RU2287656C1

RU2287656C1 - Support for rolling cutter bit

Info

Publication number: RU2287656C1
Application number: RU2005122915/03A
Authority: RU
Inventors: Виталий Игоревич Кремлев (RU); Виталий Игоревич Кремлев; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Владимир Николаевич Калиничев (RU); Владимир Николаевич Калиничев; Евгений Семенович Булгаков (RU); Евгений Семенович Булгаков
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2006-11-20

Abstract

FIELD: rock-destroying instruments, namely, supports for rolling cutter bits, containing pivot and cutter held on pivot by lock unit.

SUBSTANCE: pivot is made with circular recess, while lock unit is formed by collapsible ring, mounted in circular recess of pivot and rigidly connected to cutter. Contacting surfaces of collapsible ring and pivot in zone of position of circular recess are made with circular shelves and corresponding grooves, and collapsible ring is made of several parts in form of circular segments. Mating zone of end and internal surfaces of collapsible ring is made with radius, appropriate for radius of arc of transition zone of end and side surfaces of circular recess.

EFFECT: increased reliability of operation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to bearings of rolling cutter bits.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник «Буровые долота». Палий П.А. и Корнеев К.Е., М.: Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.30).Known support cone bit containing a pin on which through bearings and rolling, one of which is locking, mounted roller cone with working elements (see reference book "Drill bits". Paliy P.A. and Korneev K.E., M .: Nedra, 1971, p. 175, fig. V1.30).

К недостаткам данного долота следует отнести значительное ослабление цапфы в зоне расположения замкового подшипника, связанное с использованием замкового пальца большого диаметра. Особо это сильно сказывается при использовании долот малого диаметра.The disadvantages of this bit include a significant weakening of the trunnion in the area of the location of the lock bearing associated with the use of a lock finger of large diameter. This is especially true when using small diameter bits.

Наличие сварного шва на спинке лапы, которая соприкасается со стенками скважины, ведет к быстрому износу выходного торца пальца и к выходу из строя всей опоры. При наличии же герметизирующего элемента в опоре долота, устанавливаемого, как правило, у основания цапфы, при проведении сварочных работ наблюдаются случаи быстрого выхода их из строя из-за значительного влияния высокой температуры. Все это снижает эффективность работы долота в целом.The presence of a weld on the back of the paw, which is in contact with the walls of the well, leads to rapid wear of the output end of the finger and to the failure of the entire support. If there is a sealing element in the support of the bit, which is installed, as a rule, at the base of the pin, during welding work, cases of their rapid failure due to the significant influence of high temperature are observed. All this reduces the overall performance of the bit.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом (см. авт.св. СССР №1588857, кл. Е 21 В 10/ 22, 1990 г.)The closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the cone bit, containing a pin and a cone fixed to the pin with a locking unit (see ed. St. USSR No. 1588857, class E 21 B 10/22, 1990)

В данном долоте, благодаря исключению канала под замковый палец, значительно повышается прочность цапфы, а также исключаются все негативные явления, связанные с креплением замкового пальца сваркой.In this bit, due to the exclusion of the channel under the locking finger, the trunnion strength is significantly increased, and all the negative phenomena associated with the fastening of the locking finger by welding are eliminated.

Недостатками его являются сложность конструкции и как следствие малая надежность в работе, а также трудоемкость монтажа и демонтажа. Все это усугубляется наличием пружинного элемента, который в скважинных условиях быстро выйдет из строя и может стать причиной заклинивания шарошки на цапфе.Its disadvantages are the complexity of the design and, as a consequence, the low reliability in operation, as well as the complexity of installation and dismantling. All this is exacerbated by the presence of a spring element, which in the well conditions will quickly fail and can cause jamming of the cone on the trunnion.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощения конструкции,In accordance with the stated technical objective of the invention is to improve the efficiency of the bit by increasing the stability of its support and simplifying the design,

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом, согласно изобретению, цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой, при этом внутренняя поверхность разъемного кольца и контактирующая с ней поверхность цапфы в зоне расположения кольцевой проточки выполнены с кольцевыми выступами и ответными пазами.The stated technical problem is solved in that in the support of a cone bit containing a pin and a cone fixed to the pin by a locking unit, according to the invention, the pin is made with an annular groove, and the locking unit is formed by a split ring installed in the annular groove of the axle and rigidly connected to the cone, the inner surface of the split ring and the contact surface of the journal in the area of the annular grooves are made with annular protrusions and mating grooves.

Решению предложенной технической задачи способствует также и то, что разъемное кольцо образовано из нескольких частей в виде кольцевых сегментов, при этом зона сопряжения торцевой и внутренней поверхностей разъемного кольца выполнена с радиусом, соответствующим радиусу дуги зоны перехода торцевой и боковой поверхностей кольцевой проточки.The proposed technical problem is also facilitated by the fact that the split ring is formed of several parts in the form of ring segments, while the interface zone of the end and inner surfaces of the split ring is made with a radius corresponding to the radius of the arc of the transition zone of the end and side surfaces of the annular groove.

Выполнение цапфы с кольцевой проточкой под замковый узел, а замкового узла в виде разъемного кольца с выступами и впадинами на внутренней его поверхности, контактирующего с ответными выступами и впадинами на цилиндрической поверхности цапфы в зоне кольцевой проточки и жестко соединенного с шарошкой, позволяет увеличить опорную поверхность шарошки. Увеличение опорной поверхности шарошки соответственно уменьшает удельную нагрузку и тем самым увеличивает работоспособность как опоры, так и долота в целом. Выполнение разъемной втулки из нескольких кольцевых сегментов, а зоны сопряжения торцевой и внутренней поверхностей разъемного кольца с радиусом, соответствующим радиусу дуги зоны перехода торцевой и боковой поверхностей кольцевой проточки, позволяет исключить возникновение зон концентрации напряжений в цапфе и тем самым увеличить срок службы опоры долота.The execution of the trunnion with an annular groove under the locking assembly, and the locking assembly in the form of a detachable ring with protrusions and depressions on its inner surface in contact with the mating protrusions and depressions on the cylindrical surface of the trunnion in the zone of the annular groove and rigidly connected to the cone . The increase in the supporting surface of the cone accordingly reduces the specific load and thereby increases the efficiency of both the support and the bit as a whole. The execution of the detachable sleeve from several annular segments, and the interface zone of the end and inner surfaces of the detachable ring with a radius corresponding to the radius of the arc of the transition zone of the end and side surfaces of the annular groove, eliminates the occurrence of stress concentration zones in the axle and thereby increase the life of the bit support.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры долота; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.The invention is illustrated in the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the support bit; figure 2 - section aa in figure 1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 с закрепленной на ней посредством замкового узла шарошкой 2. Цапфа 1 выполнена с кольцевой проточкой 3, в которой размещен замковый узел, выполненный в виде разъемного кольца, состоящего из нескольких частей в виде кольцевых сегментов 4, каждый из которых жестко соединен с шарошкой 2 посредством стопорного элемента 5. Внутренняя поверхность разъемного кольца и контактирующая с ней наружная поверхность цапфы 1 в зоне кольцевой проточки 3 выполнены с выступами 8 и ответными им впадинами 9. При этом зона перехода внутренней поверхности разъемного кольца к его торцевой поверхности выполнена по выпуклой дуге 10 с радиусом, соответствующим радиусу вогнутой дуги 11, соединяющей торцевую и цилиндрическую поверхности кольцевой проточки 3. Толщина кольцевых сегментов 4, образующих разъемное кольцо, выбирается таким образом, чтобы внутренний диаметр их был равен наружному диаметру кольцевой проточки 3 цапфы 1, а наружный - внутреннему диаметру шарошки 2. При этом суммарная длина внутренних дуг кольцевых сегментов 4 должна соответствовать примерно наружному диаметру цапфы 1 в зоне их контакта, а сумма их наружных дуг - внутреннему диаметру шарошки 2. Кольцевые сегменты 4 разъемного кольца могут соединяться то типу «шип-паз» (на фиг.2 показаны пунктиром), когда выступ (шип) 6 одного сегмента 4 входит в ответный паз 7 другого сегмента. Возможно жесткое соединение кольцевых сегментов 4 между собой посредством сварки, пайки или любым другим известным способом. В этом случае возможно использование одного стопорного элемента 5 большого диаметра.The support of the roller cone bit includes a pin 1 with a cone 2. The pin 1 is made with an annular groove 3, in which a locking unit is placed, made in the form of a split ring, consisting of several parts in the form of ring segments 4, each of which rigidly connected to the cone 2 by means of the locking element 5. The inner surface of the split ring and the outer surface of the journal 1 in contact with it in the region of the annular groove 3 are made with protrusions 8 and their corresponding cavities 9. When this the transition zone of the inner surface of the split ring to its end surface is made along a convex arc 10 with a radius corresponding to the radius of the concave arc 11 connecting the end and cylindrical surfaces of the annular groove 3. The thickness of the ring segments 4 forming the split ring is selected so that the inner diameter they were equal to the outer diameter of the annular groove 3 of the pin 1, and the outer to the inner diameter of the cone 2. In this case, the total length of the inner arches of the annular segments 4 should correspond to approximately the outer diameter of the pin 1 in the zone of their contact, and the sum of their outer arcs to the inner diameter of the cone 2. The annular segments 4 of the split ring can be connected to the type of "tenon groove" (shown in dashed line in figure 2) when the protrusion (tenon) 6 one segment 4 is included in the response groove 7 of another segment. It is possible to rigidly connect the annular segments 4 to each other by welding, soldering or any other known method. In this case, it is possible to use one locking element 5 of large diameter.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в кольцевой проточке 3 цапфы 1 устанавливают кольцевые сегменты 4, которые затем фиксируют относительно шарошки 2 стопорными элементами 5. В случае необходимости кольцевые сегменты 4 предварительно жестко соединяют между собой, а образованное таким образом кольцо жестко фиксируют с шарошкой 2 любым известным способом, например стопорным разрезным кольцом (не показано) или штифтом (фиг.1 и 2).Installation of the support bit is as follows. First, annular segments 4 are installed in the annular groove 3 of the axle 1, which are then fixed relative to the cone 2 by the locking elements 5. If necessary, the annular segments 4 are previously rigidly connected to each other, and the ring thus formed is rigidly fixed to the cone 2 by any known method, for example, locking a split ring (not shown) or a pin (FIGS. 1 and 2).

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 2 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью, подаваемой через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в том числе кольцевыми сегментами 4. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде плавающего подшипника, контактирующего с цапфой 1 посредством выступов 9 и впадин 10, обеспечивается снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и увеличение опорной поверхности шарошки 2. Это увеличивает работоспособность как всей опоры, так и долота в целом. Одновременно с этим исключаются все операции по сверлению канала для установки замкового шарикового подшипника и сварочные работы по креплению замкового пальца. Такое решение в первую очередь благоприятно скажется при создании и эксплуатации долот малого диаметра. Отсутствие сварочных работ также позволяет повысить надежность и работоспособность опоры благодаря сохранению твердости термообработанных поверхностей опоры. Особое значение это имеет для долот с герметизированной опорой, которые в последнее время находят все более широкое применение в практике буровых работ. Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.The principle of operation of the bit support is as follows. Under the action of axial load and torque transmitted from the surface through the drill pipe string, rock cutting elements of the cone 2 are introduced into the rock and destroy it. The destroyed rock is removed from the bottom of the well by the flushing fluid supplied through the flushing system of the bit. In the process of drilling, the axial load is perceived by the supporting elements of the bit, including the annular segments 4. Moreover, due to the design of the locking unit in the form of a floating bearing in contact with the pin 1 by means of the projections 9 and troughs 10, the friction between the contacting surfaces of the cutter 2 and pin 1 is reduced. and an increase in the supporting surface of the cone 2. This increases the performance of both the entire support and the bit as a whole. At the same time, all operations for drilling a channel for installing a lock ball bearing and welding work for fastening a lock finger are excluded. Such a solution will primarily be beneficial for the creation and operation of small diameter bits. The absence of welding also improves the reliability and performance of the support by maintaining the hardness of the heat-treated surfaces of the support. This is of particular importance for chisels with a sealed support, which have recently been increasingly used in drilling practice. All this allows us to increase the technical and economic indicators of drilling operations primarily through the use of forced drilling modes.

Claims

A roller cone support comprising a pin and a cone fixed to the pin with a locking assembly, characterized in that the pin is made with an annular groove, and the locking assembly is formed by a split ring installed in the circular groove of the journal and rigidly connected to the roller cone, the contacting surfaces of the split ring and the journal in the area of the location of the annular grooves are made with annular protrusions and depressions corresponding to them, and a detachable ring is formed of several parts in the form of annular segments, while the mating zone of the ends the outer and inner surfaces of the split ring is made with a radius corresponding to the radius of the arc of the transition zone of the end and side surfaces of the annular groove.