RU2184831C2

RU2184831C2 - Roller-cutter drilling bit

Info

Publication number: RU2184831C2
Application number: RU2000123254A
Authority: RU
Inventors: В.И. Дусев; Е.В. Колосова
Original assignee: Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-07-10

Abstract

FIELD: roller-cutter drilling bits for drilling of holes with a hole blowing with air or air-water mixture. SUBSTANCE: roller-cutter drilling hit has a shank with air sources for blowing of bearings, blowing nozzle secured in central hole of drilling bit, check valve including flow distributor installed for axial motion on body made in the form of two-stage cylinder in which stage of body small diameter is connected with blowing nozzle and has side windows, and stage of large diameter is closed by dead cover and made with holes at its base. Flow distributor is made in the form of two-stage cylinder. Stages of large and small diameters embrace body corresponding stages. Located in circular chamber between walls of bit body and flow distributor is spring resting with its one end onto internal step of stages of flow distributor, and with its other end resting on external step of bit body stages. Side windows are so located that in nonworking position of valve, one part of then, through half of its height, is closed by small diameter stage of flow distributor resting on limiting ring, while the other, comes to circular chamber between bit body and flow distributor. EFFECT: simplified design and higher operating reliability. 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 долота со встроенным обратным клапаном, предназначенные для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (авт. св. СССР 168211, МКИ Е 21 В 23/20, опубл. БИ 4, 1965, авт. св. СССР 250065, МКИ Е 21 В 9/080, опубл. БИ 26, 1968). Known bits with a built-in check valve, designed for drilling holes with blowing the bottom with compressed air or air-water mixture (ed. St. USSR 168211, MKI E 21 23/20, publ. BI 4, 1965, ed. St. USSR 250065 MKI E 21 V 9/080, publ. BI 26, 1968).

Однако данные конструкции обладают повышенными аэродинамическими сопротивлениями, возникающими при продувке скважины в результате того, что главные проходные каналы клапанов затенены расположенными внутри них деталями в виде запорных и упругих элементов, опорных и ограничительных буртиков и др. However, these designs have increased aerodynamic drag that occurs when the well is purged as a result of the fact that the main passage channels of the valves are obscured by the parts located inside them in the form of locking and elastic elements, supporting and restrictive collars, etc.

Повышенные аэродинамические сопротивления вызывают рост давления в пневмотранспортной системе бурового станка, что приводит к дополнительным затратам энергии, сокращает срок службы насосно-компрессорного оборудования и электроприводов. Increased aerodynamic drags cause an increase in pressure in the pneumatic system of the drilling rig, which leads to additional energy costs, reduces the life of the tubing equipment and electric drives.

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

Упомянутая конструкция (прототип) 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 (prototype) is a roller 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 solid partition that divides its cavity into two parts, in one of they are located longitudinally spring-loaded 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 In the lateral position they are aligned with the middle valve openings in communication with the annular cavity of the bit nipple.

В этом шарошечном долоте по сравнению с предшествующими 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. In this rolling 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 drags, which ultimately causes an increased overall aerodynamic drag.

Задачей изобретения является упрощение конструкции шарошечного долота со встроенным обратным клапаном и уменьшение потерь давления потока продувки при пропуске его через обратный клапан. The objective of the invention is to simplify the design of the cone bit with integrated check valve and reduce pressure losses of the purge flow when it passes through the check valve.

Это достигается тем, что в шарошечном долоте со встроенным обратным клапаном, предназначенном для проходки скважин с продувкой забоя сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью и содержащем ниппель с каналами в лапах для продувки опор, продувочный насадок, закрепленный в центральном отверстии долота, обратный клапан, включающий распределитель потока, установленный с возможностью осевого перемещения на корпусе, выполненном в виде полого двухступенчатого цилиндра, у которого ступень меньшего диаметра корпуса соединена с продувочным насадком и оснащена боковыми окнами, а ступень большего диаметра закрыта глухой крышкой и выполнена у основания с отверстиями, распределитель потока выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, причем ступени большего и меньшего диаметров охватывают соответствующие ступени корпуса, а в кольцевой камере между стенками корпуса и распределителя потока расположена пружина, опирающаяся одним концом на внутренний уступ ступеней распределителя потока, а другим концом - на наружный уступ ступеней корпуса, при этом боковые окна расположены так, что в нерабочем положении клапана одна их часть на половину высоты перекрыта ступенью меньшего диаметра распределителя потока, опирающейся на ограничительное кольцо, а другая часть выходит в кольцевую камеру между корпусом и распределителем потока. This is achieved by the fact that in a roller cone bit with a built-in non-return valve designed for drilling wells with blowing the bottom with compressed air or an air-water mixture and containing a nipple with channels in the paws for blowing out the supports, a purging nozzle fixed in the central hole of the bit, a check valve, including a flow distributor installed with the possibility of axial movement on the housing, made in the form of a hollow two-stage cylinder, in which a stage of a smaller diameter of the housing is connected to the purge is equipped with side windows, and the larger diameter step is closed by a blank cover and made at the base with holes, the flow distributor is made in the form of a two-stage cylinder, and the larger and smaller diameters span the corresponding housing steps, and in the annular chamber between the walls of the housing and the flow distributor a spring resting at one end on the inner ledge of the steps of the flow distributor, and the other end on the outer ledge of the steps of the housing, while the side windows are arranged so that in the inoperative position of the valve, one of them at half the height of the smaller diameter step blocked the flow distributor relying on the stop ring and the other part goes into the annular space between the housing and the flow distributor.

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 долота; 2 - каналы для продувки опор; 3 - продувочный насадок; 4 - распределитель потока продувки; 5 - корпус обратного клапана; 6 - крышка; 7 - кольцевая камера; 8 - пружина; 9 - боковые окна; 10 - отверстия; 11 - ограничительное кольцо разрезное.The positions in the drawing indicate:
1 - bit nipple; 2 - channels for purging supports; 3 - purge nozzles; 4 - purge flow distributor; 5 - check valve body; 6 - a cover; 7 - annular chamber; 8 - spring; 9 - side windows; 10 - holes; 11 - split ring split.

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

Для проходки скважины ниппель 1 долота соединяют с буровым ставом (на фиг. 1 став не показан) и внутрь става нагнетают поток продувки под давлением, который, воздействуя на гидравлически неуравновешенную площадь распределителя потока 4, перемещает его, сжимая пружину 8, при этом открываются боковые окна 9 и поток продувки устремляется во внутренний канал корпуса 5 клапана, а из него через продувочный насадок 3 идет в забой скважины на вынос продуктов разрушения. Одновременно поток продувки через каналы 2 в лапах долота поступает на продувку опор шарошек (шарошки на чертеже не показаны). Это рабочий режим продувки при бурении скважины. To drill a hole, the nipple 1 of the bit is connected to the drill stand (not shown in Fig. 1) and a purge flow under pressure is injected into the stand, which, acting on the hydraulically unbalanced area of the flow distributor 4, moves it by compressing the spring 8, while the lateral openings windows 9 and the purge flow rushes into the inner channel of the valve body 5, and from it through the purge nozzles 3 goes to the bottom of the well to take the products of destruction. At the same time, the purge flow through the channels 2 in the paws of the bit enters the purge of the cones (cones are not shown in the drawing). This is the operating mode of purging while drilling a well.

Следует отметить, что проходя через клапан, поток продувки встречает минимально возможные местные аэродинамические сопротивления, представляющие собой сопротивления входа в боковые окна 9 с одинарными тонкими стенками, далее поток продувки идет по каналу, сечение которого такое же, как и у продувочного насадка 3, поэтому дополнительные затраты энергии на пропуск потока через клапан будут пренебрежимо малы. It should be noted that, passing through the valve, the purge flow meets the minimum possible local aerodynamic drags, which are the entry resistances to the side windows 9 with single thin walls, then the purge flow passes through a channel whose cross section is the same as that of the blower nozzle 3, therefore the additional energy required to pass the flow through the valve will be negligible.

В случае прекращения процесса бурения, отключения подачи в забой потока продувки и оставлении долота на забое, сжатая пружина 8 переместит распределитель потока 4 до упора торца его в ограничительное кольцо 11. При этом ступень меньшего диаметра распределителя потока 4 перекроет боковые окна 9 и в полости центрального канала корпуса 5 обратного клапана, в полости ниппеля 1, в продувочных каналах 2 опор шарошек, а также внутри бурового става сохранится повышенное давление потока продувки, равное тому значению, которое было в момент прекращения продувки. Поэтому все отмеченные полости будут надежно защищены от поступления в них загрязненной жидкости и шлама из забоя скважины и затрубного пространства. 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 8 will move the flow distributor 4 to the stop of its end in the restriction ring 11. At the same time, the step of the smaller diameter of the flow distributor 4 will block the side windows 9 in the central cavity the channel of the check valve housing 5, in the cavity of the nipple 1, in the purge channels 2 of the cone bearings, and also inside the drill string, the increased purge flow pressure will remain equal to the value that was at the time of termination purge. Therefore, all marked cavities will be reliably protected from the entry of contaminated liquid and sludge from the bottom of the well and annulus.

Следует обратить внимание и на тот факт, что конструкция обратного клапана предлагаемого шарошечного долота предельно упрощена. Она составлена всего из пяти деталей, включая три элементарно простые типовые детали, такие как разрезное кольцо 11, пружина 8 и крышка 6. По сравнению с известными аналогами и прототипом предлагаемая конструкция имеет минимально возможную высоту, так как в ней совмещены в пространстве в нерабочем положении обратного клапана распределитель потока 4, пружина 8 и частично боковые окна 9. You should pay attention to the fact that the design of the check valve of the proposed cone bit is extremely simplified. It is composed of only five parts, including three elementary simple typical parts, such as a split ring 11, a spring 8 and a cover 6. Compared with the known analogues and the prototype, the proposed design has the lowest possible height, since it is combined in space in the idle position check valve flow distributor 4, spring 8 and partially side windows 9.

Claims

A cone bit containing a nipple with channels in the paws for blowing out the supports, a blowing nozzle fixed in the central hole of the bit, a check valve including a flow distributor mounted with axial movement on the body, made in the form of a two-stage cylinder, in which a stage of a smaller diameter is connected with a blowing nozzle and is equipped with side windows, and the larger diameter step is closed by a blank cover and is made at the base with holes, characterized in that the flow distributor made in the form of a two-stage cylinder, and the steps of larger and smaller diameters cover the corresponding steps of the casing, and in the annular chamber between the walls of the casing and the flow distributor there is a spring resting at one end on the inner ledge of the steps of the flow distributor, and the other end on the outer ledge of the steps of the housing, while the side windows are located so that in the inoperative position of the valve, one part of them at half the height is blocked by a step of a smaller diameter of the flow distributor, based on the face the exhaust ring, and the other part enters the annular chamber between the housing and the flow distributor.