RU2289011C1 - Rolling cutter drill bit with valve unit - Google Patents
Rolling cutter drill bit with valve unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2289011C1 RU2289011C1 RU2005105482/03A RU2005105482A RU2289011C1 RU 2289011 C1 RU2289011 C1 RU 2289011C1 RU 2005105482/03 A RU2005105482/03 A RU 2005105482/03A RU 2005105482 A RU2005105482 A RU 2005105482A RU 2289011 C1 RU2289011 C1 RU 2289011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- barrel
- drilling
- drill bit
- valve unit
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано в буровых долотах преимущественно при бурении взрывных скважин с продувкой забоя скважины сжатым воздухом.The invention relates to the field of drilling equipment and can be used in drill bits mainly when drilling blast holes with blowing the bottom of the well with compressed air.
Известно буровое долото с ниппельным клапанным узлом [1], принятое за аналог.Known drill bit with a nipple valve assembly [1], taken as an analogue.
С появлением в Российской Федерации и за рубежом технологий бурения скважин с продувкой забоя воздухом, использующих сверхмощные компрессоры со значительно увеличенным расходом очищающего агента (воздуха) до 70 м3/с и более, конструкция долота с ниппельным клапанным узлом (аналога) стала препятствием для их применения. Это обусловлено перегревом компрессоров из-за слишком большого перепада давления в клапанном устройстве, препятствующего прохождению необходимого объема воздуха в единицу времени. Компрессоры, работающие с применением электронной системы контроля продувки, в таких условиях "задыхаются" и самостоятельно отключаются.With the advent of air drilling technologies in the Russian Federation and abroad, using super-powerful compressors with significantly increased consumption of cleaning agent (air) up to 70 m 3 / s and more, the design of the bit with a nipple valve assembly (analogue) became an obstacle for them application. This is due to overheating of the compressors due to too large a pressure drop in the valve device, which prevents the passage of the required volume of air per unit time. Compressors operating with the use of an electronic purge control system in these conditions "suffocate" and shut themselves off.
В связи с этим возникла острая необходимость в разработке нового типа клапанного устройства бурового долота, имеющего кратно большее проходное сечение для пропуска на забой скважины сжатого воздуха. Соответственно, кратно больший объем сжатого воздуха, проходящего в единицу времени через ниппельную часть бурового долота, способствует резкому повышению эффективности очистки забоя от выбуренной породы, а также позволяет осуществлять интенсивное охлаждение нагруженных зон и тел качения в опорах шарошек долота.In this regard, there was an urgent need to develop a new type of valve device for the drill bit, which has a multiple larger cross-section for passing compressed air to the bottom of the well. Accordingly, a much larger volume of compressed air passing per unit time through the nipple part of the drill bit contributes to a sharp increase in the efficiency of cleaning the face from cuttings, and also allows intensive cooling of the loaded zones and rolling elements in the bearings of the bit cutters.
В буровом долоте [1] входное отверстите в седле клапана и отверстие в клапанной шайбе расположены друг под другом таким образом, чтобы в закрытом состоянии клапана указанные отверстия в клапанной шайбе находились под круговой поверхностью седла и перекрывались ею. Площадь этих отверстий можно увеличить только при уменьшении площади отверстия в седле и наоборот. Это жесткое соотношение площадей отверстий в седле и клапанной шайбе явилось непреодолимым препятствием для осуществления кратного увеличения проходного сечения в клапане.In the drill bit [1], the inlet hole in the valve seat and the hole in the valve washer are located one below the other so that in the closed state of the valve, these holes in the valve washer are under the circular surface of the seat and overlap it. The area of these holes can be increased only by reducing the area of the hole in the saddle and vice versa. This rigid ratio of the area of the holes in the seat and valve washer was an insurmountable obstacle to the implementation of a multiple increase in the bore in the valve.
Эта проблема решается в буровом долоте [2], принятом за прототип. В этом долоте, предназначенном для бурения взрывных скважин с использованием продувки забоя воздухом, имеется клапанный узел, содержащий неподвижно закрепленное на уступе стенки ниппеля седло с центральным отверстием и герметизирующим покрытием со всех сторон, клапанную шайбу и возвратную пружину для нее, фиксирующую клапанный узел в закрытом положении, подвесной стакан с боковыми окнами, который размещен на уступе стенки ниппеля под седлом и имеет площадь сечения окон, равную или большую, чем площадь сечения по диаметру центрального отверстия в седле. При этом подпружиненная клапанная шайба выполнена круглой, сплошной и расположена внутри подвесного стакана с возможностью полного и плотного перекрытия центрального отверстия седла в закрытом положении клапанного узла. Сплошная клапанная шайба установлена с возможностью плотного ее прилегания к нижней торцовой поверхности седла при разжатом положении пружины.This problem is solved in the drill bit [2], adopted as a prototype. In this drill bit intended for drilling blast holes using bottomhole air purging, there is a valve assembly containing a saddle fixed to the nipple wall ledge with a central hole and a sealing coating on all sides, a valve washer and a return spring for it, fixing the valve assembly in a closed position, a hanging cup with side windows, which is placed on a ledge of the wall of the nipple under the saddle and has a window cross-sectional area equal to or greater than the cross-sectional area along the diameter of the central Holes in the saddle. In this case, the spring-loaded valve washer is made round, continuous and located inside the hanging cup with the possibility of a complete and tight overlap of the central hole of the seat in the closed position of the valve assembly. The continuous valve washer is installed with the possibility of its snug fit to the lower end surface of the seat when the spring position is open.
Недостатком прототипа является следующее обстоятельство. При уменьшении диаметров долот значительно уменьшаются габариты конического резьбового хвостовика - ниппеля долота, служащего для соединения с колонной бурильных труб. Соответственно, снижается и площадь входного сечения внутри ниппеля для прохода сжатого воздуха, служащего одновременно для охлаждения опор и для очистки забоя от выбуренной породы.The disadvantage of the prototype is the following circumstance. When reducing the diameters of the bits, the dimensions of the conical threaded shank — the bit nipple, which serves to connect with the drill pipe string — are significantly reduced. Accordingly, the inlet section area inside the nipple for the passage of compressed air, which serves both to cool the supports and to clean the bottom of the cuttings, is also reduced.
Например, в долотах диаметром 215,9 мм, в ниппеле со стандартной резьбой З-117 площадь максимального сечения седла с учетом минимальной толщины стенок ниппеля составляет 2800 мм2. Для долота диаметром 142,9 мм со стандартной резьбой З-88 площадь максимального сечения резко уменьшается (до 1100 мм2 или в 2,5 раза), а для долота диаметром 76 мм со стандартной резьбой З-42 площадь максимального сечения седла умещается еще резче (до 340 мм2 или в 3,2 раза по сравнению с долотом диаметром 142,9 мм, а по сравнению с долотом диаметром 215,9 мм - более чем в 8,2 раза).For example, in bits with a diameter of 215.9 mm, in a nipple with a standard thread Z-117, the maximum cross-sectional area of the saddle, taking into account the minimum wall thickness of the nipple, is 2800 mm 2 . For a bit with a diameter of 142.9 mm with a standard thread Z-88, the maximum cross-sectional area decreases sharply (up to 1100 mm 2 or 2.5 times), and for a bit with a diameter of 76 mm with a standard thread Z-42, the maximum cross-sectional area of the saddle fits even sharper (up to 340 mm 2 or 3.2 times compared with a bit with a diameter of 142.9 mm, and compared with a bit with a diameter of 215.9 mm - more than 8.2 times).
Резкое уменьшение площади максимального сечения (квадратичная зависимость от диаметра входного отверстия) в долотах уменьшенного и малого размеров не позволяет использовать клапанное седло, конструкция которого используется в прототипе, поскольку возможность максимального увеличения его входного диаметра ограничивается формой, габаритами и прочностными свойствами металлического каркаса, выполненного в форме диска с центральным отверстием, а также толщиной обязательного обрезиненного слоя, которая, в свою очередь, дополнительно ограничивает возможность увеличения площади входного отверстия в клапане.A sharp decrease in the maximum cross-sectional area (quadratic dependence on the diameter of the inlet) in the bits of reduced and small sizes does not allow the use of a valve seat, the design of which is used in the prototype, since the possibility of maximizing its input diameter is limited by the shape, dimensions and strength properties of the metal frame made in the shape of the disc with a central hole, as well as the thickness of the mandatory rubberized layer, which, in turn, additionally og It limits the possibility of increasing the area of the inlet in the valve.
Важность проблемы можно проиллюстрировать примером. Буквально каждый миллиметр ширины обрезиненного седла, выполненного по образцу прототипа, становится очень значимым препятствием для увеличения проходного сечения клапанного седла в долотах уменьшенного и малого диаметра. Так, уменьшение входного диаметра в долоте с ниппельной резьбой З-42 всего на 2 мм уменьшает площадь входного сечения на 22% или сразу около его четверти.The importance of the problem can be illustrated by example. Literally every millimeter of the width of the rubberized saddle, made on the model of the prototype, becomes a very significant obstacle to increasing the flow area of the valve seat in bits of reduced and small diameter. Thus, a decrease in the inlet diameter in a bit with a Z-42 nipple thread by only 2 mm reduces the inlet section area by 22% or immediately around its quarter.
Целью и техническим результатом настоящего изобретения является увеличение проходки на долото и повышение механической скорости бурения путем обеспечения более эффективной работы его клапанного узла.The purpose and technical result of the present invention is to increase penetration on the bit and increase the mechanical drilling speed by ensuring more efficient operation of its valve assembly.
Указанная цель достигается тем, что в буровом долоте с клапанным узлом содержится неподвижно закрепленный на уступе стенки ниппеля подвесной стакан с боковыми окнами, внутри которого размещены клапанная шайба и возвратная пружина, позволяющие фиксировать закрытое положение клапанного узла. Клапанный узел имеет эластичную фасонную манжету, служащую герметизирующим элементом одновременно для подвесного стакана и клапанной шайбы при разжатой возвратной пружине.This goal is achieved by the fact that the drill bit with the valve assembly contains a hanging cup with side windows fixed on the ledge of the wall of the nipple, with a valve washer and a return spring inside which allow to fix the closed position of the valve assembly. The valve assembly has an elastic shaped cuff that serves as a sealing element for both the hanging cup and valve washer with the return spring unclenched.
С торца, обращенного к подвесному стакану, эластичная фасонная манжета имеет кольцевую полость, ответную по форме верхней части хвостовика подвесного стакана и с размерами, обеспечивающими натяг и герметизацию по поверхностям контакта с внутренней и наружной стороны стакана.From the end facing the hanging cup, the elastic shaped cuff has an annular cavity that is responsive in the shape of the upper part of the shank of the hanging cup and with dimensions that provide tightness and sealing along the contact surfaces from the inner and outer sides of the cup.
На чертеже показан фрагмент бурового шарошечного долота с клапанным узлом по настоящему изобретению.The drawing shows a fragment of a cone drill bit with a valve assembly of the present invention.
На корпусе долота имеется ниппель 1 с наружной резьбой 2, в полости которого размещен клапанный узел, состоящий из разжимного стопорного кольца 3, эластичной фасонной манжеты 4, подвесного стакана 5 с боковыми окнами 6, клапанной шайбы 7, возвратной пружины 8, полостей 9 в стенке ниппеля 1, сообщающихся с окнами 6 в стакане. Упором для возвратной пружины 8 является дно подвесного стакана 5. Эластичная фасонная манжета 4 имеет внутреннюю кольцевую полость, ответную внутренней и наружной форме хвостовика 11 стакана 5 и обеспечивающую натяг и герметизацию с внутренней и наружной его стороны.On the body of the bit there is a nipple 1 with an external thread 2, in the cavity of which there is a valve assembly consisting of an expandable retaining ring 3, an elastic shaped sleeve 4, a hanging cup 5 with side windows 6, a valve washer 7, a return spring 8, cavities 9 in the wall nipple 1 communicating with windows 6 in a glass. The emphasis for the return spring 8 is the bottom of the hanging cup 5. The elastic shaped cuff 4 has an inner annular cavity corresponding to the inner and outer shape of the shank 11 of the cup 5 and providing tightness and sealing on its inner and outer sides.
Наружная сторона 12 эластичной фасонной манжеты 4 со стороны стенки ниппеля 1 выполнена с размером по диаметру, также обеспечивающим натяг и герметизацию. Разжимное стопорное кольцо 3 фиксирует положение всего клапанного узла после его установки. Поскольку размер эластичной фасонной манжеты 4 регламентируется только по диаметру и не лимитируется по высоте, размером по высоте внутренней ее части можно регулировать сопротивление смятию.The outer side 12 of the elastic shaped cuff 4 from the side of the wall of the nipple 1 is made with a size in diameter, also providing tightness and sealing. The expanding retaining ring 3 fixes the position of the entire valve assembly after installation. Since the size of the elastic shaped cuff 4 is regulated only in diameter and is not limited in height, the size of the height of its inner part can be adjusted to collapse.
Клапанный узел предлагаемого бурового долота работает следующим образом. В процессе бурения скважины поток очищающего забой и охлаждающего опоры агента (сжатого воздуха) подается по ставу в ниппельную часть долота. Под воздействием этого потока клапанная шайба 7 вместе с возвратной пружиной 8 сдвигается внутрь полости ниппеля 1 и пропускает воздух через открывшиеся боковые окна 6 и полости 9 к забою скважины через центральное отверстие в корпусе или боковые сопла, а также через каналы в лапах (не показано) в полости опор шарошек для охлаждения зон их нагрева.The valve assembly of the proposed drill bit works as follows. In the process of drilling a well, a stream of a cleaning face and a cooling support of an agent (compressed air) is supplied at a rate to the nipple part of the bit. Under the influence of this flow, the valve washer 7 together with the return spring 8 moves into the cavity of the nipple 1 and passes air through the opened side windows 6 and the cavity 9 to the bottom of the well through a central hole in the housing or side nozzles, as well as through channels in the paws (not shown) in the cavity of the cones for cooling the zones of their heating.
При прекращении подачи продувочного агента и падении давления его в ставе сплошная клапанная шайба 7 под воздействием возвратной пружины 8 возвращается в исходное положение, плотно прижимаясь к внутреннему торцу 10 эластичной фасонной манжеты 4, тем самым надежно предотвращая возможность подъема скважинной жидкости с выбуренной породой в трубное пространство и во внутренюю полость долота.When the supply of the purge agent is stopped and its pressure drops in the stand, the continuous valve washer 7, under the influence of the return spring 8, returns to its original position, tightly pressing against the inner end 10 of the elastic shaped cuff 4, thereby reliably preventing the possibility of raising the wellbore fluid with drill cuttings into the pipe space and into the inner cavity of the chisel.
Чтобы обеспечить надежную работу клапанного узла в течение всего цикла работы долота, сечение, длина и наружный диаметр возвратной пружины 8 выбираются из условий, чтобы в сжатом положении она могла обеспечивать полное и беспрепятственное открытие пространства боковых окон 6 в стакане 5, а в разжатом положении - плотное прилегание сплошной клапанной шайбы 7 к нижней торцовой поверхности 10 эластичной фасонной манжеты 4.To ensure reliable operation of the valve assembly during the entire cycle of operation of the bit, the cross section, length and outer diameter of the return spring 8 are selected from the conditions so that in the compressed position it could provide full and unhindered opening of the space of the side windows 6 in the cup 5, and in the open position tight fit of the continuous valve washer 7 to the lower end surface 10 of the elastic shaped cuff 4.
Выполнение предлагаемой конструкции клапанного узла в буровых долотах уменьшенного и малого диаметра обеспечивает надежность герметизации, позволяет значительно расширить внутренний диаметр клапана, до 80% повысить расход сжатого воздуха, т.е. способствовать применению современных компрессоров при бурении с резким повышением механической скорости и увеличением проходки на долото в обводненных скважинах.The implementation of the proposed design of the valve assembly in the drill bits of reduced and small diameter ensures the reliability of the seal, allows you to significantly expand the inner diameter of the valve, up to 80% increase the flow rate of compressed air, i.e. to promote the use of modern compressors during drilling with a sharp increase in mechanical speed and an increase in penetration per bit in flooded wells.
Другим преимуществом бурового долота по предлагаемому изобретению является простота устройства и высокая надежность в работе.Another advantage of the drill bit according to the invention is the simplicity of the device and high reliability.
Возможность осуществления изобретения подтверждается стендовыми и промысловыми испытаниями опытных образцов буровых долот, изготовленных с применением клапанных узлов по настоящему изобретению.The possibility of carrying out the invention is confirmed by bench and field tests of prototypes of drill bits made using the valve assemblies of the present invention.
Данное изобретение может использоваться для бурения скважин с продувкой забоя сжатым воздухом в различных регионах РФ, странах СНГ и дальнего зарубежья.This invention can be used for drilling wells with blowing the bottom of the compressed air in various regions of the Russian Federation, CIS countries and far abroad.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2164284, кл. Е 21 В 10/60, опубликован 20.03.2001.1. RF patent No. 2164284, cl. E 21 B 10/60, published March 20, 2001.
2. Патент РФ №2230877, кл. Е 21 В 10/60, опубликован 20.06.2004.2. RF patent No. 2230877, cl. E 21 B 10/60, published on 06/20/2004.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005105482/03A RU2289011C1 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Rolling cutter drill bit with valve unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005105482/03A RU2289011C1 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Rolling cutter drill bit with valve unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005105482A RU2005105482A (en) | 2006-08-10 |
| RU2289011C1 true RU2289011C1 (en) | 2006-12-10 |
Family
ID=37059211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005105482/03A RU2289011C1 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Rolling cutter drill bit with valve unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2289011C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481460C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-05-10 | Николай Митрофанович Панин | Crown for well drilling in emission hazardous beds |
| RU2484232C1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-06-10 | Николай Митрофанович Панин | Rolling drilling bit bearing structure |
-
2005
- 2005-02-28 RU RU2005105482/03A patent/RU2289011C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481460C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-05-10 | Николай Митрофанович Панин | Crown for well drilling in emission hazardous beds |
| RU2484232C1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-06-10 | Николай Митрофанович Панин | Rolling drilling bit bearing structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005105482A (en) | 2006-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080164031A1 (en) | Wiper Darts for Subterranean Operations | |
| CN102639811A (en) | Inflow control in a production casing | |
| RU2005140040A (en) | METHOD FOR CEMENTING A Casing COLUMN IN A BOREHOLE WITH A REVERSE CIRCULATION OF A CEMENT MORTAR | |
| RU2658851C1 (en) | Circulation adapter | |
| WO2007115119B1 (en) | Jet motor | |
| RU2289011C1 (en) | Rolling cutter drill bit with valve unit | |
| US8240369B1 (en) | Slot-perforating system for oil, gas and hydro-geological wells | |
| CN115354988A (en) | Multi-time switch quick leaking stoppage valve | |
| CN102943635B (en) | Diameter-changing and friction-reducing drill column centralizer | |
| US1720700A (en) | Core drill | |
| CN206830131U (en) | A kind of water injection well sand setting constant pressure check valve | |
| CN112211597A (en) | Simple plunger, plunger gas lifting device with same and application thereof | |
| RU184050U1 (en) | Hydraulic nozzle | |
| US20120134853A1 (en) | Down-hole jet equipment for logging and development of horizontal wells | |
| CN108240198B (en) | Pump-passing well-flushing device for oil pump | |
| DE60325385D1 (en) | BORE HOLE DRILLING WITH COLLAPSIBLE LOWER ASSEMBLY | |
| USRE18500E (en) | of los angeles | |
| RU2230877C2 (en) | Boring cutter with valve assembly | |
| RU2398957C1 (en) | Facility for operation and clean-up of well | |
| RU2372476C1 (en) | Removable bouble-ended of garipov's regulator | |
| CN212898381U (en) | Circulating valve | |
| US3370659A (en) | Drill rod and bit including one-way valve structure therein | |
| RU2448236C1 (en) | Hydrodynamic pulsator | |
| CN107461177B (en) | Pressure-controlled screen pipe device | |
| CN219548840U (en) | Bypass valve capable of being opened and closed for multiple times |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090301 |