RU2342514C1

RU2342514C1 - Drilling head

Info

Publication number: RU2342514C1
Application number: RU2007116644/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Жабин (RU); Александр Васильевич Жабин; жнюк Иван Николаевич Прис (RU); Иван Николаевич Присяжнюк; Анатолий Васильевич Яковенко (RU); Анатолий Васильевич Яковенко
Original assignee: Александр Васильевич Жабин
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to drilling equipment and can be implemented as drilling tool for bore making of various purposes by rotating cutting-shearing destruction of rock bottom. The drilling head consists of a holder in form of a round rod with a water supply aperture and with several cylinder projections with external thread cut thereon; this thread meshes with the thread of cutters made integral with expanding cutting tools not less, than three around the circumferential cutting path. The holder is also equipped with support slotted bushings in form of two halves enveloping the latter; the said halves are drawn together with wire coils and are installed inside cylinder slotted springs. The slotted spring operates as a tensile axial support for the cutter with extending cutting tools. With its one end the holder is connected to a drilling rod while with another rod it is connected with the advancing cutting tool-starter.

EFFECT: upgraded efficiency of boring.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в качестве бурильного инструмента для проходки скважин различного назначения вращательным режуще-скалывающим разрушением горной породы на забое.The present invention relates to drilling equipment and can be used as a drilling tool for sinking wells for various purposes by rotational cutting-chipping destruction of rock at the bottom.

Известен буровой резец по авт. свид. СССР №802505, кл. Е21В 10/62, 1981, включающий съемный забурник и расширитель. В корпусе расширителя установлены на двухстороннем ходовом винте два подвижных режущих пера для бурения скважин различного диаметра. Недостатком такого резца является небольшая суммарная длина режущих лезвий, что ограничивает глубину проходки скважин до затупления инструмента.Known drill tool for ed. testimonial. USSR No. 802505, class ЕВВ 10/62, 1981, including a removable bump and expander. In the casing of the expander are installed on a double-sided lead screw two movable cutting feathers for drilling wells of various diameters. The disadvantage of this cutter is the small total length of the cutting blades, which limits the depth of penetration of the wells to blunt the tool.

Известен также инструмент для вращательного бурения скважин по авт. свид. СССР №840272, кл. Е21В 10/42, 1981, содержащий корпус с тремя наклонными к его забурной части продольными ребрами, которые оснащены породоразрушающими вставками. Последние расположены в плоскости резания под углом 120° друг к другу и удерживаются в пазах ребер пальцами со шплинтами. Для присоединения инструмента к ставу буровых штанг на его корпусе выполнен хвостовик с конусной резьбой. Недостаток этого инструмента в том, что в его конструкции отсутствуют водопроходные каналы для подвода охлаждающей жидкости в зону резания породы на забое. Вследствие этого породоразрушающие вставки перегреваются и выходят из строя из-за отпайки твердосплавных пластинок. Кроме того, суммарная длина режущих лезвий не позволяет бурить глубокие скважины за одну проходку.A well-known tool for rotary drilling of wells according to ed. testimonial. USSR No. 840272, cl. Е21В 10/42, 1981, comprising a housing with three longitudinal ribs inclined to its mullion part, which are equipped with rock cutting inserts. The latter are located in the cutting plane at an angle of 120 ° to each other and are held in the grooves of the ribs with fingers with cotter pins. To attach the tool to the drill string, a shank with a tapered thread is made on its body. The disadvantage of this tool is that in its design there are no water passages for supplying coolant to the rock cutting zone at the bottom. As a result of this, rock cutting inserts overheat and fail due to the soldering of carbide inserts. In addition, the total length of the cutting blades does not allow you to drill deep wells in a single penetration.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому объекту является коронка КДС для бурения дегазационных скважин (см. журнал "Уголь", февраль, 2006, стр.40), выбранная в качестве прототипа. Эта коронка содержит опережающий резец-забурник с двумя лезвиями и несколько ножей-расширителей в виде резцов с тремя лезвиями каждый, расположенными в плоскости резания под углом 120° друг к другу. Основной несущей деталью коронки является шестигранник, на который насажены ножи-расширители, разделенные между собой промежуточными втулками. На переднем конце шестигранника выполнена наружная резьба для соединения с опережающим резцом, а на заднем конце выполнена внутренняя резьба для соединения со штангой бурового става. Лезвия резца-забурника и ножей-расширителей армированы твердосплавными пластинами. Внутри коронки имеется отверстие для пропуска промывочной воды в зону резания породы. Коронки КДС оснащены также разбурником обратного хода. Он служит для извлечения инструмента из скважины, которая после завершения прямого хода может дать усадку.Of the known technical solutions, the closest to the claimed object is the crown of KDS for drilling degassing wells (see the journal "Coal", February, 2006, p.40), selected as a prototype. This crown contains a leading cutter with two blades and several expansion knives in the form of cutters with three blades each located in the cutting plane at an angle of 120 ° to each other. The main supporting part of the crown is the hexagon, on which the expander knives are mounted, separated by intermediate sleeves. At the front end of the hexagon, an external thread is made for connection with a leading cutter, and at the rear end, an internal thread is made for connection with a drill rod. The blades of the borer cutter and expander knives are reinforced with carbide inserts. Inside the crown there is an opening for passing washing water into the cutting zone of the rock. KDS crowns are also equipped with a flyback. It serves to extract the tool from the well, which, after completion of the forward stroke, may shrink.

Недостатком коронки КДС является жесткое соединение ножей-расширителей с несущим шестигранником, что исключает свойство гашения динамических пиковых нагрузок за счет применения встроенных в конструкцию буровых амортизаторов. Как показывает практика, механическая скорость бурения за счет амортизаторов возрастает на 8-40% [см. И.К.Мельников. Буровой инструмент. Справочник. - М.: Недра, 1989, стр.343-344].The disadvantage of the KDS crown is the rigid connection of the extender knives with the supporting hexagon, which eliminates the property of damping dynamic peak loads due to the use of drilling shock absorbers built into the design. As practice shows, the mechanical drilling speed due to shock absorbers increases by 8-40% [see I.K. Melnikov. Drilling tool. Directory. - M .: Nedra, 1989, pp. 343-344].

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности бурения скважин инструментом заявляемой конструкции.The technical result of the present invention is to increase the efficiency of well drilling with a tool of the claimed design.

Этот технический результат достигается тем, что державка бурильной головки выполнена с несколькими цилиндрическими выступами с нарезанной на них наружной резьбой, которыми она соединяется по резьбе с фрезами, выполненными как одно целое с расширительными резцами. Державка снабжена также опорными разрезными втулками в виде двух охватывающих ее половин, стянутых пружинными проволочными кольцами и помещенными внутрь цилиндрических прорезных пружин, выполняющих функции упругой осевой опоры для фрезы с расширительными резцами.This technical result is achieved by the fact that the drill holder is made with several cylindrical protrusions with an external thread cut into them, by which it is connected to the thread with milling cutters, made as a whole with expansion cutters. The holder is also equipped with supporting split sleeves in the form of two halves enclosing it, tightened by spring wire rings and placed inside the cylindrical slotted springs, acting as an elastic axial support for the milling cutter with expansion cutters.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена головка бурильная, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В фиг.1.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows the drill head, General view; figure 2 is a section aa of figure 1; figure 3 is a section bB of figure 1; figure 4 is a section bb In figure 1.

Головка бурильная содержит державку 1 (фиг.1), опережающий резец-забурник 2, насаженный на передний конический конец державки, и несколько фрез 3, 4, 5, выполненных как одно целое с расширительными резцами (фиг.2, 3, 4). Число фрез может быть любым в зависимости от требуемого диаметра скважины. Соединение резца-забурника с передним концом державки может осуществляться и другим способом, например, по резьбе.The drill head contains a holder 1 (Fig. 1), a leading cutter-bore 2, mounted on the front conical end of the holder, and several cutters 3, 4, 5, made as a whole with expansion cutters (Figs. 2, 3, 4). The number of cutters can be any, depending on the required diameter of the well. The connection of the cutter-borer with the front end of the holder can be carried out in another way, for example, by threading.

Державка 1 представляет собой монолитный круглый стержень с несколькими цилиндрическими выступами с нарезанной на них наружной резьбой. Соответствующая внутренняя резьба нарезана на посадочной поверхности каждой фрезы. Уплотнительные кольца 6, 7 предохраняют резьбовое соединение от попадания в него буровой мелочи в процессе работы.The holder 1 is a monolithic round rod with several cylindrical protrusions with an external thread cut into them. The corresponding internal thread is cut on the seating surface of each cutter. O-rings 6, 7 protect the threaded connection from getting into the drill stuff during operation.

Каждая из фрез 3, 4, 5 имеет три или более резцов, лезвия которых расположены в плоскости резания под определенным углом друг к другу. При числе резцов, равном трем, этот угол составляет 120°. Резцы забурника и фрез армированы твердосплавными пластинками.Each of the mills 3, 4, 5 has three or more cutters, the blades of which are located in the cutting plane at a certain angle to each other. With the number of incisors equal to three, this angle is 120 °. Cutters of the bore and cutters are reinforced with carbide inserts.

Положение фрез относительно державки фиксируется с одной стороны пружинными плоскими кольцами 8, 9, с другой - цилиндрическими прорезными пружинами 10, 11 [см. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993, стр.175-176]. Прорезная пружина выполняет функции упругой осевой опоры для фрез 3, 4, 5 с расширительными резцами. Снаружи пружины защищены тонкостенными стаканами 12, 13, которые не допускают попадание буровой мелочи в промежутки между ее кольцами. Взаимодействие державки 1 с опорными кольцами прорезных пружин осуществляется посредством разрезных втулок 14, 15, 16. Каждая из этих втулок состоит из двух половин (фиг.4), которые располагаются внутри прорезной пружины и стянуты пружинными проволочными кольцами 17, 18.The position of the milling machine relative to the holder is fixed on one side by spring flat rings 8, 9, on the other hand by cylindrical slotted springs 10, 11 [see Birger I.A., Shorr B.F., Iosilevich G.B. Strength calculation of machine parts. Directory - 4th ed. reslave. and add. - M.: Mechanical Engineering, 1993, pp. 175-176]. The slotted spring acts as an elastic axial support for mills 3, 4, 5 with expansion cutters. Outside, the springs are protected by thin-walled cups 12, 13, which do not allow drill fines to fall into the spaces between its rings. The interaction of the holder 1 with the support rings of the slotted springs is carried out by means of split sleeves 14, 15, 16. Each of these sleeves consists of two halves (Fig. 4), which are located inside the slotted spring and are tightened by spring wire rings 17, 18.

Фреза 5, оставляющая после себя скважину наибольшего диаметра, оснащена также резцами 19 обратного хода. Они служат для извлечения бурильной головки из скважины, которая после завершения бурения может дать усадку. Усилие сопротивления подачи резцов 19 при обратном ходе бурильной головки воспринимается державкой 1 посредством выступающей внешней части 20 втулки 15.Milling cutter 5, leaving behind a well of the largest diameter, is also equipped with reverse cutters 19. They serve to extract the drill head from the well, which, after completion of drilling, may shrink. The feed resistance of the cutters 19 during the reverse stroke of the drill head is perceived by the holder 1 by means of the protruding outer part 20 of the sleeve 15.

Задний конец державки 1 выполнен с резьбовым отверстием 21 для соединения со штангой бурового става. На цилиндрической части державки, ближайшей к резьбовому отверстию, выполнены два паза 22 в размер S под гаечный ключ для свинчивания и развинчивания резьбового соединения с буровой штангой. Внутри державки выполнено водопроводное отверстие 23 для подачи промывочно-охлаждающей жидкости в зону резания породы.The rear end of the holder 1 is made with a threaded hole 21 for connection with the rod of the drill stand. On the cylindrical part of the holder closest to the threaded hole, there are two grooves 22 in size S with a wrench for screwing and unscrewing the threaded connection with the drill rod. Inside the holder there is a water hole 23 for supplying flushing and cooling fluid to the cutting zone of the rock.

Процесс бурения скважины протекает следующим образом. Опережающий резец-забурник 2 оставляет после себя скважину диаметром d₁. Резцы следующей за ним фрезы 3 расширяют ее до диаметра d₂ и далее резцы последующих фрез 4, 5 расширяют скважину до диаметров d₃, d₄ и т.д. Конечный диаметр скважины зависит от количества фрез в наборе на державке 1. Такое равномерно-последовательное увеличение диаметрального размера скважины выравнивает силовую нагрузку на расширительные резцы, позволяет бурить скважины глубиной несколько сотен метров вращательным режуще-скалывающим разрушением породного забоя.The process of drilling a well proceeds as follows. The leading cutter-bore 2 leaves behind a well with a diameter of d ₁ . The cutters of the following cutter 3 expand it to a diameter of d ₂ and then the cutters of the subsequent cutters 4, 5 expand the well to diameters d ₃ , d ₄ , etc. The final diameter of the well depends on the number of cutters in the set on the holder 1. Such a uniformly consistent increase in the diametric size of the well evens out the power load on the expansion cutters, allows you to drill wells several hundred meters deep by rotational cutting-chipping destruction of the rock face.

При изменении нагрузки на расширительные резцы в виде момента сопротивления вращению их за счет, например, увеличения или уменьшения трещиноватости забоя или твердых включений в породе, фрезы 3, 4, 5 поворачиваются на резьбе относительно державки, сжимая или разжимая при этом прорезные пружины. Такая упругая податливость опор породоразрушающих органов снижает динамичность процесса работы, сглаживает ударные нагрузки, повышает скорость бурения и продолжительность использования инструмента в работе. Как показывают проведенные исследования и опыт эксплуатации буровых долот, упругая подвижность породоразрушающих элементов позволяет увеличить механическую скорость бурения на 20-25%, снизить величину пиковых нагрузок на 10-15%, и при этом интенсивность износа режущих кромок уменьшается в 2,5-3 раза [см. Б.А.Катанов. Буровые долота с подвижными породоразрушающими элементами. Журн. "Уголь", октябрь, 2003, стр.42-44].When the load on the expansion cutters changes in the form of a moment of resistance to rotation due to, for example, an increase or decrease in fracture of the face or solid inclusions in the rock, cutters 3, 4, 5 rotate on the thread relative to the holder, compressing or expanding the slotted springs. Such elastic flexibility of the supports of rock-cutting organs reduces the dynamism of the work process, smoothes shock loads, increases the drilling speed and the duration of use of the tool in work. As the research and operating experience of drill bits show, the elastic mobility of rock cutting elements can increase the mechanical drilling speed by 20-25%, reduce peak loads by 10-15%, and the wear rate of cutting edges decreases by 2.5-3 times [cm. B.A. Katanov. Drill bits with movable rock cutting elements. Zhurn. “Coal,” October 2003, pp. 42-44].

На окружной линии резания располагаются не менее трех расширительных резцов одной фрезы. Это увеличивает устойчивость бурильной головки относительно забоя и уменьшает уводку бурового става в сторону при бурении глубоких скважин. По сравнению с прототипом фрезы с расширительными резцами предлагаемой конструкции разнесены по ее оси на сравнительно большее расстояние, что увеличивает свойство поддерживать заданное направление бурения скважины с большей устойчивостью.On the circumferential cutting line are located at least three expansion cutters of one cutter. This increases the stability of the drill head relative to the bottom and reduces the drift of the drill string to the side when drilling deep wells. Compared with the prototype, milling cutters with expansion chisels of the proposed design are spaced along its axis at a relatively greater distance, which increases the ability to maintain a given direction of well drilling with greater stability.

Все эти положительные особенности взаимодействия резцов с разрушаемым породным забоем в конечном счете повышают эффективность применения заявляемой бурильной головки при бурении скважин.All these positive features of the interaction of the cutters with destructible rock bottom ultimately increase the efficiency of the inventive drill head when drilling wells.

Claims

A drill head containing a holder in the form of a rod, equipped with rock cutting tools and a water hole, one end of which connects to the drill stand, and the opposite end connects to the leading cutter-borer, characterized in that the holder is made with several cylindrical protrusions with an outer cut the thread with which it connects to the thread with mills made as a whole with expansion cutters, and is equipped with supporting split sleeves in the form of two female holders for halves pulled together by spring wire rings and placed inside the cylindrical slotted springs, performing the functions of an elastic axial support for a milling cutter with expansion cutters.