RU2279526C1

RU2279526C1 - Flushing unit for drilling cone bit

Info

Publication number: RU2279526C1
Application number: RU2005106902/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Николай Михайлович Цехмистренко (RU); Николай Михайлович Цехмистренко; ков Эдуард Петрович Скорн (RU); Эдуард Петрович Скорняков
Original assignee: Николай Митрофанович Панин; Николай Михайлович Цехмистренко; Эдуард Петрович Скорняков
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-07-10

Abstract

FIELD: rock cutting equipment, particularly flushing units for cone bits.

SUBSTANCE: flushing unit comprises nozzle with stepped outer surface and sealing member, which are retained in cone bit body socket by means of stop member. The stop member is installed on nozzle step having lesser diameter. The stop member is made as split spring ring, side walls of flushing channel are provided with corresponding annular bore. Inner and outer diameters of spring ring in closed state are smaller than outer diameter of lesser nozzle stage and greater than socket diameter correspondingly. Nozzle height is less than socket height defined from upper annular bore end to socket bottom. Flushing unit is provided with protective bush having outlet part located in nozzle inlet. Protective bush may be fixedly connected to the body or slidably arranged in channel.

EFFECT: simplified structure and reduced drilling bit costs.

3 dwg

Description

Известен промывочный узел бурового шарошечного долота, содержащий коноидальную насадку с уплотнительным элементом, закрепленные в канале корпуса бурового долота посредством стопорного пружинного кольца (см. справочник "Буровой инструмент", Масленников И.К. - М.: Недра, 1989 г., с.27).A well-known flushing assembly of a drill cone bit, containing a conoidal nozzle with a sealing element, is fixed in the channel of the drill bit body by means of a retaining spring ring (see reference book "Drilling tool", Maslennikov IK - M .: 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 бурового шарошечного 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.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a flushing unit of the drill bit containing 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 installed on the steps of a smaller nozzle diameter (see US patent No. 5494122, 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 связано 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 of application 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 бурового шарошечного 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 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 высота насадки меньше высоты гнезда от верхнего торца кольцевой расточки до дна гнезда.The stated technical problem is solved in that in the flushing unit of the drill cone bit containing 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 a step of a smaller nozzle diameter, according to the invention, the stopper is made in the form of a split spring 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, respectively less than the outer diameter of the small nozzle stage and more than the diameter of the socket, and the height of the nozzle is less than the height of the socket from the upper end of the annular bore to the bottom of the socket.

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

- промывочный узел снабжен защитной втулкой, установленной в канале над насадкой, при этом выходная часть защитной втулки расположена во входной полости насадки;- the washing unit is equipped with a protective sleeve installed in the channel above the nozzle, while the output of the protective sleeve is located in the input cavity of the nozzle;

- канал промывочного узла выше насадки выполнен ступенчатой формы, при этом защитная втулка жестко соединена с боковыми стенками канала;- the channel of the washing unit above the nozzle is made in a stepped form, while the protective sleeve is rigidly connected to the side walls of the channel;

- защитная втулка установлена телескопически относительно канала и насадки.- the protective sleeve is mounted telescopically relative to the channel and nozzle.

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. Использование защитной втулки позволяет улучшить гидродинамические показатели промывочного узла благодаря перекрытию зазора между дном гнезда и верхним торцом насадки. При этом жесткое крепление защитной втулки предпочтительно применять в долотах большого диаметра, когда втулка может быть расположена во входной части канала, как это имеет место в прототипе. Телескопическое же соединение защитной втулки с насадкой и каналом наиболее целесообразно использовать при наличии абразивного материала в промывочной жидкости. Такое соединение исключает зазор между контактирующими поверхностями защитной втулки и 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 a lower nozzle stage. Using a protective sleeve allows you to improve the hydrodynamic performance of the flushing unit due to the overlap of the gap between the bottom of the socket and the upper end of the nozzle. In this case, the rigid fastening of the protective sleeve is preferably used in bits of large diameter, when the sleeve can be located in the input part of the channel, as is the case in the prototype. The telescopic connection of the protective sleeve with the nozzle and the channel is most appropriate to use in the presence of abrasive material in the washing liquid. This connection eliminates the gap between the contacting surfaces of the protective sleeve and nozzle.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид промывочного узла в разрезе; фиг.2 - то же, с телескопически установленной защитной втулкой; фиг.3 - то же, с жестко закрепленной защитной втулкой.The invention is illustrated in the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the washing unit in section; figure 2 is the same with a telescopically mounted protective sleeve; figure 3 - the same, with a rigidly fixed protective sleeve.

Промывочный узел бурового шарошечного долота включает насадку 1 со ступенями меньшего и большого 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. Насадка 1, гнездо 6 и разрезное кольцо 4 имеют размеры, которые строго взаимосвязаны между собой. Так высота Н_н насадки 1 должна быть меньше высоты Н_г гнезда 6 от его дна до верхнего торца кольцевой проточки 5, а в крайнем нижнем положении насадки 1 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 кольцевой проточке 5 гнезда 6 разрезным кольцом 4, при этом само кольцо 4 блокируется от сжатия малой ступенью 2 насадки 1. В промывочном узле, представленном на фиг.1, между верхним торцом насадки 1 и дном гнезда 6 имеется зазор, который при высоких скоростях истечения жидкости может привести к размыву узла. С целью избежания подобных явлений промывочные узлы оснащаются защитной втулкой 9, располагаемой непосредственно над насадкой 1. При этом защитная втулка 9 крепится с боковой стенкой канала 7 жестко или же располагается относительно него с возможностью осевого перемещения. В обоих случаях целесообразно канал 7 выполнять ступенчатой формы с образованием уступа 10 для защитной втулки 9.The flushing unit of the 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. To seal the nozzle from flushing fluid pumped through the channel 7, a sealing element 8 is installed on the side surface of the socket 6. The nozzle 1, socket 6 and the split ring 4 have dimensions that are strictly interconnected. So the height H _{n of the} nozzle 1 should be less than the height H _{g of the} socket 6 from its bottom to the upper end of the annular groove 5, and in the lowermost position of the nozzle 1, the inner and outer diameters of the split ring 4 in the closed position should be correspondingly smaller than the outer diameter of the smaller stage 2 nozzles 1 and more than the diameter of the socket 6. With this size ratio, the nozzle 1 and the spring split ring 4 form a locking connection in the working position, when the nozzle 1 is firmly held in the annular groove 5 of the slot 6 by the split ring 4, when In this case, the ring 4 itself is blocked from compression by the small stage 2 of the nozzle 1. In the washing unit shown in Fig. 1, there is a gap between the upper end of the nozzle 1 and the bottom of the socket 6, which at high flow rates can lead to erosion of the node. In order to avoid such phenomena, the washing units are equipped with a protective sleeve 9 located directly above the nozzle 1. In this case, the protective sleeve 9 is fixed to the side wall of the channel 7 or is located relative to it with the possibility of axial movement. In both cases, it is advisable to channel 7 to perform a stepped form with the formation of a ledge 10 for the protective sleeve 9.

Монтаж промывочного узла осуществляется следующим образом. После установки уплотнительного элемента 8 в гнездо 6 до упора с его дном гнезда 6 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 дополнительного повышения эффективности работы промывочного узла за счет улучшения его гидродинамических показателей используют защитную втулку 9 (см. фиг.2 и 3). Последняя может располагаться в канале 7 как неподвижно (фиг.3), так и с возможностью осевого перемещения (фиг.2), но в любом случае нижний торец ее должен находиться ниже верхнего торца насадки 1. При жестком креплении защитной втулки 1 основная часть перепада давления воспринимается корпусом долота, а при подвижном соединении - насадкой 1, но при этом обеспечивается надежная герметизация между насадкой и защитной втулкой 9. При использовании промывочных узлов с защитными втулками 9 монтаж их начинается с установки именно защитных втулок 9. После этого сборка промывочного узла продолжается, как и с промывочными узлами, без защитных втулок.The installation of the washing unit is as follows. After installing the sealing element 8 in the socket 6 to the stop with its bottom of the socket 6, a nozzle 1 is inserted, the height of which is chosen 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 figures 1, 2 and 3. To further increase the efficiency of the washing unit by improving its hydrodynamic performance using a protective sleeve 9 (see figure 2 and 3). The latter can be located in the channel 7 as motionless (figure 3), and with the possibility of axial movement (figure 2), but in any case, its lower end should be lower than the upper end of the nozzle 1. When the protective sleeve 1 is rigidly fixed, the main part of the differential pressure is perceived by the body of the bit, and with a movable connection, by nozzle 1, but this ensures reliable sealing between the nozzle and protective sleeve 9. When using flushing units with protective sleeves 9, their installation begins with the installation of protective sleeves 9. Pos To this end, the assembly of the washing unit continues, as with the washing units, without protective sleeves.

Claims

A flushing assembly of a drill bit containing 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 diameter of the nozzle, characterized in that it is equipped with a protective sleeve installed in the channel above the nozzle, while the output part of the protective sleeve is located in the input cavity of the nozzle, the channel of the washing unit above the nozzle is made in a stepped form, the protective sleeve is rigidly connected to the side walls of the channel or mounted telescopically relative to the channel and the nozzle, the stopper being made in the form of a split spring 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 correspondingly smaller than the outer diameter of the small nozzle stage and larger than the diameter of the socket, and the height of the nozzle is less than the height of the nest from the upper end of the annular bore to the bottom of the nest.