RU2308590C1

RU2308590C1 - Rotary disc drilling bit

Info

Publication number: RU2308590C1
Application number: RU2006114807/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Анатольевич Ясашин (RU); Виталий Анатольевич Ясашин; Дмитрий Юрьевич Сериков (RU); Дмитрий Юрьевич Сериков; Владимир Федорович Сорокин (RU); Владимир Федорович Сорокин
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-10-20

Abstract

FIELD: rock-cutting tools, particularly disc drilling bit to drill all-purpose wells.

SUBSTANCE: drilling bit comprises U-shaped body, axis secured inside the body and provided with disc rolling cutters installed on the axis and thrust collars arranged between inner end surfaces of disc rolling cutters. Inner end surfaces of disc rolling cutters and thrust collars may cooperate with each other. One radial orifice of horizontal axis is of through type and extend in vertical plane. Axis arranged in above orifice may rotate and is rigidly connected with thrust collar. The axis has rolling cutter with rock-cutting members located from well bottom side.

EFFECT: provision of synchronous operation of all drilling bit members and, as the result, increased advancing rate and drilling speed.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к дисковым долотам, и может быть использовано при бурении скважин различного назначения.The invention relates to a rock cutting tool, namely to disk bits, and can be used when drilling wells for various purposes.

Известно буровое дисковое долото, содержащее корпус и смонтированные на горизонтальной оси с помощью двухрядных подшипников скольжения диски с фрезерованными или твердосплавными зубками (авт. св. СССР №250794, кл. Е21В 10/12, 1969 г).A drill disk is known that contains a housing and disks with milled or carbide teeth mounted on a horizontal axis using double row plain bearings (ed. St. USSR No. 250794, class E21B 10/12, 1969).

Недостатком данного долота является быстрая потеря диаметра из-за одностороннего износа опоры долота.The disadvantage of this bit is the rapid loss of diameter due to unilateral wear of the bit support.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому уровню является буровое дисковое долото, содержащее П-образный корпус, закрепленную в корпусе ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми подшипниками, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек (авт. св. СССР № 1705538, кл. Е21В 10/12, 1992 г).The closest to the proposed technical essence and the achieved level is a drill disk bit containing a U-shaped body, an axis fixed in the body with disk cones mounted on it and ring bearings placed between the inner end surfaces of the disk cones (ed. St. USSR No. 1705538 CL 11/12, 1992).

К недостаткам данного долота следует отнести невозможность синхронизации работы дисковых шарошек, что в случае заклинивания одной из шарошек приводит к неравномерному износу вооружения шарошек и как следствие этого - к снижению проходки и скорости бурения.The disadvantages of this bit include the impossibility of synchronizing the operation of disk cones, which, in the case of jamming of one of the cones, leads to uneven wear of the cone armament and, as a result, to a decrease in penetration and drilling speed.

Другим недостатком долота является малая эффективность его работы, что связано с нерациональной схемой расположения дисков и образованием «сахарной головки» в центре скважины, которая приводит к заклиниванию шарошек и быстрому выходу их вооружения их из строя.Another drawback of the bit is the low efficiency of its operation, which is associated with an irrational arrangement of the disks and the formation of a “sugar head” in the center of the well, which leads to jamming of the cutters and the rapid failure of their weapons.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение проходки и скорости бурения за счет синхронизации работы дисковых шарошек и оптимизации процесса разрушения породы дисками.In accordance with the stated technical objective of the invention is to increase the penetration and drilling speed due to the synchronization of disk cones and optimization of the process of rock destruction by disks.

Указанная техническая задача решается тем, что в буровом дисковом долоте, содержащем П-образный корпус, закрепленную в корпусе ось с установленными на ней дисковыми шарошками и кольцевыми упорами, размещенными между внутренними торцевыми поверхностями дисковых шарошек, согласно изобретению, внутренние торцевые поверхности дисковых шарошек и кольцевые упоры выполнены в виде конических зубчатых шестерен, установленных с возможностью взаимодействия между собой, при этом одно из радиальных отверстий горизонтальной оси выполнено сквозным и расположено в вертикальной плоскости, а размещенная в этом отверстии ось установлена с возможностью вращения, жестко соединена с кольцевым упором и снабжена шарошкой с породоразрушающими элементами.The specified technical problem is solved in that in the drill disk bit containing a U-shaped body, an axis fixed in the body with disk cones mounted on it and ring stops placed between the inner end surfaces of the disk cones, according to the invention, the inner end surfaces of the disk cones and ring the stops are made in the form of bevel gears mounted to interact with each other, while one of the radial holes of the horizontal axis is made through m and disposed in a vertical plane and placed in the axis of this hole is rotatably mounted, is rigidly connected with the annular abutment and is provided with a roller cutter with a cutter.

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

- шарошка выполнена коническо-сферической формы, а ось шарошки смещена относительно продольной оси долота;- the cone is made conical-spherical in shape, and the cone axis is offset relative to the longitudinal axis of the bit;

- дисковые шарошки и шарошка коническо-сферической формы установлены на разных уровнях, причем с опережением установлены дисковые шарошки.- disk cones and cones of conical-spherical shape are installed at different levels, moreover, disk cones are installed ahead of schedule.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид долота в разрезе.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the bit in section.

Буровое дисковое долото содержит П-образной формы корпус 1 с горизонтальной осью 3, на которой установлены дисковые шарошки 2 и кольцевые упоры 4, размещенные между внутренними торцевыми поверхностями 5 дисковых шарошек 3. Корпус 1 может быть выполнен в виде единой детали или в виде двух элементов, жестко соединенных посредством резьбы или сварки. При этом внутренние торцевые поверхности 5 дисковых шарошек 3 и кольцевые упоры 4 выполнены в виде конических зубчатых шестерен, установленных с возможностью взаимодействия между собой. Кольцевые упоры 4 установлены на горизонтальной оси 3 посредством дополнительных осей (не показаны), которые жестко закреплены в радиальных каналах оси 3 с возможностью вращения. При этом одно из радиальных отверстий 7 горизонтальной оси 3 выполнено сквозным и расположено в вертикальной плоскости, а размещенная в этом отверстии ось 6 жестко соединена с кольцевым упором 4 и установлена там с возможностью вращения. С противоположной стороны стержня 6 жестко установлена шарошка 8 с породоразрушающими элементами 9. Шарошка 8 имеет коническо-сферическую форму, при этом ось 6 шарошки 8 расположена эксцентрично относительно продольной оси долота. Дисковые шарошки 2 и шарошка 8 с коническо-сферической формой установлены на разных уровнях, причем с опережением установлены дисковые шарошки 2.The drill bit contains a U-shaped body 1 with a horizontal axis 3, on which are mounted disk cones 2 and ring stops 4, located between the inner end surfaces 5 of the disk cones 3. Case 1 can be made in the form of a single part or in the form of two elements rigidly connected by thread or welding. In this case, the inner end surfaces 5 of the disk cones 3 and the ring stops 4 are made in the form of bevel gears installed with the possibility of interaction between each other. The ring stops 4 are mounted on the horizontal axis 3 by means of additional axes (not shown), which are rigidly fixed in the radial channels of the axis 3 with the possibility of rotation. In this case, one of the radial holes 7 of the horizontal axis 3 is made through and located in the vertical plane, and the axis 6 located in this hole is rigidly connected to the annular stop 4 and mounted there to rotate. On the opposite side of the rod 6, a cone 8 with rock cutting elements 9 is rigidly mounted. The cone 8 has a conical-spherical shape, while the axis 6 of the cone 8 is eccentric relative to the longitudinal axis of the bit. Disc cones 2 and cone 8 with a conical-spherical shape are installed at different levels, and disc cones 2 are installed ahead of schedule.

Принцип работы долота заключается в следующем. При вращении долота дисковые шарошки 3 вращаются вокруг горизонтально закрепленной оси 3 долота в противоположном направлении. При этом кольцевые упоры 4, выполненные в виде конических зубчатых шестерен, контактируют с внутренними торцевыми поверхностями 5 обеих дисковых шарошек 2, выполненными также в виде зубчатых конических шестерен, и благодаря этому постоянно вращаются вокруг своих зафиксированных осей. Один из кольцевых упоров 4 жестко закреплен с осью 6, расположенной перпендикулярно оси 3 и вращается вместе с ней. На противоположном от кольцевого упора 4 конце оси 6 жестко закреплена шарошка 8, расположенная с эксцентриситетом ε относительно продольной оси корпуса 1 долота. Благодаря использованию кольцевых упоров 4, диаметр которых кратно превышает диаметр шариков, обычно используемых в опорах качения шарошек, значительно сокращается износ опоры и повышается работоспособность долота в целом. Этому способствует и выполнение кольцевых упоров 4 и внутренних торцевых поверхностей 5 дисковых шарошек 3 в виде конических зубчатых шестерен, взаимодействующих между собой и обеспечивающих синхронизацию работы обеих дисковых шарошек 2, исключая их проскальзывание относительно забоя скважины. При заклинивании одной из дисковых шарошек 3, благодаря зубчатому зацеплению ее с кольцевыми упорами 4, она приводится во вращение от другой дисковой шарошки 3 через зубчатое зацепление кольцевых упоров 4 с дисковыми шарошками 3. Снабжение долота дополнительной шарошкой 8 позволяет эффективно разрушать центральную часть забоя скважины, являющейся наиболее проблемной для всех типов долот, а установка шарошки со смещением относительно дисковых шарошек 2 обеспечивает объемное разрушение породы благодаря образованию дополнительной плоскости обнажения.The principle of operation of the bit is as follows. When the bit is rotated, the disk cutters 3 rotate around the horizontally fixed axis 3 of the bit in the opposite direction. When this ring stops 4, made in the form of bevel gears, are in contact with the inner end surfaces 5 of both disk cones 2, also made in the form of gear bevel gears, and due to this they constantly rotate around their fixed axes. One of the ring stops 4 is rigidly fixed to the axis 6, located perpendicular to the axis 3 and rotates with it. At the opposite end of the axis 4 from the ring stop 4, a cone 8 is rigidly fixed, located with an eccentricity ε relative to the longitudinal axis of the bit body 1. Due to the use of annular stops 4, the diameter of which is several times greater than the diameter of the balls commonly used in roller bearings, the wear of the support is significantly reduced and the performance of the bit as a whole is increased. This contributes to the implementation of the ring stops 4 and the inner end surfaces 5 of the disk cones 3 in the form of bevel gears interacting with each other and ensuring synchronization of the operation of both disk cones 2, excluding their slipping relative to the bottom of the well. When one of the disk cones 3 is jammed, due to its gear engagement with the ring stops 4, it is rotated from the other disk cone 3 through the gear engagement of the ring stops 4 with the disk cones 3. Providing the additional cone 8 with the chisel effectively destroys the central part of the borehole bottom, which is the most problematic for all types of bits, and the installation of a cone with an offset relative to the disk cones 2 provides volumetric destruction of the rock due to the formation of an additional plane and outcrops.

Таким образом, благодаря использованию зубчатого зацепления между дисковыми шарошками 3 и кольцевыми упорами 4 обеспечивается равномерная загрузка обеих дисковых шарошек. Наличие же дополнительной шарошки 8 в центральной части долота и расположение ее со смещением в вертикальной плоскости относительно дисковых шарошек 2 обеспечивает оптимальную работу всего долота. Все это ведет к повышению как проходки, так и скорости бурения.Thus, through the use of gearing between the disk cones 3 and the ring stops 4, the uniform loading of both disk cones is ensured. The presence of additional cone 8 in the Central part of the bit and its location with a displacement in a vertical plane relative to the disk cones 2 ensures optimal operation of the entire bit. All this leads to an increase in both penetration and drilling speed.

Claims

1. A drilling disk bit containing a U-shaped body and a horizontal axis fixed in the body with mounted disk cones and ring stops placed between the inner end surfaces of the disk cones by means of axes fixed in the radial holes of the horizontal axis, characterized in that the internal end the surface of the disk cones and ring stops are made in the form of bevel gears mounted with the possibility of interaction with each other, while one of the radial holes TIFA horizontal axis formed through and disposed in a vertical plane and placed in the axis of this hole is rotatably mounted, is rigidly connected with the annular abutment and is provided with a roller cutter from the bottom of the well with a cutter.

2. The drill disk bit according to claim 1, characterized in that the cone is made of conical-spherical shape, and the axis of the cone is eccentric relative to the longitudinal axis of the bit.

3. Drill disk chisel according to claim 1 or 2, characterized in that the disk cones and cones of a conical-spherical shape are installed at different levels, and the cones are installed ahead of the curve.