RU2291272C1

RU2291272C1 - Rolling cutter drilling bit support

Info

Publication number: RU2291272C1
Application number: RU2005123899/03A
Authority: RU
Inventors: Лев Николаевич Думкин (RU); Лев Николаевич Думкин; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Игоревич Кремлев (RU); Виталий Игоревич Кремлев
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-01-10

Abstract

FIELD: rock-destroying tools, namely, supports for rolling cutter drilling bits.

SUBSTANCE: support as leg with pivot bolt and rolling cutter held on pivot bolt by means of locking unit. Pivot bolt is made with circular recess, positioned near base of pivot bolt, and locking unit is formed by collapsible ring, mounted in circular recess of pivot bolt and rigidly connected to rolling cutter. Collapsible ring and rolling cutter interact by means of slit connection. Collapsible ring and rolling cutter interact by means of slit connection. Collapsible ring is formed of several parts in form of circular segments, each one of which is connected to rolling cutter.

EFFECT: increased reliability of operation, improved technical and economical characteristics of bit as a whole.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым 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., Москва, 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 a lock, mounted roller cone with working elements (see reference book "Drill bits. Pali PA and Korneev K.E., Moscow, 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 близкой 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.).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the cone bit containing the pin and the cone fixed on 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, 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, расположенной у основания цапфы, а замковый узел образован разъемным кольцом, установленным в кольцевой проточке цапфы и жестко соединенным с шарошкой, при этом шарошка установлена на разъемном кольце посредством шлицевого соединенияThe 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 assembly, according to the invention, the locking pin is made with an annular groove located at the base of the pin, and the locking assembly is formed by a split ring installed in the annular groove of the pin and rigidly connected to the cone, while the cone is mounted on a split ring through a spline connection

Решению предложенной технической задачи способствует также и то, что:The solution of the proposed technical problem also contributes to the fact that:

- разъемное кольцо образовано из нескольких частей, каждая из которых имеет шлицевое соединение с шарошкой;- the split ring is formed of several parts, each of which has a spline connection with a cone;

- части разъемного кольца выполнены в виде кольцевых сегментов, жестко соединенных между собой;- parts of the split ring are made in the form of ring segments rigidly interconnected;

- она снабжена уплотнительным элементом, размещенным между лапой и обратным торцом шарошки, причем диаметр уплотнительного элемента больше наружного диаметра разъемного кольца.- it is equipped with a sealing element located between the paw and the reverse end of the cone, and the diameter of the sealing element is larger than the outer diameter of the split ring.

Выполнение цапфы с кольцевой проточкой под замковый узел в виде разъемного кольца, жестко соединенного с шарошкой, позволяет увеличить опорную поверхность шарошки и соответственно уменьшить удельную нагрузку и тем самым значительно увеличить работоспособность как опоры, так и долота в целом. Этому же способствует выполнение разъемной втулки из нескольких частей, жестко соединенных между собой, образующих единый подшипник скольжения. При этом шарошка может соединяться с разъемной втулкой только одним штифтом, в то время как при использовании отдельных кольцевых сегментов количество штифтов определяется количеством сегментов. Расположение кольцевой проточки и разъемного кольца у основания цапфы совместно с уплотнительным элементом позволяет минимизировать радиальные зазоры в опоре и обеспечить ее надежную герметизацию, а ступенчатое выполнение разъемного кольца повышает прочность цапфы в наиболее опасном сечении, а именно у основания цапфы.The execution of the trunnion with an annular groove under the lock assembly in the form of a detachable ring rigidly connected to the cutter allows to increase the supporting surface of the cutter and, accordingly, to reduce the specific load and thereby significantly increase the working capacity of both the support and the bit as a whole. This is also facilitated by the implementation of a detachable sleeve of several parts rigidly connected to each other, forming a single plain bearing. In this case, the cone can be connected to the split sleeve with only one pin, while when using separate ring segments, the number of pins is determined by the number of segments. The location of the annular groove and the split ring at the base of the trunnion together with the sealing element allows minimizing radial gaps in the support and ensuring its reliable sealing, and the stepwise design of the split ring increases the strength of the trunnion in the most dangerous section, namely, at the base of the trunnion.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры долота; сечение Б-Б на фиг.1; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; фиг.3 - вариант выполнения соединения частей разъемного кольца.The invention is illustrated in the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the support bit; section BB in figure 1; figure 2 - section aa in figure 1; figure 3 is an embodiment of the connection parts of the split ring.

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 10 с цапфой 1 с закрепленной на ней посредством замкового узла шарошкой 2. Цапфа 1 выполнена со ступенчатой наружной поверхностью с кольцевой проточкой 3, расположенной у основания цапфы 1. В кольцевой проточке 3 размещен замковый узел, выполненный в виде разъемного кольца, состоящего из нескольких частей в виде кольцевых сегментов 4. По меньшей мере один из кольцевых сегментов 4 жестко соединен с шарошкой 2 посредством стопорного элемента в виде штифта 5 и шлицевого соединения. При этом выступы 8 и впадины 9 шлицевого соединения могут выполняться как на наружной поверхности кольцевых сегментов 4, так и на внутренней поверхности шарошки 2. Предпочтительным является вариант выполнения каждого кольцевого сегмента 4 с одним шлицевым соединением, хотя в зависимости от типоразмера долота возможно использование и большего количества шлицевых соединений. Толщина кольцевых сегментов 4 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" (фиг.3), 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. Для уплотнения опоры предусмотрено уплотнительное кольцо 11, размещенное между обратным торцом шарошки 2 и лапой 10. Уплотнительное кольцо 11 имеет диаметр больше наружного диаметра разъемного кольца.The support of the cone bit includes a paw 10 with a pin 1 with a cone 2 fixed on it by means of a locking assembly. The pin 1 is made with a stepped outer surface with an annular groove 3 located at the base of the axle 1. In the annular groove 3 there is a lock assembly made in the form of a detachable a ring consisting of several parts in the form of annular segments 4. At least one of the annular segments 4 is rigidly connected to the roller cone 2 by means of a locking element in the form of a pin 5 and a spline connection. In this case, the protrusions 8 and the valleys 9 of the spline connection can be performed both on the outer surface of the annular segments 4 and on the inner surface of the cone 2. It is preferable to make each annular segment 4 with one spline connection, although it is possible to use a larger one depending on the size of the bit the number of splined joints. The thickness of the annular segments 4 is chosen so that their inner diameter is 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 approximately to the outer diameter of the pin 1 in the area of their contact , and the sum of their outer arcs - the inner diameter of the cone 2. The annular segments 4 of the split ring can be connected to the type of "spike-groove" (figure 3), when the protrusion (spike) 6 of one segment 4 is included in the response groove 7 of the other 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. To seal the support, a sealing ring 11 is provided, located between the reverse end of the cutter 2 and the paw 10. The sealing ring 11 has a diameter larger than the outer diameter of the split ring.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале в кольцевой проточке 3 цапфы 1 устанавливают кольцевые сегменты 4, после чего на них надевают шарошку 2 с уплотнительным кольцом 11 путем совмещения выступов 8 и пазов 9 шлицевого соединения. Затем фиксируют шарошку 2 от осевого перемещения относительно кольцевых сегментов 4 стопорными элементами 5. В случае необходимости кольцевые сегменты 4 предварительно жестко соединяют между собой, а образованное таким образом кольцо жестко фиксируют с шарошкой 2 одним штифтом 5 большого диаметра.The installation of the support of the bit is as follows. First, annular segments 4 are installed in the annular groove 3 of the axle 1, after which the roller cone 2 is put on with the sealing ring 11 by combining the protrusions 8 and the grooves 9 of the spline connection. Then, the cone 2 is fixed from axial movement relative to the annular segments 4 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 with one large diameter pin 5.

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, а тангенциальная нагрузка между шарошкой 2 и кольцевыми сегментами 4 - шлицевым соединением 8, 9. Это позволяет разгрузить штифты 5 от передачи крутящего момента от шарошки 2 к кольцевым сегментам 4 и тем самым обеспечить использование штифтов 5 малого диаметра, применение которых не ослабляет корпус шарошки 2, воспринимающий большие нагрузки, особенно при бурении по твердым и крепким породам. При этом благодаря выполнению запорного узла в виде кольцевых сегментов 4, образующих плавающий подшипник, обеспечивается значительное снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и тем самым увеличивается работоспособность как всей опоры, так и долота в целом. Использование уплотнительного элемента 11 с диаметром, большим наружного диаметра разъемного кольца 4, позволяет уменьшить вероятность попадания шлама в полость шарошки через шлицевое соединение 8, 9. 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. During drilling, the axial load is perceived by the supporting elements of the bit, including the annular segments 4, and the tangential load between the cone 2 and the annular segments 4 is the splined joint 8, 9. This allows the pins 5 to be unloaded from the transmission of torque from the cone 2 to the annular segments 4 and thereby ensure the use of pins 5 of small diameter, the use of which does not weaken the cone body 2, which perceives heavy loads, especially when drilling on hard and hard rocks. Moreover, due to the implementation of the locking unit in the form of annular segments 4 forming a floating bearing, a significant reduction in friction between the contacting surfaces of the roller cone 2 and pin 1 is provided, and thereby the working capacity of both the entire support and the bit as a whole is increased. The use of a sealing element 11 with a diameter larger than the outer diameter of the split ring 4, reduces the likelihood of sludge getting into the cone cavity through a spline connection 8, 9. At the same time, all drilling operations for the channel for installing the lock ball bearing and welding work for fastening the lock finger are excluded . Such a solution, first of all, will favorably affect 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

1. The support of the cone bit containing a paw with a pin and a cone fixed to the pin with a lock assembly, characterized in that the pin is made with an annular groove located at the base of the pin, and the lock assembly is formed by a split ring mounted in the ring groove of the pin and rigidly connected to cone, while cone is mounted on a split ring through a spline connection.

2. Support cone bit according to claim 1, characterized in that the split ring is formed of several parts, each of which has a spline connection with a cone.

3. Support roller cone according to claim 1 or 2, characterized in that the parts of the split ring are made in the form of annular segments rigidly interconnected.

4. Support cone bit according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with a sealing element located between the reverse end of the cone and the paw, and the diameter of the sealing element is greater than the outer diameter of the split ring.