RU2278942C1

RU2278942C1 - Flushing unit for roller bit

Info

Publication number: RU2278942C1
Application number: RU2005106907/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Михаил Матвеевич Розин (RU); Михаил Матвеевич Розин; Николай Иванович Козырев (RU); Николай Иванович Козырев
Original assignee: Николай Митрофанович Панин; Михаил Матвеевич Розин; Николай Иванович Козырев
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-06-27

Abstract

FIELD: rock drilling, particularly roller bits characterized by conduits or nozzles for drilling fluids.

SUBSTANCE: flushing unit comprises nozzle with stepped outer surface and sealing member. The nozzle and the sealing member are secured in socket made in roller bit body channel by means of stop installed in nozzle step having lesser diameter. The nozzle is provided with additional step located from inlet side thereof and having outer diameter corresponding to inner diameter of flushing channel. Flushing unit stop is made as shear spring-loaded ring. Flushing channel sides are provided with mating annular boring. Inner and outer diameters of spring ring in compressed state are smaller than outer diameter of nozzle step having lesser diameter and greater than socket diameter. Nozzle travel, namely distance from upper end of nozzle stage having larger diameter to socket bottom is not less than lower stage height.

EFFECT: simplified bit structure and reduced bit cost.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к их промывочным узлам.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to their flushing units.

Известен промывочный узел шарошечного бурового долота, содержащий коноидальную насадку с уплотнительным элементом, закрепленные в канале корпуса бурового долота посредством стопорного пружинного кольца (см. справочник "Буровой инструмент", Масленников И.К., Москва, Недра, 1989 г., с.27).Known flushing unit cone drill bit containing a conoidal nozzle with a sealing element, mounted in the channel of the body of the drill bit by means of a retaining spring ring (see reference book "Drilling tool", Maslennikov IK, Moscow, Nedra, 1989, p.27 )

К недостаткам данного промывочного узла следует отнести малую надежность, связанную с возможностью выдавливания промывочного узла из гнезда канала под действием перепада давления на насадке. Наиболее часто это наблюдается при бурении шарошечными долотами, работа которых сопровождается сильной вибрацией, особенно при бурении по твердым и крепким трещиноватым породам.The disadvantages of this flushing unit include low reliability associated with the ability to squeeze the flushing unit out of the channel socket under the influence of the pressure drop across the nozzle. This is most often observed when drilling with cone bits, the operation of which is accompanied by strong vibration, especially when drilling through hard and strong fractured rocks.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является промывочный узел шарошечного бурового долота, содержащий насадку со ступенчатой наружной поверхностью и уплотнительный элемент, закрепленные в гнезде канала корпуса долота посредством стопора, установленного на ступени меньшего диаметра насадки (см. патент США №5494122, кл. 175-340, 1996 г.).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a flushing assembly of a cone drill bit containing a nozzle with a stepped outer surface and a sealing element fixed to the channel hole of the bit body by means of a stopper installed on the steps of a smaller nozzle diameter (see US Pat. No. 5,494,122, C. 175-340, 1996).

Недостатками данного промывочного узла являются сложность конструкции, высокая стоимость и ограниченная область применения.The disadvantages of this flushing unit are the design complexity, high cost and limited scope.

Сложность конструкции и связанная с ним высокая стоимость обусловлены использованием в качестве стопора резьбовой втулки и необходимостью проведения сварочных работ для крепления элементов промывочного узла с корпусом долота. Ограниченность же области применения связана с возможностью использования подобных промывочных узлов только в долотах большого диаметра, предназначенных для бурения по мягким и средней твердости породам, разрушение которых не связана с сильной вибрацией бурового инструмента. Наличие же сильной вибрации в процессе работы долота может привести к развинчиванию резьбовой втулки с оставлением всех элементов промывочного узла на забое скважины.The complexity of the design and the associated high cost are due to the use of a threaded sleeve as a stopper and the need for welding to fix the elements of the washing unit with the body of the bit. The limited scope is associated with the possibility of using such flushing units only in large-diameter bits intended for drilling on soft and medium hard rocks, the destruction of which is not associated with strong vibration of the drilling tool. The presence of strong vibration during the operation of the bit can lead to the unscrewing of the threaded sleeve leaving all the elements of the flushing unit at the bottom of the well.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение стоимости и расширение области применения предложенного промывочного узла.In connection with the stated technical objective of the invention is to simplify the design, reduce costs and expand the scope of the proposed washing unit.

Поставленная техническая задача решается тем, что в промывочном узле шарошечного бурового долота, содержащем насадку со ступенчатой наружной поверхностью и уплотнительный элемент, закрепленные в гнезде канала корпуса долота посредством стопора, установленного на ступени меньшего диаметра насадки, согласно изобретению насадка выполнена с дополнительной ступенью, расположенной со стороны входной ее части, и имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру промывочного канала, стопор выполнен в виде разрезного пружинного кольца, а боковые стенки промывочного канала - с ответной кольцевой расточкой, при этом внутренний и наружный диаметры пружинного кольца в сомкнутом положении соответственно меньше наружного диаметра малой ступени насадки и больше диаметра гнезда, а ход насадки (расстояние от верхнего торца ступени большего диаметра насадки до дна гнезда) не менее высоты нижней ступени.The stated technical problem is solved in that in the flushing unit of a cone drill bit containing a nozzle with a stepped outer surface and a sealing element fixed in a socket of the channel of the bit body by means of a stopper mounted on a stage of a smaller nozzle diameter, according to the invention, the nozzle is made with an additional stage located with the side of its inlet part, and having an outer diameter corresponding to the inner diameter of the washing channel, the stopper is made in the form of a split spring about the ring, and the side walls of the washing channel with a reciprocal ring bore, while the inner and outer diameters of the spring ring in the closed position are respectively smaller than the outer diameter of the small nozzle stage and larger than the socket diameter, and the nozzle stroke (distance from the upper end of the step of the larger nozzle diameter to bottom of the nest) not less than the height of the lower step.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:The solution of the problem also contributes to the fact that:

- верхняя ступень насадки выполнена съемной и жестко соединена со ступенью насадки большего диаметра.- the upper nozzle stage is removable and rigidly connected to the nozzle stage of a larger diameter.

- ступень насадки большего диаметра выполнена с кольцевой расточкой под съемную ступень насадки.- the nozzle stage of a larger diameter is made with an annular bore for a removable nozzle stage.

Выполнение насадки ступенчатой формы и стопора с указанными параметрами позволяет создать замковое соединение, в котором насадка удерживается стопором, а сам стопор в рабочем положении блокируется от сжатия меньшей ступенью насадки, и улучшить гидродинамические показатели промывочного узла благодаря перекрытию зазора между дном гнезда и верхним торцом насадки. При этом съемное выполнение верхней ступени насадки и жесткое крепление ее со ступенью большего диаметра позволяет упростить конструкцию промывочного узла, а выполнение ступени большого диаметра с кольцевой расточкой под съемную часть насадки повышает герметичность между контактирующими поверхностями насадки.Performing a step-shaped nozzle and a stopper with the specified parameters allows you to create a locking connection in which the nozzle is held by the stopper, and the stopper in the working position is blocked from compression by the lower nozzle stage, and to improve the hydrodynamic performance of the washing unit due to the overlap of the gap between the bottom of the socket and the upper end of the nozzle. At the same time, removable execution of the upper nozzle stage and its rigid fastening with a larger diameter step allows simplifying the design of the washing unit, and the large diameter step with an annular bore for the removable nozzle part increases the tightness between the contacting surfaces of the nozzle.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид промывочного узла в разрезе; фиг.2 и 3 - варианты выполнения промывочного узла.The invention is illustrated in the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the washing unit in section; figure 2 and 3 - embodiments of the washing unit.

Промывочный узел шарошечного бурового долота включает насадку 1 со ступенями меньшего и большего диаметра 2 и 3 соответственно, закрепленную посредством стопора в виде разрезного пружинного кольца 4, установленного на ступени 2 малого диаметра в кольцевой расточке 5 гнезда 6. Для герметизации насадки от промывочной жидкости, нагнетаемой через канал 7, на боковой поверхности гнезда 6 установлен уплотнительный элемент 8. В предложенном промывочном узле насадка 1 выполнена с дополнительной ступенью 9, расположенной со стороны входной ее части и имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру промывочного канала 7. Насадка 1, гнездо 6 и разрезное кольцо 4 имеют размеры, которые строго взаимосвязаны между собой. Так, общая высота насадки 1 должна быть больше высоты гнезда 6, ход - Н насадки 1 (расстояние от верхнего торца ступени 3 большего диаметра насадки до дна гнезда 6) должен быть не менее высоты - h ступени 2 меньшего диаметра, а внутренний и наружный диаметры разрезного кольца 4 в сомкнутом положении должны быть соответственно меньше наружного диаметра меньшей ступени 2 насадки 1 и больше диаметра гнезда 6. При таком соотношении размеров насадка 1 и пружинное разрезное кольцо 4 образуют в рабочем положении замковое соединение, когда насадка 1 надежно удерживается в гнезде 6 разрезным кольцом 4, при этом само кольцо 4 блокируется от сжатия ступенью 2 насадки 1 меньшего диаметра. В промывочном узле, представленном на фиг.1, представлен промывочный узел с монолитной двухступенчатой насадкой 1, верхняя ступень 9 которой полностью перекрывает гнездо 6 по высоте и те самым исключает возникновение кавитационных явлений, а следовательно, и размыв промывочного узла, возникающих вследствие наличия зазора между верхним торцом насадки 1 и дном гнезда 6. Возможен вариант выполнения насадки 1 со съемной верхней ступенью 9 (фиг.2), которая жестко крепится со ступенью 3 большего диаметра. При этом возможен вариант выполнения ступени 3 большего диаметра с кольцевой проточкой 10 (фиг.3) под съемную часть 9 насадки 1. Причем в обоих случаях уплотнительный элемент 8 устанавливается непосредственно в гнезде 6 между боковой стенкой гнезда и наружной поверхностью съемной части 9 насадки.The flushing unit of the cone drill bit includes a nozzle 1 with steps of smaller and larger diameters 2 and 3, respectively, fixed by a stopper in the form of a split spring ring 4 mounted on the step 2 of a small diameter in the annular bore 5 of socket 6. For sealing the nozzle from flushing fluid pumped through the channel 7, a sealing element 8 is installed on the side surface of the socket 6. In the proposed flushing unit, the nozzle 1 is made with an additional step 9 located on the side of its input part and having an outer diameter corresponding to the inner diameter of the washing channel 7. The nozzle 1, socket 6 and the split ring 4 have dimensions that are strictly interconnected. So, the total height of the nozzle 1 must be greater than the height of the socket 6, the stroke - Н of the nozzle 1 (the distance from the upper end of the stage 3 of the larger diameter of the nozzle to the bottom of the socket 6) must be not less than the height - h of the stage 2 of smaller diameter, and the inner and outer diameters the split ring 4 in the closed position should be respectively smaller than the outer diameter of the smaller stage 2 of the nozzle 1 and larger than the diameter of the socket 6. With this ratio of the sizes of the nozzle 1 and the spring split ring 4 form a locking connection in the working position when the nozzle 1 is secure held in slot 6 by a split ring 4, while the ring 4 itself is blocked from compression by the step 2 of the nozzle 1 of a smaller diameter. In the flushing unit shown in Fig. 1, there is a flushing unit with a monolithic two-stage nozzle 1, the upper stage 9 of which completely covers the socket 6 in height and thereby eliminates the occurrence of cavitation phenomena and, consequently, erosion of the flushing unit, which arise due to the presence of a gap between the upper end of the nozzle 1 and the bottom of the socket 6. A possible embodiment of the nozzle 1 with a removable upper step 9 (figure 2), which is rigidly attached to the step 3 of a larger diameter. In this case, an embodiment of a step 3 of a larger diameter with an annular groove 10 (Fig. 3) is possible for the removable part 9 of the nozzle 1. Moreover, in both cases, the sealing element 8 is installed directly in the socket 6 between the side wall of the socket and the outer surface of the removable part 9 of the nozzle.

Монтаж промывочного узла осуществляется следующим образом. После установки уплотнительного элемента 8, в гнездо 6 до упора с его дном вводят насадку 1, высота которой выбирается с таким расчетом, чтобы она не препятствовала установке стопорного кольца 4. После установки пружинного кольца 4 насадку 1 опускают и промывочный узел занимает положение, показанное на фиг.1, 2 и 3. Для повышения эффективности работы промывочного узла за счет улучшения его гидродинамических показателей используют насадку 1, полностью перекрывающую гнездо 6 по высоте. При использовании промывочных узлов с насадкой 1 со съемной верхней ступенью 9 вначале соединяют последнюю со ступенью 3 большого диаметра и после этого сборка промывочного узла продолжается, как и с промывочными узлами с монолитными насадками.The installation of the washing unit is as follows. After installing the sealing element 8, a nozzle 1 is inserted into the socket 6 until it stops with its bottom, the height of which is selected so that it does not interfere with the installation of the retaining ring 4. After installing the spring ring 4, the nozzle 1 is lowered and the washing unit occupies the position shown in figure 1, 2 and 3. To increase the efficiency of the washing unit by improving its hydrodynamic indicators use the nozzle 1, completely overlapping the socket 6 in height. When using washing units with a nozzle 1 with a removable upper stage 9, the latter is first connected to a stage 3 of large diameter and after that the assembly of the washing unit continues, as with washing units with monolithic nozzles.

Claims

1. A flushing assembly of a cone drill bit, comprising a nozzle with a stepped outer surface and a sealing element, fixed in the socket of the channel of the bit body by means of a stopper mounted on the step of a smaller nozzle diameter, characterized in that the nozzle is made with an additional step located on the side of its input part , and having an outer diameter corresponding to the inner diameter of the washing channel, the stopper is made in the form of a split spring ring, and the side walls of the washing channel with vetnoy annular bore, wherein the inner and outer diameters of the spring ring in closed position are respectively smaller than the outer diameter of the low-stage nozzles and more socket diameter, and the nozzle move - the distance from the upper end of the stage of greater diameter nozzle to the bottom of the socket, at least the height of the lower stage.

2. The washing unit according to claim 1, characterized in that the upper stage of the nozzle is removable and rigidly connected to the stage of the nozzle of a larger diameter.

3. The washing unit according to claims 1 and 2, characterized in that the nozzle stage of a larger diameter is made with an annular bore for a removable nozzle stage.