RU2306401C1

RU2306401C1 - Tool for breaking rock

Info

Publication number: RU2306401C1
Application number: RU2006115498/03A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Геннадьевич Смирнов (RU); Вячеслав Геннадьевич Смирнов; Виталий Игоревич Кремлев (RU); Виталий Игоревич Кремлев; Игорь В чеславович Смирнов (RU); Игорь Вячеславович Смирнов; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2006-05-06
Filing date: 2006-05-06
Publication date: 2007-09-20

Abstract

FIELD: drilling engineering.

SUBSTANCE: tool comprises housing provided with operation member and thread and calibrator mounted on the pin of the housing between the operation member and thread. The operation member is made of drill bit with shifted axes. The pin is inclined to the axis of the housing and is stepped. The point of intersection of the axis of the pin with the axis of the housing is in coincidence with the axis of the drill bit. The axis of the pin is perpendicular to the line that connects the points of a contact of the rotary bit with the wall of the well. The calibrator is made of several rotary bits each of which is mounted on the individual step of the pin and is spring-loaded in the axial direction. The spring is mounted from the side of the top face of the rotary bits.

EFFECT: enhanced reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения скважин на различные виды полезных ископаемых, а именно к породоразрушающему инструменту.The invention relates to the field of drilling for various types of minerals, namely, rock cutting tool.

Известен породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с промывочным каналом и наклонной цапфой, на которой посредством подшипников смонтирована шарошка, и установленный над шарошкой эксцентричный стабилизатор (см. Зубарев А.В., Матвеев Г.И. и др. Одношарошечные долота, М.: Недра, 1971 г., с.12, рис.9).A rock cutting tool is known that contains a housing with a flushing channel and an inclined pin, on which a cone is mounted by means of bearings, and an eccentric stabilizer installed above the cone (see Zubarev A.V., Matveev G.I. et al. Single-cone bits, M .: Nedra , 1971, p.12, fig. 9).

К недостаткам данного породоразрушающего инструмента следует отнести быструю потерю диаметра из-за слабого вооружения калибрующей части шарошки.The disadvantages of this rock cutting tool include a rapid loss of diameter due to the weak armament of the calibrating part of the cone.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является породоразрушающий инструмент, содержащий корпус с рабочим органом и присоединительной резьбой и шарошечный калибратор, размещенный на цапфе корпуса, расположенной между рабочим органом и присоединительной резьбой (см. авт. св. СССР №1819969, кл. Е21В 10/26, 1993 г.).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a rock cutting tool containing a housing with a working body and connecting thread and a roller calibrator located on the trunnion of the housing located between the working body and connecting thread (see ed. St. USSR No. 1819969, class E21B 10/26, 1993).

Данный породоразрушающий инструмент, благодаря использованию калибратора, имеет более высокую проходку. Однако такая конструкция инструмента также не лишена некоторых недостатков. Основным из них является недостаточная центровка породоразрушающего органа, что с одной стороны исключает бурение направленных скважин, а с другой стороны снижает технико-экономические показатели работы породоразрушающего инструмента.This rock cutting tool, due to the use of a calibrator, has a higher penetration. However, this design of the tool is also not without some drawbacks. The main one is the insufficient alignment of the rock cutting body, which on the one hand eliminates the drilling of directional wells, and on the other hand reduces the technical and economic performance of the rock cutting tool.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение технико-экономических показателей инструмента и обеспечение качественной центровки при бурении направленных скважин.In accordance with the stated technical objective of the invention is to improve the technical and economic indicators of the tool and ensure high-quality alignment when drilling directional wells.

Поставленная техническая задача решается тем, что в породоразрушающем инструменте, содержащим корпус с рабочим органом и присоединительной резьбой и шарошечный калибратор, размещенный на цапфе корпуса между рабочим органом и присоединительной резьбой, согласно изобретению рабочий орган выполнен в виде двухшарошечного долота с параллельно смещенными осями, цапфа под калибратор выполнена наклонной к оси корпуса и имеет ступенчатую форму, при этом точка пересечения оси цапфы с осью корпуса совпадает с осью долота, причем ось цапфы расположена в плане перпендикулярно к линии, соединяющей точки контакта шарошек со стенками скважины.The stated technical problem is solved in that in a rock cutting tool containing a housing with a working body and connecting thread and a roller calibrator placed on a housing pin between the working body and the connecting thread, according to the invention, the working body is made in the form of a two-cone bit with parallel displaced axes, a pin under the calibrator is made inclined to the axis of the housing and has a stepped shape, while the point of intersection of the axis of the journal with the axis of the housing coincides with the axis of the bit, and the axis of the journal is located lies in the plan perpendicular to the line connecting the contact points of the cones with the walls of the well.

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

- калибратор выполнен в виде нескольких шарошек, каждая из которых расположена на отдельной ступени цапфы;- the calibrator is made in the form of several cones, each of which is located on a separate pin of the pin;

- шарошки калибратора установлены с возможностью перемещения вдоль цапфы и подпружинены в осевом направлении, причем пружины установлены со стороны верхнего торца шарошек.- cone calibrator mounted for movement along the trunnion and axially spring loaded, and the springs are installed on the side of the upper end of the cones.

Выполнение рабочего органа в виде двухшарошечного долота с параллельно смещенными осями позволяет увеличить общую вооруженность и мощность опоры породоразрушающего инструмента. Предложенное выполнение цапфы калибратора и схема расположения ее относительно шарошек долота обеспечивает качественную центровку породоразрушающего инструмента и бурение скважин заданного направления. Ступенчатая форма цапфы и использование шарошек калибратора по числу ступеней позволяет упростить конструкцию инструмента, а использование пружин для шарошек калибратора повышает эффективность обработки стенок скважины и исключает вероятность заклинивания его шарошек при подъеме из скважины.The implementation of the working body in the form of a double-cone bit with parallel displaced axes allows you to increase the overall armament and power support rock cutting tool. The proposed implementation of the calibrator pin and its arrangement relative to the bit cone provides high-quality alignment of the rock cutting tool and drilling of wells in a given direction. The stepped shape of the trunnion and the use of calibrator cones according to the number of steps makes it possible to simplify the design of the tool, and the use of calibrator cone springs increases the efficiency of processing the walls of the well and eliminates the possibility of jamming of cones when lifting from the well.

Изобретение поясняется чертежами, фиг.1 изображает общий вид породоразрушающего инструмента; фиг.2 - вид породоразрушающего инструмента по стрелке А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, figure 1 depicts a General view of the rock cutting tool; figure 2 is a view of a rock cutting tool along arrow A in figure 1.

Породоразрушающий инструмент включает корпус 7 с промывочным каналом 13, рабочим органом и присоединительной резьбой 12 и шарошечный калибратор, размещенный на цапфах 5 и 9 корпуса 7 между рабочим органом и присоединительной резьбой 12. Рабочий орган инструмента выполнен в виде двухшарошечного долота, шарошки 1 и 2 которых посредством замковых элементов 3 закреплены на цапфах 4 корпуса 7. Шарошки 1 и 2 расположены с параллельным смещением "С" их осей (см. фиг.2), что обеспечивает контакт шарошек 1 и 2 со стенками скважины только в одной точке Л₁ и Л₂, причем линия, соединяющая точки Л₁ и Л₂, расположена в плане перпендикулярно к оси цапфам 5 и 9 калибратора. Шарошки 6 и 8 калибратора в плане также установлены с параллельным смещением "К" относительно продольной оси корпуса 7 и контактируют со стенками скважины также только в одной точке Л₃ и Л₄, при этом линия, соединяющая эти точки Л₃ и Л₄, перпендикулярна линии Л₁-Л₂. Это обеспечивает надежную центровку породоразрушающего инструмента, а следовательно, и бурение направленных скважин. Цапфы 5 и 9 под калибратор выполнены наклонными к оси 14 корпуса 7 под острым одинаковым углом α и имеют ступенчатую форму, при этом точка пересечения оси цапф 5 и 9 с осью корпуса 7 совпадает с осью долота (см. фиг.2). Калибратор выполнен в виде нескольких шарошек 6 и 8 разного диаметра, каждая из которых расположена на отдельной ступени цапф 5 и 9, имеющих разные диаметры Д₁ и Д₂. Шарошки 6 и 8 калибратора установлены с возможностью перемещения вдоль цапф 5 и 9 и подпружинены в осевом направлении тарельчатыми пружинами 10, причем пружины 10 установлены со стороны верхнего торца шарошек 6 и 8. Корпус 7 породоразрушающего инструмента может быть выполнен составным и дополнительно включать втулку 11, которая жестко соединяет верхнюю ступень цапфы 9 с присоединительной резьбой 12. Такое выполнение инструмента позволяет упростить технологию его изготовления.The rock-breaking tool includes a housing 7 with a flushing channel 13, a working body and a connecting thread 12 and a cone calibrator placed on the pins 5 and 9 of the housing 7 between a working body and a connecting thread 12. The working body of the tool is made in the form of a two-cone chisel, cones 1 and 2 of which by means of the locking elements 3 are fixed on the pins 4 of the housing 7. The cones 1 and 2 are located with a parallel offset "C" of their axes (see figure 2), which ensures that the cones 1 and 2 are in contact with the walls of the well only at one point L ₁ and L ₂ , p By the way, the line connecting the points L ₁ and L ₂ is located in the plan perpendicular to the axis of the pins 5 and 9 of the calibrator. The cutters 6 and 8 of the calibrator in the plan are also installed with a parallel offset "K" relative to the longitudinal axis of the casing 7 and are in contact with the walls of the well only at one point L ₃ and L ₄ , while the line connecting these points L ₃ and L ₄ is perpendicular lines L ₁ -L ₂ . This ensures reliable alignment of the rock cutting tool, and, consequently, the drilling of directional wells. The pins 5 and 9 for the calibrator are made inclined to the axis 14 of the housing 7 at an acute equal angle α and have a stepped shape, while the point of intersection of the axis of the pins 5 and 9 with the axis of the housing 7 coincides with the axis of the bit (see figure 2). The calibrator is made in the form of several cones 6 and 8 of different diameters, each of which is located on a separate step of the pins 5 and 9, having different diameters D ₁ and D ₂ . Roller cones 6 and 8 of the calibrator are mounted for movement along the trunnions 5 and 9 and axially spring with Belleville springs 10, and springs 10 are mounted from the upper end of the cones 6 and 8. The body 7 of the rock cutting tool can be made integral and further include a sleeve 11, which rigidly connects the upper stage of the pin 9 with the connecting thread 12. This embodiment of the tool allows to simplify the technology of its manufacture.

Монтаж породоразрушающего инструмента осуществляется следующим образом. После сборки рабочего органа инструмента проводят окончательную обработку цапф 5 и 9. Затем на цапфах 5 и 9 устанавливают шарошки 6 и 8 совместно с тарельчатыми пружинами 10, а цапфу 9 жестко соединяют через втулку 11 с резьбовым ниппелем 12, посредством которого инструмент соединяется с бурильным валом и спускается в скважину.Installation of rock cutting tools is as follows. After assembly of the working body of the tool, the trunnions 5 and 9 are final processed. Then, the cutters 6 and 8 are installed on the trunnions 5 and 9 together with the disk springs 10, and the trunnion 9 is rigidly connected through a sleeve 11 with a threaded nipple 12, through which the tool is connected to the drill shaft and goes down into the well.

Принцип работы породоразрушающего инструмента заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента шарошки 1 и 2 разрушают породу, которая выносится на поверхность через зазоры между стенками скважины и наружной поверхностью корпуса 7 промывочной жидкостью, нагнетаемой через осевой канал 13 в корпусе 7. При этом благодаря установке шарошек 1, 2 долота и шарошек 6, 8 калибратора по предложенной схеме, когда породоразрушающий инструмент контактирует одновременно в 4-х точках со стенками скважины, обеспечивается надежная центровка инструмента в скважине и сохранение заданного направления бурения. Использование подпружиненных шарошек 6 и 8 калибратора гарантирует надежную калибровку стенок скважины в течение всего процесса бурения благодаря постоянному поджиму шарошек 6 и 8 к стенкам скважины. При подъеме инструмента из скважины в случае наличия зауженных участков шарошки 6 и 8 отжимаются вниз и обеспечивают свободный проход инструмента через зауженные участки. Одновременно с этим предложенная схема установки шарошек долота и калибратора создает постоянные каналы для выхода обогащенной шламом промывочной жидкости с забоя скважины, что улучшает очистку забоя от шлама. Все это повышает эффективность работы предложенного инструмента, особенно при бурении направленных скважин.The principle of the rock cutting tool is as follows. Under the action of the axial load and torque, the cones 1 and 2 destroy the rock, which is brought to the surface through the gaps between the walls of the borehole and the outer surface of the casing 7 by flushing fluid pumped through the axial channel 13 in the casing 7. Moreover, by setting the cones 1, 2 bits and roller cutters 6, 8 of the calibrator according to the proposed scheme, when the rock cutting tool contacts at the same time at 4 points with the walls of the well, reliable alignment of the tool in the well and preservation of the specified drill direction are ensured Nia. The use of spring-loaded cones 6 and 8 of the calibrator guarantees reliable calibration of the walls of the well during the entire drilling process due to the constant pressing of cones 6 and 8 to the walls of the well. When lifting the tool from the well in the presence of narrowed sections, cones 6 and 8 are pressed down and provide free passage of the tool through the narrowed sections. At the same time, the proposed installation scheme for bit cutters and calibrator creates permanent channels for the exit of the drilling fluid enriched in sludge from the bottom of the well, which improves the cleaning of the bottom from sludge. All this increases the efficiency of the proposed tool, especially when drilling directional wells.

Claims

A rock cutting tool comprising a housing with a working body and connecting thread and a roller calibrator located on a housing trunnion between a working body and a connecting thread, characterized in that the working body is made in the form of a double-cutter bit with parallel displaced axes, the trunnion for the calibrator is made inclined to the axis of the housing and has a stepped shape, while the point of intersection of the axis of the journal with the axis of the body coincides with the axis of the bit, the axis of the journal is located in the plan perpendicular to the line connecting the points to ntact of the cones with the walls of the well, the calibrator is made in the form of several cones, each of which is located on a separate step of the axle, and the cones of the calibrator are mounted to move along the axle and spring-loaded in the axial direction, and the springs are installed on the side of the upper end of the cones.