 26, 1968; 1444501, MKI ⁴ E 21 B 10/08, publ. BI 46, 1988).

Однако первое из них обладает большими аэродинамическими сопротивлениями, возникающими в результате малых сечений проходных каналов, что вызывает при бурении неоправданный рост давления в пневмотранспортной системе бурового станка, ведет к дополнительным затратам энергии, напряженному режиму работы насосно-компрессорного оборудования и интенсивному износу механизмов; второе требует оснащения первой трубы бурового става специальным переводником с горизонтальным обратным клапаном, что усложняет конструкцию бурового снаряда. However, the first of them has large aerodynamic drags resulting from small cross-sections of passage channels, which causes an unjustified increase in pressure in the pneumatic system of the drilling rig during drilling, leads to additional energy costs, intense operation of the pump and compressor equipment and intensive wear of the mechanisms; the second requires equipping the first pipe of the drill string with a special sub with a horizontal check valve, which complicates the design of the drill.

Отмеченные недостатки частично устранены в шарошечном долоте (патент SU 1806256 A3, кл. Е 21 В 10/18, опубл. БИ 12, 1993), которое является наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению и принято в качестве прототипа. The noted disadvantages are partially eliminated in the roller bit (patent SU 1806256 A3, class E 21 B 10/18, publ. BI 12, 1993), which is the closest in technical essence and the achieved results to this invention and adopted as a prototype.

Упомянутая конструкция представляет собой шарошечное долото, содержащее клапан, выполненный в виде полого цилиндра с крышкой, соединенный с ниппелем долота, имеющий сквозные радиальные отверстия, расположенные в три яруса, снабженный сплошной перегородкой, разделяющей его полость на две части, в одной из них расположен подпружиненный в продольном направлении золотник, имеющий радиальные отверстия и установленный так, что в нерабочем положении клапана его радиальные отверстия перекрыты внутренней поверхностью клапана, а в рабочем положении они совмещаются со средними отверстиями клапана, сообщенными с кольцевой полостью ниппеля долота. The mentioned design is a cone bit containing a valve made in the form of a hollow cylinder with a cover, connected to the bit nipple, having through radial holes located in three tiers, equipped with a continuous partition dividing its cavity into two parts, one of them is spring-loaded in the longitudinal direction, a spool having radial holes and installed so that in the idle position of the valve its radial holes are blocked by the inner surface of the valve, and in the working polo They coincide with the middle valve openings communicated with the annular cavity of the bit nipple.

В этом шарошечном долоте по сравнению с предыдущими аналогами увеличены проходные сечения каналов, но, прежде чем поступить в забой скважины, поток продувки должен неоднократно изменять свое направление, преодолевая местные сопротивления, что в конечном итоге вызывает повышенное общее аэродинамическое сопротивление клапана. In this roller cone bit, the channel cross-sections are increased compared to previous analogues, but before entering the bottom of the well, the purge flow must repeatedly change its direction, overcoming local resistances, which ultimately causes an increased total aerodynamic drag of the valve.

Задачей изобретения является упрощение конструкции долота со встроенным обратным клапаном без изменения устройства ниппельной части серийного шарошечного долота и уменьшение потерь давления потока продувки при пропуске его через обратный клапан. The objective of the invention is to simplify the design of the bit with a built-in check valve without changing the device of the nipple part of the serial rolling cone bit and to reduce the pressure loss of the purge stream when it passes through the check valve.

Это достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем полый ниппель с наклонными каналами в лапах для продувки опор шарошек, центральное отверстие с закрепленным в нем продувочным насадком, соединенным с обратным клапаном, включающим корпус с боковыми окнами, внутри которого расположен поршень, крышку, распределитель потока продувки, пружину, распределитель потока продувки охватывает корпус, установлен на нем с возможностью перемещения вдоль его оси и связан с поршнем посредством стержня, один конец которого закреплен в торце поршня, а на другом конце в отверстии, перпендикулярном стержню, установлен палец, который входит в продольные прорезы, выполненные на диаметрально противоположных сторонах корпуса, и свободными концами закреплен в отверстиях распределителя потока продувки, причем крышка выполнена с отверстием, а пружина надета на корпус и опирается одним концом на ограничительную шайбу, а другим концом - на торец распределителя потока продувки, при этом в нерабочем положении клапана боковые окна и продольные прорезы перекрыты распределителем потока продувки с возможностью непрерывного кругового уплотнения по корпусу обратного клапана. This is achieved by the fact that in the cone bit containing a hollow nipple with inclined channels in the paws for blowing cone bearings, a central hole with a purge nozzle fixed in it, connected to a non-return valve, including a housing with side windows, inside of which there is a piston, a cover, a distributor purge flow, spring, purge flow distributor covers the housing, mounted on it with the possibility of movement along its axis and connected to the piston via a rod, one end of which is fixed to the end of the piston, and on the other end in the hole perpendicular to the rod, a finger is installed, which enters into the longitudinal cuts made on the diametrically opposite sides of the body, and with free ends fixed in the holes of the purge flow distributor, the cover being made with a hole, and the spring is put on the body and rests on one the end to the restriction washer, and the other end to the end of the purge flow distributor, while in the inoperative position of the valve, the side windows and longitudinal cuts are blocked by the purge flow distributor with the possibility of continuous circular sealing along the body of the check valve.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан вертикальный разрез шарошечного долота со встроенным обратным клапаном. The invention is illustrated by the drawing, which shows a vertical section of a cone bit with integrated check valve.

Позиции на чертеже обозначают:1 - ниппель; 2 - каналы продувки опор; 3 - центральное отверстие; 4 - продувочный насадок; 5 - корпус обратного клапана; 6 - боковые окна; 7 - поршень; 8 - крышка; 9 - отверстие в крышке; 10 - распределитель потока продувки; 11 - пружина; 12 - ограничительная шайба; 13 - стержень; 14 - палец; 15 - продольные прорезы; 16 - отверстия. The positions in the drawing indicate: 1 - nipple; 2 - channels purge supports; 3 - the central hole; 4 - purge nozzles; 5 - check valve body; 6 - side windows; 7 - a piston; 8 - cover; 9 - hole in the cover; 10 - purge flow distributor; 11 - spring; 12 - restrictive washer; 13 - a core; 14 - finger; 15 - longitudinal cuts; 16 - holes.

Предлагаемое шарошечное долото работает следующим образом. The proposed cone bit works as follows.

Для проходки скважины ниппель 1 долота соединяют с буровым ставом (на чертеже став не показан), и внутрь става нагнетают поток продувки под давлением, который, проникая через отверстие 9, воздействует на поршень 7 и через связанные с ним стержень 13, палец 14 передает усилие на распределитель потока продувки 10, последний, перемещаясь, сжимает пружину 11 и открывает боковые окна 6 до тех пор, пока палец 14, скользя по продольным прорезам 15, не упрется в их основания. Этому положению соответствует полное открытие окон 6, и поток продувки будет поступать из полости ниппеля 1 через окна 6 в канал корпуса 5, в продувочный насадок 4 и далее в забой скважины на вынос продуктов разрушенной породы, не встречая на этом пути существенных аэродинамических сопротивлений. To drill a hole, the nipple 1 of the bit is connected to the drill stand (not shown in the drawing), and a purge flow under pressure is injected into the stand, which penetrates through the hole 9 and acts on the piston 7 and through the rod 13 connected to it, the finger 14 transfers force to the purge flow distributor 10, the latter, moving, compresses the spring 11 and opens the side windows 6 until the finger 14, sliding along the longitudinal slots 15, abuts against their base. This position corresponds to the full opening of windows 6, and the purge flow will come from the nipple 1 cavity through the windows 6 into the body channel 5, into the purge nozzles 4 and further into the bottom of the well to take out the products of the destroyed rock, without encountering significant aerodynamic drags along this path.

Одновременно из полости ниппеля 1 по наклонным каналам 2 часть потока продувки будет поступать в опоры шарошек (шарошки на чертеже не показаны). Это рабочий режим продувки забоя при углубке скважины. At the same time, from the cavity of the nipple 1 along the inclined channels 2, part of the purge flow will go to the cones (cones are not shown in the drawing). This is the operating mode for blowing the bottom while deepening the well.

В случае прекращения процесса бурения, отключения подачи в забой потока продувки и оставления долота на забое сжатая пружина 11 переместит распределитель потока 10, а вместе с ним и поршень 7 в исходное нерабочее положение. При этом распределитель потока продувки 10 своей боковой поверхностью надежно перекроет боковые окна 6 и продольные прорезы 15. In the event of termination of the drilling process, shutdown of the supply to the bottom of the purge stream and leaving the bit on the bottom, the compressed spring 11 will move the flow distributor 10, and with it the piston 7 to its original idle position. At the same time, the purge flow distributor 10 with its lateral surface will reliably block the side windows 6 and the longitudinal cuts 15.

Надежность герметизации в данном случае будет гарантирована не только свободным выбором высоты зон непрерывного кругового уплотнения по корпусу обратного клапана, но также и тем, что боковая поверхность его не имеет разрывов сплошности. Поэтому все полости, находящиеся за обратным клапаном, будут защищены от поступления в них загрязненной жидкости и шлама из забоя скважины и затрубного пространства. In this case, the reliability of sealing will be guaranteed not only by the free choice of the height of the zones of continuous circular seals along the check valve body, but also by the fact that its side surface has no discontinuities. Therefore, all cavities located behind the check valve will be protected from the entry of contaminated liquid and sludge into them from the bottom of the well and the annulus.

Как видно из описания и чертежа, предлагаемая конструкция шарошечного долота со встроенным обратным клапаном, предназначенного для бурения скважин в горной промышленности с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью, для реализации ее в промышленности не требует изменения ниппельной части серийно изготовляемых шарошечных долот; она обладает минимально возможными аэродинамическими сопротивлениями, возникающими только при входе потока продувки в боковые окна и продольные прорезы в корпусе клапана, имеющего тонкие стенки (не более 4 - 5 мм); наиболее ответственные детали защищены от абразивного износа и блокирования (зашламовывания) их раздробленной породой, так как они расположены не внутри основного канала корпуса обратного клапана, а вне его - в полости ниппеля. Это прежде всего относится к распределителю потока продувки и пружине; обратный клапан скомпонован из очень простых и технологичных деталей. As can be seen from the description and drawing, the proposed design of a cone bit with a built-in non-return valve designed for drilling wells in the mining industry by blowing the bottom with compressed air or an air-water mixture does not require changing the nipple part of commercially available cone bits; it has the lowest possible aerodynamic drags that occur only when the purge flow enters the side windows and longitudinal cuts in the valve body having thin walls (not more than 4-5 mm); the most critical parts are protected from abrasion and blocking (sludge) by their crushed rock, since they are not located inside the main channel of the non-return valve body, but outside it in the nipple cavity. This primarily relates to the purge flow distributor and the spring; The check valve is composed of very simple and technologically advanced parts.

Claims

Roller cone bit, containing a hollow nipple with inclined channels in the paws for blowing cone bearings, a central hole with a purge nozzle fixed in it, connected to a check valve, including a housing with side windows, inside of which there is a piston, a cover, a purge flow distributor, a spring that differs the fact that the purge flow distributor covers the housing, is mounted on it with the possibility of movement along its axis and is connected to the piston by means of a rod, one end of which is fixed at the end of the piston, and the other end has a finger installed in the hole perpendicular to the shaft, which enters into longitudinal slots made on the diametrically opposite sides of the body and is fixed with free ends in the holes of the purge flow distributor, the cover being made with a hole and the spring is put on the body and rests on one end on a restrictive washer, and at the other end to the end of the purge flow distributor, while in the inoperative position of the valve, the side windows and longitudinal cuts are blocked by the purge flow distributor with possibility of a continuous circular seal to the body of the check valve.