RU2244798C1

RU2244798C1 - Drill bit

Info

Publication number: RU2244798C1
Application number: RU2003125959/03A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Ищук (RU); А.Г. Ищук; М.В. Гавриленко (RU); М.В. Гавриленко; В.Г. Неупокоев (RU); В.Г. Неупокоев; Р.М. Богомолов (RU); Р.М. Богомолов; Л.В. Морозов (RU); Л.В. Морозов; В.П. Мокроусов (RU); В.П. Мокроусов; А.В. Сусликов (RU); А.В. Сусликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш")
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-01-20
Also published as: RU2003125959A

Abstract

FIELD: drilling technique; drill bits for low-speed drilling with hermetically-sealed oil-filled support.

SUBSTANCE: drill bit has body, lugs with compensating oil reservoirs, hermetically sealed covers of reservoirs with locking expanding rings, system of passages for delivery of lubricant to support and hermetically rock rollers provided with rock crushing teeth. Cover of oil reservoir has groove for locking expanding ring and layer of hard alloy on part of its circular surface in sector at angle of 2α=120-150 deg. Which is located above groove for locking expanding ring in immediate proximity with edge of change of surface of lug back to cylindrical surface of hole for reservoir cover.

EFFECT: enhanced stability of support and drill bit as whole; increased sinking; simplified construction; enhanced reliability.

4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в буровых долотах, преимущественно при низкооборотном бурении.The invention relates to the field of drilling equipment and can be used in drill bits, mainly for low-speed drilling.

Известно буровое долото, содержащее сварной корпус с тремя секциями в виде лап с подшипниками качения или скольжения на их цапфах, на которых подвижно (с возможностью вращения) закреплены три шарошки, оснащенные фрезерованными зубьями или твердосплавными породоразрушающими зубками [1].A drill bit is known that contains a welded body with three sections in the form of paws with rolling or sliding bearings on their trunnions, on which three cones equipped with milled teeth or hard-alloy rock-cutting teeth are movably (with the possibility of rotation) [1].

Полость опоры этого долота герметизирована по торцам шарошек уплотнительным кольцом. В верхней части лапы размещается смазочное устройство, состоящее из крышки с уплотнением по ее боковой цилиндрической поверхности, а также эластичной диафрагмы, сжимающейся - разжимающейся при колебании давления внутри опоры и в затрубном пространстве долота, обеспечивая подпитку расходуемой в опоре смазки. Крышка смазочного устройства закрепляется в корпусе лапы с помощью разжимного стопорного кольца.The cavity of the support of this bit is sealed at the ends of the cones with a sealing ring. In the upper part of the paw there is a lubricating device consisting of a cover with a seal on its lateral cylindrical surface, as well as an elastic diaphragm, which is compressed - expanded when pressure fluctuates inside the support and in the annulus of the bit, providing recharge of the lubricant consumed in the support. The lid of the lubricating device is fixed in the body of the paw using an expandable retaining ring.

Недостатком такого бурового долота является то, что при бурении крутонаклонных или горизонтальных скважин спинки лап, контактируя с выбуренным шламом, быстро изнашиваются в зоне кромок пересечения отверстий крышки масляных резервуаров с конической поверхностью спинок лап. При таком износе оголяются участки расположения крышек в указанной зоне, происходит разгерметизация смазочных устройств с разрушением уплотнительных колец. В таком случае смазочное устройство становится неработоспособным, масло в опору не поступает. При этом стойкость опор резко снижается.The disadvantage of such a drill bit is that when drilling steeply inclined or horizontal wells, the backs of the legs, in contact with the cuttings drilled, quickly wear out at the edges of the intersection of the openings of the lid of the oil reservoirs with the conical surface of the backs of the legs. With this wear, the areas where the covers are located in the specified area are exposed, depressurization of the lubricating devices with destruction of the sealing rings occurs. In this case, the lubricant device becomes inoperative, oil does not enter the support. At the same time, the resistance of the supports decreases sharply.

Известно также буровое долото с герметизированными маслонаполенными опорами, содержащее корпус с лапами, с каналами к опорам и каналами с обратными клапанами, соединенными с затрубным пространством, шарошки, подвижно закрепленные на лапах, узлы герметизации опор и компенсационные смазочные узлы с крышками [2].Also known is a drill bit with a sealed oil-filled support, containing a housing with legs, with channels to the supports and channels with check valves connected to the annulus, roller cutters, movably mounted on the legs, nodes for sealing the supports and compensation lubricating units with covers [2].

Существенным недостатком такого бурового шарошечного долота является возможность преждевременного выхода из строя компенсационных смазочных узлов вследствие непрерывного контакта с выбуренной горной породой, вызывающего интенсивный износ незащищенных кромок в зоне пересечения отверстия под крышку компенсационного масляного узла с поверхностью спинок лап как при бурении вертикальных, так и наклонно направленных, а также горизонтальных скважин. При этом из-за вызванной абразивным износом крышки масляного резервуара разгерметизации компенсационного узла не происходит пополнения израсходованной в опорах смазки, стойкость опор и всего долота значительно снижается.A significant drawback of such a roller cone bit is the possibility of premature failure of the compensation lubricating units due to continuous contact with the drilled rock, causing intensive wear of the unprotected edges in the zone of intersection of the opening for the cover of the compensation oil unit with the surface of the backs of the legs, both when drilling vertical and directionally as well as horizontal wells. At the same time, due to depressurization of the cover of the oil reservoir caused by abrasive wear, the compensation unit does not replenish the grease consumed in the bearings, the resistance of the bearings and the entire bit is significantly reduced.

Данное заявляемое изобретение направлено на обеспечение более длительной и эффективной работы компенсационных масляных систем герметизированных опор буровых долот.This claimed invention is aimed at providing a longer and more efficient operation of compensation oil systems of pressurized supports of drill bits.

Техническим результатом при осуществлении изобретения является повышение стойкости опор буровых долот и увеличение их проходки.The technical result in the implementation of the invention is to increase the resistance of the supports of drill bits and increase their penetration.

Данный технический результат достигается тем, что в буровом долоте, содержащем корпус, лапы с компенсационными масляными резервуарами, герметизированными крышками резервуаров со стопорными разжимными кольцами, с системой каналов для подвода смазки в опору и герметизированные шарошки с породоразрушающими зубьями, крышка масляного резервуара, выполненная с канавкой под стопорное разжимное кольцо, имеет слой наплавленного твердого сплава на части ее круговой поверхности в секторе с углом 2α=120°-150°. Наплавленный слой твердого сплава расположен выше канавки под стопорное разжимное кольцо в непосредственной близости кромки перехода поверхности спинки лапы в цилиндрическую поверхность отверстия под крышку масляного резервуара.This technical result is achieved in that in a drill bit containing a housing, legs with compensating oil reservoirs, sealed reservoir caps with retaining expansion rings, with a system of channels for supplying lubricant to the support and sealed cones with rock cutting teeth, an oil reservoir cap made with a groove under the snap expansion ring, has a layer of deposited hard alloy on part of its circular surface in a sector with an angle of 2α = 120 ° -150 °. The deposited layer of the hard alloy is located above the groove for the snap expansion ring in the immediate vicinity of the edge of the transition of the surface of the back of the paw into the cylindrical surface of the hole for the cover of the oil reservoir.

На поверхности спинки лапы для защиты крышки масляного резервуара расположен ряд твердосплавных зубков вдоль кромки перехода поверхности спинки в цилиндрическую поверхность отверстия под крышку.On the surface of the back of the paw to protect the lid of the oil reservoir is a series of carbide teeth along the edge of the transition surface of the back into the cylindrical surface of the hole for the cover.

Непосредственно на поверхность спинки лапы или во выфрезерованную на ней канавку нанесен слой наплавленного порошкового твердого сплава в виде криволинейной полосы для защиты масляного резервуара от абразивного износа.Directly on the surface of the back of the paw or in the groove milled on it is a layer of deposited hard metal powder in the form of a curved strip to protect the oil tank from abrasive wear.

На конической поверхности спинки лапы и на ее плоской поверхности по бокам отверстия под крышку масляного резервуара расположены с чередованием твердосплавные зубки и полосы наплавленного порошкового твердого сплава для защиты крышки масляного резервуара от абразивного износа.On the conical surface of the back of the paw and on its flat surface on the sides of the hole for the cover of the oil tank are alternating carbide teeth and strips of deposited powder hard alloy to protect the cover of the oil tank from abrasive wear.

На фиг.1 показан фрагмент секции бурового долота с одним из вариантов защиты крышки масляного резервуара от абразивного износа. На фиг.2 изображена секция бурового долота с герметизированными маслонаполненными опорами (разрез А-А фиг.1). На фиг.3 показан вариант защиты крышки масляного резервуара, на фиг.4 - разрез Б-Б фиг.3. На фиг.5 и 6 изображены другие варианты исполнения изобретения. На фиг.7 и 8 показан разрез В-В фиг.6.Figure 1 shows a fragment of a section of a drill bit with one of the options for protecting the cover of the oil tank from abrasive wear. Figure 2 shows a section of a drill bit with sealed oil-filled bearings (section AA of Figure 1). In Fig.3 shows a variant of the protection of the cover of the oil tank, in Fig.4 is a section bB of Fig.3. 5 and 6 show other embodiments of the invention. In Fig.7 and 8 shows a section bb In Fig.6.

В предлагаемой новой конструкции бурового шарошечного долота с герметизированными маслонаполненными опорами для разбуривания абразивных пород (см. фиг.1-2) показаны лапа 1 с цапфой 2, шарошка 3 с сооружением в виде твердосплавных зубков 4 и с уплотнительным герметизирующим кольцом 5, масляный резервуар 6, эластичная диафрагма 7 компенсационной масляной системы, стальной габаритный стаканчик 8 для предохранения диафрагмы 7 от разрыва, система масляных каналов 9, крышка 10 масляного резервуара, уплотнительное кольцо 11, стопорное разжимное кольцо 12, поверхность спинки лапы 13, отверстие 14 в лапе под крышку резервуара, изнашиваемая кромка 15 пересечения отверстия пoд крышку масляного резервуара с поверхностью спинки лапы, твердосплавный зубок 16 с выступающей частью 17 и кромкой зубка 18.In the proposed new design of the cone drill bit with sealed oil-filled supports for drilling abrasive rocks (see Fig.1-2) shows a paw 1 with a pin 2, a cone 3 with a construction in the form of carbide teeth 4 and with a sealing ring 5, an oil reservoir 6 , elastic diaphragm 7 of the compensation oil system, steel gauge cup 8 to protect the diaphragm 7 from rupture, oil channel system 9, oil reservoir cap 10, o-ring 11, snap ring 12, the surface of the back legs 13, the opening 14 in the paw underneath the reservoir cap, the wear edge 15 of intersection of pod apertures cover the oil reservoir to the surface of the back paw, the carbide tooth 16 with the projecting portion 17 and the edge 18 cloves.

Форма зубка 16 с плоским торцем является предпочтительной, поскольку кромка 18 его выступающей части 17 легче разрушает выбуренные частицы, попадающие в зазор между стенкой скважины и спинкой лапы при горизонтальном бурении, по сравнению со сферической формой выступающей части. С точки зрения предохранения от абразивного износа защищаемого участка спинки лапы может быть целесообразным применение для этой цели зубков с другой формой выступающей части.The shape of the tooth 16 with a flat end is preferred, since the edge 18 of its protruding part 17 more easily destroys drilled particles falling into the gap between the wall of the well and the back of the paw during horizontal drilling, compared with the spherical shape of the protruding part. From the point of view of protecting against abrasive wear of the protected portion of the back of the paw, it may be appropriate to use teeth with a different shape of the protruding part for this purpose.

На фиг.3 и 4 показан вариант исполнения защиты крышки масляного резервуара компенсационной масляной системы от абразивного износа в виде криволинейной полосы 19 твердого сплава, наплавленного непосредственно на поверхность спинки лапы 13 или в паз 20 (показано только его сечение), выфрезерованный на этой поверхности для увеличения толщины наплавленного слоя. С этой же целью наплавленный слой может выступать над поверхностью спинки лапы, как показано на фиг.4. Ширина, глубина паза 20 и величина выступания наплавленного слоя 19 выбираются конструктивно, в зависимости от габаритов лапы долота.Figures 3 and 4 show an embodiment of the protection of the cover of the oil reservoir of the compensation oil system against abrasive wear in the form of a curved strip 19 of a hard alloy deposited directly on the surface of the back of the paw 13 or in the groove 20 (only its cross section is shown), milled on this surface for increasing the thickness of the deposited layer. For the same purpose, the deposited layer may protrude above the surface of the back of the paw, as shown in figure 4. The width, depth of the groove 20 and the protrusion of the deposited layer 19 are selected constructively, depending on the dimensions of the paw of the bit.

На фиг.5 изображен фрагмент бурового долота с исполнением защиты крышки масляного резервуара компенсационного устройства от износа для буровых долот, работающих в среднеабразивных породах. Указанная защита достигнута чередованием твердосплавных зубков с выступающей частью 17, кромкой 18 и криволинейных полос наплавленного порошкового твердого сплава твердого сплава 19 и 21. Криволинейные полосы 21 и 19 расположены на конической поверхности спинки лапы по бокам отверстия под крышку масляного резервуара и под указанным отверстием. Полосы наплавленного порошкового твердого сплава нанесены или непосредственно на поверхность спинки лапы вокруг отверстия под крышку масляного резервуара, или в пазы с выступами аналогично поз.19 и 20 фиг.4.Figure 5 shows a fragment of a drill bit with the protection of the cover of the oil reservoir of the compensation device against wear for drill bits operating in medium-abrasive rocks. The specified protection is achieved by alternating carbide teeth with a protruding part 17, an edge 18 and curved strips of a deposited powder hard alloy of hard alloy 19 and 21. Curved strips 21 and 19 are located on the conical surface of the back of the legs on the sides of the hole for the oil reservoir cover and under the specified hole. Strips of deposited hard metal powder are deposited either directly on the surface of the back of the paw around the hole under the cover of the oil reservoir, or in grooves with protrusions similarly to poses 19 and 20 of FIG. 4.

На фиг.6-8 изображен вариант защиты от абразивного износа крышки 22 масляного резервуара компенсационной масляной системы буровых долот, предназначенных для разбуривания горных пород в широком диапазоне их абразивности - от слабоабразивных до высокоабразивных. Эта защита осуществлена таким образом, что часть выступающей круговой поверхности 23 крышки, наплавленная порошковым твердым сплавом 24, ограничена по кольцу ее максимальным диаметром, по бокам - сторонами сектора с суммарным углом 2α=120°-150° в непосредственной близости от кромки перехода поверхности спинки лапы в цилиндрическое отверстие под крышку масляного резервуара.Figure 6-8 shows a variant of protection against abrasive wear of the cover 22 of the oil reservoir of the compensation oil system of drill bits designed to drill rocks in a wide range of their abrasiveness - from mildly to highly abrasive. This protection is carried out in such a way that a part of the protruding circular surface 23 of the lid, fused with powdered hard alloy 24, is bounded along the ring by its maximum diameter, on the sides by the sides of the sector with a total angle of 2α = 120 ° -150 ° in the immediate vicinity of the transition edge of the back surface paws into a cylindrical hole under the cover of the oil tank.

При этом наплавленная твердым сплавом поверхность 24 крышки 22, расположенная выше уступа 28 и канавки 25 под стопорное разжимное кольцо, перекрывает его и уплотнительное кольцо в зоне наибольшего износа, являясь защитным козырьком также и узла крепления и герметизации крышки масляного резервуара.At the same time, the surface 24 of the lid 22 deposited by the hard alloy located above the ledge 28 and the grooves 25 for the snap expansion ring overlaps it and the sealing ring in the zone of greatest wear, being a protective peak for the attachment and sealing unit for the oil tank cover.

Нижняя поверхность канавки 25 совпадает с плоской поверхностью 27 крышки 22 масляного резервуара для плотного прилегания к ней стопорного разжимного кольца после его установки его в гнездо на стенке отверстия под крышку. Глубина канавки 25 должна обеспечивать беспрепятственную возможность сжиматься стопорному разжимному кольцу перед его установкой в крышку 22.The bottom surface of the groove 25 coincides with the flat surface 27 of the lid 22 of the oil reservoir for snug fit to her retaining expansion ring after it is installed in the slot on the wall of the hole under the cover. The depth of the groove 25 should provide unobstructed ability to compress the snap expansion ring before installing it in the cover 22.

В предлагаемом буровом долоте во время работы его на забое скважины все приведенные в описании способы защиты от износа и разгерметизации компенсационной масляной системы способствуют повышению стойкости и проходки, что позволяет достигнуть требуемый технический результат.In the proposed drill bit during operation at the bottom of the well, all the methods of protection against wear and depressurization of the compensation oil system described in the description contribute to increased durability and penetration, which allows to achieve the desired technical result.

Данное техническое решение может быть реализовано практически в любой конструкции бурового шарошечного долота с герметизированными маслонаполненными опорами.This technical solution can be implemented in almost any design of a cone drill bit with sealed oil-filled bearings.

Возможность осуществления изобретения подтверждается также успешными стендовыми и промысловыми испытаниями опытных образцов предлагаемых буровых долот, показавших значительное повышение показателей бурения.The possibility of carrying out the invention is also confirmed by successful bench and field trials of prototypes of the proposed drill bits, which showed a significant increase in drilling performance.

Источники информацииSources of information

1. Патент США №5351768, Е 21 В 10/161. US Patent No. 5351768, E 21 B 10/16

2. Патент РФ №2007539, Е 21 В 10/22.2. RF patent №2007539, Е 21 В 10/22.

Claims

1. A drill bit containing a housing, legs with compensating oil reservoirs, sealed reservoir caps with retaining expansion rings, with a system of channels for supplying lubricant to the support and sealed cones with rock-cutting teeth, characterized in that the oil reservoir cap is made with a retaining groove expandable ring, has a layer of deposited hard alloy on part of its circular surface in a sector with an angle of 2α = 120 ° ÷ 150 °, located above the groove for the snap expansion ring in The proximity of the edge of the transition of the surface of the back of the paw to the cylindrical surface of the hole under the cover of the oil reservoir.

2. The bit according to claim 1, characterized in that on the surface of the back of the paw to protect the lid of the oil reservoir there is a series of carbide teeth along the edge of the transition of the surface of the back into the cylindrical surface of the hole for the cover.

3. The bit according to claim 1, characterized in that directly on the surface of the back of the paw or in the groove milled thereon, a layer of deposited powder hard alloy is applied in the form of a curved strip to protect the lid of the oil tank from abrasive wear.

4. A bit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that on the conical surface of the back of the paw and on its flat surface on the sides of the hole for the cover of the oil tank are alternating carbide teeth and strips of deposited powder hard alloy to protect the cover of the oil tank from abrasive wear.