RU2246603C1

RU2246603C1 - Drilling tool

Info

Publication number: RU2246603C1
Application number: RU2003135686/03A
Authority: RU
Inventors: В.В. Нескоромных (RU); В.В. Нескоромных; Равдан Пурэвсурэн (MN); Равдан Пурэвсурэн
Original assignee: Иркутский государственный технический университет (ИрГТУ)
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2005-02-20

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: drilling toll has body with thread and inner washing channel, as well as matrix, contacting pin by its inner surface and having outer end spherical surface, provided with rock-destroying means. Pin in body is mounted coaxially. Outer end spherical surface of matrix with rock-destroying means is made with diameter equal to outer diameter of drilling toll, and inner surface of matrix and outer surface of pin are made spherical, centers of which coincide with center of outer end spherical surface of matrix. Between inner surface of matrix and spherical pin, balls are mounted in recesses of contact surfaces. Recesses for balls made in matrix are elongated in vertical directions from ball center for distance L=(R+r)tgΨ, where R - radius of pin spherical outer surface, m; r - ball radius, m; Ψ - maximally possible angle of matrix rotation in vertical plane, in degrees.

EFFECT: higher reliability.

6 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения вращательным способом анизотропных горных пород.The invention relates to the field of rotational drilling of anisotropic rocks.

Необходимость данного технического решения определяется тем, что при бурении анизотропных горных пород происходит самопроизвольное искривление скважин вследствие того, что процесс разрушения характеризуется неравномерностью. Вследствие этого на торец бурового инструмента оказывает действие опрокидывающий момент, который вызывает некоторый перекос бурового инструмента, изгиб вышерасположенного участка бурильной колонны и искривление скважины в направлении перекоса инструмента (см., например, Нескоромных В.В. Механика разрушения анизотропных горных пород при бурении скважин заданного направления. М., Обзор АОЗТ “Геоинформмарк”, 1997 г. - 56 с.).The need for this technical solution is determined by the fact that when drilling anisotropic rocks, spontaneous curvature of the wells occurs due to the fact that the destruction process is characterized by unevenness. As a result, a tipping moment acts on the end face of the drilling tool, which causes some distortion of the drilling tool, bending of the upstream section of the drill string and curvature of the well in the direction of the tool skew (see, for example, Neskoromnykh V.V. Mechanics of the destruction of anisotropic rocks during well drilling directions. M., Overview of CJSC Geoinformmark, 1997 - 56 p.).

Опрокидывающий момент возникает при бурении в зоне контакта инструмента с анизотропной горной породой вследствие неравенства реакций со стороны породы в направлении торца бурового инструмента.A tipping moment occurs when drilling in the contact zone of the tool with anisotropic rock due to the inequality of the reactions from the side of the rock in the direction of the end face of the drilling tool.

Одним из направлений разработки технических средств для снижения естественного искривления скважин является создание специальных буровых инструментов. К таким инструментам относятся буровые коронки согласно а.с. СССР №1615306, 1620590, 1657594, патенту РФ №2167261.One of the directions in the development of technical means to reduce the natural curvature of wells is the creation of special drilling tools. Such tools include drill bits according to A.S. USSR No. 1615306, 1620590, 1657594, patent of the Russian Federation No. 2167261.

Однако, известные технические решения не обеспечивают решения задачи по устранению действия опрокидывающего момента на буровой снаряд, что не позволяет устранить искривления скважин.However, the known technical solutions do not provide a solution to the problem of eliminating the effect of tipping moment on the drill, which does not allow to eliminate the curvature of the wells.

В практике буровых работ широко используются различные конструкции шарошечных долот (см. Масленников И.К., Матвеев Г.И. Инструмент для бурения скважин. Справочное пособие. - М.: Недра, 1981 г.). Особенностью этих буровых инструментов является наличие вращающихся шарошек, оснащенных породоразрушающими элементами. Подвижность шарошек обеспечивает некоторое устранение негативного действия опрокидывающего момента (М_оп) на долото и бурильную колонну и, как следствие, на искривление скважины, но данное влияние незначительно и не решает задачи предотвращения искривления скважин при бурении анизотропных горных пород. Например, если действие опрокидывающего момента совпадает с направлением вращения отдельной шарошки, то в данном случае М_оп оказывает самое незначительное влияние на шарошку в плане ее перекоса. Если же М_оп действует вдоль оси вращения шарошки (при повороте долота вокруг своей продольной оси на некоторый угол), то это действие максимальное. Учитывая, что шарошечные долота могут быть с различным количеством шарошек - 4, 3, 2 и 1, очевидно, что чем меньшее число шарошек у долота, тем в меньшей степени происходит колебание величины М_оп и меньший по величине суммарный М_оп воздействует на долото и бурильную колонну.In the practice of drilling operations, various designs of roller cone bits are widely used (see Maslennikov IK, Matveev GI Tool for drilling wells. Reference guide. - M .: Nedra, 1981). A feature of these drilling tools is the presence of rotating cones equipped with rock cutting elements. Roller cone mobility provides some elimination of the negative effect of the overturning moment (M _op ) on the bit and drill string and, as a result, on the well curvature, but this effect is insignificant and does not solve the problem of preventing well curvature when drilling anisotropic rocks. For example, if the effect of the overturning moment coincides with the direction of rotation of an individual cone, then in this case, M _op has the most insignificant effect on the cone in terms of its bias. If M _op acts along the axis of rotation of the cone (when turning the bit around its longitudinal axis by a certain angle), then this action is maximum. Considering that roller cone bits can be with a different number of cones - 4, 3, 2, and 1, it is obvious that the smaller the number of cone bits per bit, the less the oscillation of the magnitude of M _op occurs and the smaller the total M _op affects the bit and drill string.

Поэтому ближе всего по эффективности, с точки зрения устранения действия М_оп, к предлагаемому техническому решению является одношарошечное долото.Therefore, the closest in efficiency, from the point of view of eliminating the action of M _op , to the proposed technical solution is a single-bit chisel.

Исследования влияния М_оп на шарошечное долото сделано в работе Нескоромных В.В. Механика разрушения анизотропных горных пород при бурении скважин заданного направления. М., Обзор АОЗТ “Геоинформмарк”, 1997 г., стр.33. рис.12.Studies of the influence of M _op on roller cone bit made in the work of Neskoromnykh VV The mechanics of the destruction of anisotropic rocks while drilling wells in a given direction. M., Review of CJSC Geoinformmark, 1997, p. 33. fig. 12.

За прототип принято одношарошечное долото (см. Масленников И.К., Матвеев Г.И. Инструмент для бурения скважин. Справочное пособие. - М.: Недра, 1981 г., стр.22, рис.6). Прототип содержит корпус с резьбой и внутренним промывочным каналом, а также матрицу (шарошку) в форме сферы с породоразрушающими элементами, размещенными на ее наружной поверхности. Матрица выполнена в виде сферы диаметром меньшим, чем наружный диаметр долота, который определяет диаметр формируемого при бурении ствола скважины. Породоразрушающая матрица установлена на цапфе, оснащенной шарикоподшипниками, что позволяет матрице вращаться вокруг цапфы. Цапфа при этом установлена под углом 20-30 градусов к продольной оси долота, что исключает поворот сферической матрицы в вертикальной и горизонтальной плоскостях.A single-cone bit was adopted as the prototype (see Maslennikov I.K., Matveev G.I. Tool for drilling wells. Reference manual. - M .: Nedra, 1981, p. 22, Fig. 6). The prototype contains a housing with a thread and an internal flushing channel, as well as a matrix (roller cone) in the form of a sphere with rock-cutting elements placed on its outer surface. The matrix is made in the form of a sphere with a diameter smaller than the outer diameter of the bit, which determines the diameter of the well being formed during drilling. The rock-breaking matrix is mounted on a trunnion equipped with ball bearings, which allows the matrix to rotate around the trunnion. The axle is mounted at an angle of 20-30 degrees to the longitudinal axis of the bit, which eliminates the rotation of the spherical matrix in the vertical and horizontal planes.

Недостатком прототипа является то, что он не исключает действия на буровой инструмент при бурении анизотропных горных пород опрокидывающего момента, вызванного неравными по величине вертикальными реакциями породы на внедрение в нее породоразрушающих элементов. В результате происходит перекос бурового инструмента, изгиб бурильной колонны над ним и искривление скважины.The disadvantage of the prototype is that it does not exclude the action on the drilling tool during drilling of anisotropic rocks overturning moment caused by unequal vertical reactions of the rock to the introduction of rock-breaking elements into it. As a result, the drilling tool is skewed, the drill string bends above it and the well bends.

Изобретение направлено на снижение искривления скважин, буримых в анизотропных горных породах, за счет устранения действия опрокидывающего момента, вызванного неравенством вертикальных реакций забоя на внедряемые в породу породоразрушающие элементы.The invention is aimed at reducing the curvature of wells drilled in anisotropic rocks by eliminating the effect of the overturning moment caused by the inequality of vertical bottomhole reactions to rock-breaking elements introduced into the rock.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом инструменте, содержащем корпус с резьбой и внутренним промывочным каналом, а также матрицу, контактирующую своей внутренней поверхностью с цапфой и имеющую наружную торцевую сферическую поверхность, оснащенную породоразрушающими элементами, цапфа в корпусе установлена коаксиально, наружная торцевая сферическая поверхность матрицы с породоразрушающими элементами выполнена диаметром, равным наружному диаметру бурового инструмента. При этом внутренняя поверхность матрицы и наружная поверхность цапфы выполнены сферическими, центры которых совпадают с центром наружной торцевой сферической поверхности матрицы. Для соединения матрицы и цапфы между внутренней поверхностью матрицы и сферической цапфой в углублениях контактных поверхностей установлены шарики, при этом углубления для размещения шариков, выполненные в матрице, удлинены в вертикальных направлениях от центра шарика на расстояниеThe technical result is achieved by the fact that in the drilling tool containing a housing with a thread and an internal flushing channel, as well as a matrix in contact with its inner surface with a trunnion and having an external end spherical surface equipped with rock cutting elements, the trunnion in the body is installed coaxially, the external end spherical the surface of the matrix with rock cutting elements is made with a diameter equal to the outer diameter of the drilling tool. In this case, the inner surface of the matrix and the outer surface of the journal are spherical, the centers of which coincide with the center of the outer end spherical surface of the matrix. To connect the matrix and the journal between the inner surface of the matrix and the spherical journal in the recesses of the contact surfaces, balls are installed, while the recesses for placing balls made in the matrix are elongated in vertical directions from the center of the ball by a distance

L=(R+r)tgΨ,L = (R + r) tgΨ,

где R - радиус сферической наружной поверхности цапфы, м; r - радиус шарика, м; Ψ - максимально возможный угол поворота матрицы в вертикальной плоскости, градус.where R is the radius of the spherical outer surface of the journal, m; r is the radius of the ball, m; Ψ - the maximum possible angle of rotation of the matrix in the vertical plane, degrees.

Отличительные признаки обеспечивают подвижность соединения матрицы с цапфой и возможность поворота матрицы в любой вертикальной плоскости на некоторый угол Ψ, в то же время исключена возможность вращения матрицы вокруг оси цапфы.Distinctive features provide the mobility of the connection of the matrix with the pin and the possibility of rotation of the matrix in any vertical plane at a certain angle Ψ, at the same time the possibility of rotation of the matrix around the axis of the pin is excluded.

Все приведенные существенные, в том числе и отличительные признаки в указанной совокупности не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемого бурового инструмента критериям новизны и соответственно изобретательского уровня. Последнее подтверждается тем, что реализуется новая функция - устранение действия опрокидывающего момента на корпус бурового инструмента при бурении анизотропной горной породы, что в свою очередь обеспечивает снижение искривления скважин.All the above significant, including distinguishing features in the specified combination were not found in the known technical solutions, which suggests that the claimed drilling tool meets the criteria of novelty and, accordingly, inventive step. The latter is confirmed by the fact that a new function is being implemented - the elimination of the effect of a tipping moment on the body of the drilling tool while drilling anisotropic rock, which in turn ensures a reduction in the curvature of the wells.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 показан предлагаемый буровой инструмент в виде долота;figure 1 shows the proposed drilling tool in the form of a bit;

на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1;figure 2 shows a section aa in figure 1;

на фиг.3 показан предлагаемый буровой инструмент в виде коронки;figure 3 shows the proposed drilling tool in the form of a crown;

на фиг.4 показано сечение Б-Б на фиг.3;figure 4 shows a section bB in figure 3;

на фиг.5 показана схема, поясняющая работу бурового инструмента при бурении анизотропной породы;5 is a diagram illustrating the operation of a drilling tool while drilling anisotropic rock;

на фиг.6 показана схема для расчета размеров углубления во внутренней поверхности матрицы под шарик.figure 6 shows a diagram for calculating the size of the recess in the inner surface of the matrix under the ball.

Предлагаемый буровой инструмент включает корпус 1 с резьбой 2 и внутренним промывочным каналом 3. С корпусом 1, посредством сферической цапфы 4, соединена матрица 5, выполненная сферической. При этом центры сфер цапфы 4 и матрицы 5 совпадают (точка О). На наружной торцевой сферической поверхности матрицы 5 размещены породоразрушающие элементы 6. Между корпусом 1 и матрицей 5 имеется упругое защитное уплотнение 7. Для передачи крутящего момента от корпуса 1 к матрице 5 в соответствующих углублениях во внутренней поверхности матрицы 5 и наружной поверхности цапфы установлены шарики 8. Шарики 8 установлены в углублениях 9 и 10, выполненных на уровне осевой линии, проходящей через центр сферических поверхностей цапфы 4 и матрицы 5. Цапфа 4, матрица 5, шарики 8 и углубления 9 и 10 соответственно в матрице 5 и цапфе 4 образуют шарнирное соединение матрицы 5 с корпусом инструмента 1, которое обеспечивает передачу крутящего момента на матрицу 5 и возможность ее поворота в вертикальной плоскости.The proposed drilling tool includes a housing 1 with a thread 2 and an internal flushing channel 3. With the housing 1, by means of a spherical pin 4, a matrix 5 made spherical is connected. In this case, the centers of the spheres of the axle 4 and the matrix 5 coincide (point O). On the outer end spherical surface of the matrix 5 there are rock-breaking elements 6. Between the housing 1 and the matrix 5 there is an elastic protective seal 7. To transmit torque from the housing 1 to the matrix 5, balls 8 are installed in the corresponding recesses in the inner surface of the matrix 5 and the outer surface of the journal. Balls 8 are installed in recesses 9 and 10, made at the level of the axial line passing through the center of the spherical surfaces of the journal 4 and matrix 5. Axle 4, matrix 5, balls 8 and recesses 9 and 10, respectively, in the matrix 5 and pin 4 form a swivel joint of the matrix 5 with the tool body 1, which ensures the transmission of torque to the matrix 5 and the possibility of its rotation in the vertical plane.

Возможность поворота матрицы 5 в вертикальной плоскости обеспечивается за счет формы и размеров углублений 9. Углубления 9 для размещения шариков в матрице 5 удлинены в вертикальных направлениях от центра шарика на расстоянияThe ability to rotate the matrix 5 in a vertical plane is provided due to the shape and size of the recesses 9. The recesses 9 for placing balls in the matrix 5 are elongated in vertical directions from the center of the ball at a distance

L=(R+r)tgΨ,L = (R + r) tgΨ,

где R - радиус сферической наружной поверхности цапфы 4, равный радиусу внутренней сферической поверхности матрицы 5; r - радиус шарика 8, располагаемого в углублениях 9 и 10 между матрицей 5 и цапфой 4; Ψ - максимально возможный угол поворота матрицы 5 в вертикальной плоскости, градус.where R is the radius of the spherical outer surface of the journal 4, equal to the radius of the inner spherical surface of the matrix 5; r is the radius of the ball 8 located in the recesses 9 and 10 between the matrix 5 and the pin 4; Ψ - the maximum possible angle of rotation of the matrix 5 in the vertical plane, degrees.

В то же время углубления 9 во внутренней поверхности матрицы 5 выполнены строго равными по ширине диаметру шариков 8, что обеспечивает фиксацию матрицы 5 относительно цапфы 4 в горизонтальной плоскости и исключает проворот матрицы 5 относительно цапфы 4. Углубление 10 по размеру строго соответствует размеру установленного в него шарика 8.At the same time, the recesses 9 in the inner surface of the matrix 5 are made strictly equal in width to the diameter of the balls 8, which ensures the fixation of the matrix 5 relative to the pin 4 in the horizontal plane and eliminates the rotation of the matrix 5 relative to the pin 4. The recess 10 in size strictly corresponds to the size installed in it ball 8.

Внутренний промывочный канал 3 имеет продолжение в цапфе 4 и матрице 5 с выходом под торец бурового инструмента.The internal flushing channel 3 has a continuation in the pin 4 and the matrix 5 with the exit under the end of the drilling tool.

Аналогичную конструкцию имеют как долото для бурения без отбора керна (фиг.1 и 2), так и буровая коронка (фиг.3 и 4). Последняя имеет уширенный канал 3, который наряду с подачей очистного агента пропускает керн горной породы, формируемый при бурении.A similar design has a bit for drilling without coring (Fig.1 and 2), and the drill bit (Fig.3 and 4). The latter has a broadened channel 3, which, along with the supply of a cleaning agent, passes a rock core formed during drilling.

Как один из вариантов исполнения бурового инструмента, возможно выполнение углублений для размещения шариков 8 в цапфе 4. При этом углубления должны быть удлинены в вертикальном направлении от центра шарика на расстоянияAs one embodiment of the drilling tool, it is possible to make recesses for placing the balls 8 in the pin 4. In this case, the recesses must be elongated in the vertical direction from the center of the ball at a distance

L=(R-r)tgΨ,L = (R-r) tgΨ,

Предложенный буровой инструмент работает следующим образом.The proposed drilling tool works as follows.

При бурении анизотропной горной породы, залегающей слоями под углом к оси бурового инструмента, породоразрушающие элементы 6 матрицы 5 под действием осевой нагрузки внедряются в породу (фиг.5) и формируют зону деформации и разрушения. Вследствие того, что твердость, упругость и пластические свойства горной породы различны относительно направления слоистости или сланцеватости (см. работу Нескоромных В.В. Механика разрушения анизотропных горных пород при бурении скважин заданного направления. М., Обзор АОЗТ “Геоинформмарк”, 1997 г., стр.16-33, рис.4, 6, 7, 9, 10), под породоразрушающим элементом 6 область деформации получает асимметричную форму, а на сам породоразрушающий элемент 6 оказывают воздействие на равные по величине вертикальные реакции породы, которые определяют значение единичного опрокидывающего момента М_оп. Неравенство же вертикальных реакций породы определяется именно анизотропией упругих, пластических и других свойств горной породы. Сумма единичных опрокидывающих моментов, действующих на каждый из контактирующих с породой породоразрушающих элементов - М_оп, определяет величину суммарного опрокидывающего момента М_оп, воздействующего на торцевую часть бурового инструмента.When drilling anisotropic rock, lying in layers at an angle to the axis of the drilling tool, rock-breaking elements 6 of the matrix 5 are introduced into the rock under the action of axial load (Fig. 5) and form a zone of deformation and fracture. Due to the fact that the hardness, elasticity and plastic properties of the rock are different relative to the direction of stratification or schistosity (see the work of Neskoromnykh V.V. Mechanics of the destruction of anisotropic rocks when drilling wells in a given direction. M., Review of Geoinformmark CJSC, 1997 , pp. 16-33, Fig. 4, 6, 7, 9, 10), under the rock destruction element 6, the deformation region gets an asymmetric shape, and the rock destruction element 6 itself is affected by equal vertical rock reactions that determine the values e unit tipping moment M _op . The inequality of the vertical rock reactions is determined precisely by the anisotropy of the elastic, plastic and other properties of the rock. The sum of the individual overturning moments acting on each of the rock-cutting elements in contact with the rock, M _op , determines the value of the total overturning moment M _op affecting the end part of the drilling tool.

При работе прототипа, у которого торцевая породоразрушающая часть не имеет возможности вертикального поворота, действие суммарного опрокидывающего момента М_оп приводит к перекосу бурового инструмента и изгибу вышерасположенной бурильной колонны, что обеспечивает искривление ствола скважины.During the operation of the prototype, in which the end rock-cutting part does not have the possibility of vertical rotation, the action of the total overturning moment M _op leads to a skew of the drilling tool and bending of the upstream drill string, which ensures curvature of the wellbore.

При работе предлагаемого бурового инструмента М_оп вызывает поворот матрицы 5 на угол Ψ, который по оценкам экспериментальных и аналитических работ (см. Нескоромных В.В. Механика разрушения анизотропных горных пород при бурении скважин заданного направления. М., АОЗТ “Геоинформмарк”, 1997 г., стр.52, графики на рис.20) составляет величину в пределах 0,3-1 градус. При этом, поскольку матрица 5 бурового инструмента выполнена сферической, ее поворот не вызывает передачи опрокидывающего момента на расположенную выше бурильную колонну, а сам буровой инструмент не получает перекоса. Ориентированный в направлении возможного искривления перекос бурового инструмента в данном случае невозможен вследствие того, что поворот матрицы 5 в вертикальной плоскости происходит постоянно по мере вращения бурового инструмента на забое. Упругое уплотнение 7 обеспечивает герметизацию шарнирного соединения матрицы 5 и цапфы 4 и упругое возвратное действие на матрицу 5 при ее повороте в вертикальной плоскости.When the proposed drilling tool operates, M _op causes the matrix 5 to rotate by an angle Ψ, which is estimated by experimental and analytical works (see Neskoromnykh V.V. Mechanism for the destruction of anisotropic rocks when drilling wells in a given direction. M., Geoinformmark AOZT, 1997 city, p. 52, the graphs in Fig. 20) are in the range of 0.3-1 degrees. Moreover, since the matrix 5 of the drilling tool is made spherical, its rotation does not cause the transfer of tipping moment to the drill string located above, and the drilling tool itself does not get skew. The misalignment of the drilling tool oriented in the direction of possible curvature in this case is not possible due to the fact that the rotation of the matrix 5 in the vertical plane occurs continuously as the drilling tool rotates at the bottom. The elastic seal 7 provides sealing of the swivel of the matrix 5 and the journal 4 and the elastic return action on the matrix 5 when it is rotated in a vertical plane.

Форма матрицы 5 при диаметре, равном наружному диаметру бурового инструмента, обеспечивает при повороте на угол Ψ важнейшее качество, связанное с влиянием бурового инструмента на искривление скважин, которое состоит в том, что не происходит давления на стенку скважины с отклоняющим усилием, равным Р·Ψ, где Р - осевое усилие на буровой инструмент, даН. В данном случае при повороте сферической матрицы 5 она строго вписывается в размеры призабойного участка ствола скважины, что устраняет давление матрицы на стенку скважины и фрезерование стенки скважины боковым вооружением инструмента, а следовательно, и искривление ствола скважины.The shape of the matrix 5, with a diameter equal to the outer diameter of the drilling tool, provides the most important quality when turning the angle Ψ, associated with the influence of the drilling tool on the bending of the wells, which consists in the fact that there is no pressure on the borehole wall with a deflecting force equal to P · Ψ where P is the axial force on the drilling tool, daN. In this case, when the spherical matrix 5 is rotated, it strictly fits into the dimensions of the bottomhole portion of the wellbore, which eliminates the pressure of the matrix on the wellbore and milling the wellbore with lateral armament of the tool, and, consequently, the curvature of the wellbore.

Передача крутящего момента от корпуса 1 к матрице 5 происходит за счет наличия в шарнирном соединении шариков 8, размещенных с совпадением своих осей с центрами сферической поверхности матрицы 5 и цапфы 4 (точка О). Поворот в вертикальной плоскости матрицы 5 становится возможным за счет шарнирного соединения матрицы 5 и цапфы 4, а также формы исполнения углублений 9, которые выполнены симметрично вытянутыми в направлениях от осевой линии на расстояния L (фиг.6) и имеют ширину, строго соответствующую диаметру шарика 8.The transmission of torque from the housing 1 to the matrix 5 is due to the presence in the hinge of the balls 8, placed with the coincidence of their axes with the centers of the spherical surface of the matrix 5 and pin 4 (point O). Rotation in the vertical plane of the matrix 5 becomes possible due to the hinged connection of the matrix 5 and the pin 4, as well as the shape of the recesses 9, which are symmetrically elongated in the directions from the center line at a distance L (Fig.6) and have a width strictly corresponding to the diameter of the ball 8.

Последнее обеспечивает передачу крутящего момента от корпуса 1 и цапфы 4 к матрице 5.The latter provides the transmission of torque from the housing 1 and the trunnion 4 to the matrix 5.

Расстояние L, на которое удлиняются в обе стороны от осевой линии и центра шарика 8 углубления 9 (фиг.6), определяется из зависимостиThe distance L, which is extended in both directions from the center line and the center of the ball 8 of the recess 9 (Fig.6), is determined from the dependence

L=(R+r)tgΨ,L = (R + r) tgΨ,

где Ψ - максимально возможный угол поворота матрицы 5 в вертикальной плоскости, градус; R - радиус сферической наружной поверхности цапфы 4, равный радиусу внутренней сферической поверхности матрицы 5; м; r - радиус шарика 8, располагаемого в углублениях 9 и 10 между матрицей 5 и цапфой 4, м.where Ψ - the maximum possible angle of rotation of the matrix 5 in the vertical plane, degrees; R is the radius of the spherical outer surface of the journal 4, equal to the radius of the inner spherical surface of the matrix 5; m; r is the radius of the ball 8, located in the recesses 9 and 10 between the matrix 5 and the pin 4, m

Пример конкретного исполнения бурового инструмента.An example of a specific embodiment of a drilling tool.

Для бурения анизотропных пород могут применяться как долота (фиг.1 и 2), так и буровые коронки (фиг.3 и 4). Конструктивные размеры деталей этих инструментов рассчитываются, исходя из условия, что угол возможного поворота матрицы 5 в вертикальной плоскости должен составлять 0,5-1 градус, а диаметр наружной торцевой сферической поверхности матрицы 5 равен наружному диаметру бурового инструмента.For drilling anisotropic rocks can be used as bits (figure 1 and 2), and drill bits (figure 3 and 4). The structural dimensions of the parts of these tools are calculated based on the condition that the angle of possible rotation of the matrix 5 in the vertical plane should be 0.5-1 degrees, and the diameter of the outer end spherical surface of the matrix 5 is equal to the outer diameter of the drilling tool.

Расстояние L удлинения углубления 9 при R=20 мм и r=5 мм и Ψ=1 градус составит: L=(20+5)tg1=0,43 мм, что задает вертикальный размер углубления 9, равный диаметру шарика 8 (10 мм) плюс 2L (0,86 мм)=10,86 мм. Приведенный расчет соответствует диаметру бурового инструмента (долота) 76 мм. Для коронки такого же наружного диаметра R может быть равно 30 мм, r=5 мм. При Ψ=1 градус продольный размер углубления 9 может составить 11,2 мм, исходя из L=0,6 мм.The distance L of the extension of the recess 9 at R = 20 mm and r = 5 mm and Ψ = 1 degree will be: L = (20 + 5) tg1 = 0.43 mm, which sets the vertical size of the recess 9, equal to the diameter of the ball 8 (10 mm ) plus 2L (0.86 mm) = 10.86 mm. The above calculation corresponds to the diameter of the drilling tool (chisel) 76 mm. For a crown of the same outer diameter, R may be 30 mm, r = 5 mm. With Ψ = 1 degree, the longitudinal size of the recess 9 can be 11.2 mm, based on L = 0.6 mm.

Claims

A drilling tool comprising a body with a thread and an internal flushing channel, as well as a matrix in contact with its inner surface with a trunnion and having an external end spherical surface equipped with rock cutting elements, characterized in that the trunnion in the housing is installed coaxially, the outer end spherical surface of the matrix with rock breaking elements made with a diameter equal to the outer diameter of the drilling tool, the inner surface of the matrix and the outer surface of the spigot made sph spherical, the centers of which coincide with the center of the outer end spherical surface of the matrix, and balls are installed between the inner surface of the matrix and the spherical pin in the recesses of the contact surfaces, and the recesses for placing balls made in the matrix are elongated in vertical directions from the center of the ball by a distance

L = (R + r) tgΨ,

where R is the radius of the spherical outer surface of the journal, m; r is the radius of the ball, m; Ψ - the maximum possible angle of rotation of the matrix in the vertical plane, degrees.