RU2343270C1

RU2343270C1 - Device for well boring (versions)

Info

Publication number: RU2343270C1
Application number: RU2007124956/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Иванович Титов (RU); Виталий Иванович Титов; Михаил Матвеевич Розин (RU); Михаил Матвеевич Розин; Юрий Серафимович Татарчук (RU); Юрий Серафимович Татарчук; Николай Иванович Козырев (RU); Николай Иванович Козырев
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-01-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention refers to devices for well boring with implementation of roller-cutter bit. Device incorporates roller-cutter bit with rest, bottom drill collar tube, rest unloading unit in kind of wash over plate with circular flange forming friction pairs with reverse cones of roller-cutters, and unit of forced circulation running of roller-cutters. The unit is installed inside the bottom drill collar tube and made in form of an axial turbine. A shaft of the turbine is connected with the wash over plate. The rest is made in form of a rolling bearing composed of alternating steel balls of various diameters. Part of rolling bodies of smaller diameter is made with rubber coats the exterior diameters of which in initial position correspond to the exterior diameters of rolling bodies of bigger diameters. In the second version the rest is made in form of rolling bearing composed of rolling bodies. Part of them is made hollow out of tensile material. Hollow rolling bodies have radial channels and are partially filled with lubricating material, for example, with powder graphite.

EFFECT: reduced power consumption at rock destruction and also accelerated driving and mechanical rate of boring.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин с использованием шарошечных долот.The invention relates to a device for drilling wells using roller cone bits.

Известно буровое шарошечное долото, включающее делитель осевой нагрузки, выполненный в виде шпинделя с установленными на нем тарельчатыми пружинами, и узел разгрузки, передающий часть осевой нагрузки на забой через обратные конусы шарошек и выполненный в виде дисковых роликов, установленных на цапфах корпуса разгрузки и контактирующих с обратными конусами шарошек при определенной осевой нагрузке (см. авт. св. СССР №168222, кл. Е21В 10/08, 1965 г.).Known cone drill bit, including an axial load divider, made in the form of a spindle with disk springs installed on it, and an unloading unit, transmitting part of the axial load to the face through the cone cones and made in the form of disk rollers mounted on the pins of the discharge casing and in contact with inverse cones of cones at a certain axial load (see ed. St. USSR No. 168222, class ЕВВ 10/08, 1965).

Недостатком этого долота является сложность конструкции и как следствие этого малая надежность в работе и малая эффективность.The disadvantage of this bit is the design complexity and, as a consequence of this, low reliability and low efficiency.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бурения скважин, включающее шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой (см. авт. св. №560053, кл. Е21В 10/08, 1977 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a device for drilling wells, including a cone bit with a support, an over-bit pipe, a support unloading unit in the form of a washing plate with an annular protrusion forming friction pairs together with cone cones, and a cone forcing unit mounted inside a supra-bit pipe and made in the form of an axial turbine, the shaft of which is connected to the washing plate (see ed. St. No. 560053, class ЕВВ 10/08, 1977).

Данное устройство благодаря использованию узла для принудительного вращения шарошек обеспечивает повышение срока службы бурового долота. К недостаткам его следует отнести сравнительно высокую энергоемкость разрушения породы, что связано с неоптимальной схемой разрушения породы. Это особенно сказывается при бурении по породам перемежающейся твердости.This device through the use of a node for forced rotation of the cone provides an increase in the life of the drill bit. Its disadvantages include a relatively high energy intensity of rock destruction, which is associated with a suboptimal scheme of rock destruction. This is especially true when drilling through rocks of alternating hardness.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы.In connection with the stated technical objective of the invention is to increase the efficiency of the bit by reducing the energy intensity of the process of rock destruction.

Поставленная техническая задача по первому варианту решается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, согласно изобретению, опора шарошечного долота, выполненная в виде подшипника качения, составлена из стальных шаров разного диаметра, при этом часть шаров меньшего диаметра выполнена с резиновой оболочкой, наружный диаметр которой соответствует в исходном положении наружному диаметру тел качения большего диаметра.The technical task of the first embodiment is solved by the fact that in the device for drilling wells, including a roller cone with a support, an over-bit pipe, a support unloading unit in the form of a washing plate with an annular protrusion, forming friction pairs together with cone cones, and a cone forcing mounted inside the above-bore pipe and made in the form of an axial turbine, the shaft of which is connected to the washing plate, according to the invention, a roller cone support made in the form of a quality bearing It is composed of steel balls of different diameters, while some of the balls of smaller diameter are made with a rubber shell, the outer diameter of which corresponds to the outer diameter of the rolling elements of larger diameter in the initial position.

Решению поставленной технической задачи способствует также и то, что тела качения большего и меньшего диаметров установлены через одно.The solution of the technical problem posed also contributes to the fact that the rolling bodies of larger and smaller diameters are installed through one.

По другому варианту поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем шарошечное долото с опорой, наддолотную трубу, узел разгрузки опоры в виде промывочной плиты с кольцевым выступом, образующим совместно с обратными конусами шарошек фрикционные пары, и узел принудительного вращения шарошек, установленный внутри наддолотной трубы и выполненный в виде осевой турбины, вал которой соединен с промывочной плитой, согласно изобретению, опора шарошечного долота, выполненная в виде подшипника качения, составлена из стальных шаров, часть которых выполнена полой и изготовлена из пружинного материала.According to another variant, the stated technical problem is solved in that in a device for drilling wells, including a roller cone with a support, an over-bit pipe, a support unloading unit in the form of a washing plate with an annular protrusion, forming friction pairs together with cone cones, and a cone forcing mounted inside the above-bore pipe and made in the form of an axial turbine, the shaft of which is connected to the washing plate, according to the invention, a roller cone support made in the form of a quality bearing niya, composed of steel balls, some of which are hollow and made of spring material.

Решению поставленной технической задачи способствует также и то, что полые тела качения выполнены с радиальными каналами и частично заполнены смазочным материалом.The solution of the technical problem is also facilitated by the fact that the hollow rolling bodies are made with radial channels and partially filled with lubricant.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 и 3 - варианты выполнения опоры шарошечного долота; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3 и на фиг.5 - шарик с резиновой оболочкой в увеличенном масштабе.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the device, in Fig.2 and 3 are embodiments of the support cone bit; figure 4 is a section aa in figure 3 and figure 5 is a ball with a rubber shell in an enlarged scale.

Устройство для бурения скважин включает долото 1 с шарошками 2, которое посредством резьбы соединено с наддолотной трубой 3, приводимой во вращение бурильной колонной или от вала забойного двигателя 4. В полости корпуса долота 1 размещена промывочная плита 5 с кольцевым выступом 6, который совместно с обратными конусами 7 шарошек 2 образует фрикционные пары. Благодаря этому промывочная плита 5 передает часть осевой нагрузки непосредственно на корпуса шарошек 2, минуя опору долота 1 и выполняя роль узла разгрузки опоры. Промывочная плита 5 соединена с валом 8 осевой турбины 9, которая установлена на радиальных опорах 10 внутри наддолотной трубы 3 и служит узлом принудительного вращения шарошек 2 долота 1.A device for drilling wells includes a bit 1 with cones 2, which is threadedly connected to an over-bit pipe 3, driven by a drill string or from a shaft of a downhole motor 4. A flushing plate 5 with an annular protrusion 6 is placed in the cavity of the body of the bit 1, which, together with the reverse cones 7 cone 2 forms a friction pair. Due to this, the washing plate 5 transfers part of the axial load directly to the cones of the roller cutters 2, bypassing the support of the bit 1 and acting as a node for unloading the support. The flushing plate 5 is connected to the shaft 8 of the axial turbine 9, which is mounted on the radial bearings 10 inside the supra-bit pipe 3 and serves as a node for the forced rotation of the cone 2 bits 1.

Опора этого долота по первому варианту (см. фиг.2), выполненная в виде подшипника качения 11 составлена из стальных шаров разного диаметра, при этом часть шаров 12 меньшего диаметра выполнена с резиновой оболочкой 13, наружный диаметр которой соответствует в исходном положении наружному диаметру тел качения 14 большего диаметра. Тела качения 12 и 14 меньшего и большего диаметра в подшипнике 11 могут устанавливаться по разной схеме. Предпочтительным является их установка с чередованием через одно. Однако возможна установка одного шара 12 малого диаметра через два тела качения 14 большего диаметра. Схема установки шаров 12 и 14 определяется преимущественно физико-механическими свойствами разбуриваемых пород, а, следовательно, типом долота.The support of this bit according to the first embodiment (see figure 2), made in the form of a rolling bearing 11 is composed of steel balls of different diameters, while some of the balls 12 of a smaller diameter are made with a rubber shell 13, the outer diameter of which corresponds to the outer diameter of the bodies in the initial position rolling 14 larger diameter. Rolling bodies 12 and 14 of smaller and larger diameters in the bearing 11 can be installed in different ways. It is preferable to install them alternating through one. However, it is possible to install one ball 12 of small diameter through two rolling bodies 14 of larger diameter. The installation pattern of balls 12 and 14 is determined mainly by the physicomechanical properties of the drilled rocks, and, consequently, by the type of bit.

По другому варианту (см. фиг.3 и 4) опора шарошечного долота 1 выполнена в виде подшипника качения, составленная из цельных стальных шаров 15 и полых шаров 16, изготовленных из пружинного материала с радиальными каналами 17. Полость шаров 16 частично может быть использована для размещения смазочного материала, например, порошкового графита 18.According to another embodiment (see Figs. 3 and 4), the support of the cone bit 1 is made in the form of a rolling bearing, composed of solid steel balls 15 and hollow balls 16 made of spring material with radial channels 17. The cavity of the balls 16 can partially be used for placement of a lubricant, for example, powder graphite 18.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 2 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. Разрушенная порода выносится промывочной жидкостью, прокачиваемой через бурильную колонну 4 и промывочную плиту 5. При этом благодаря использованию специальной опоры с учетом передачи осевой нагрузки непосредственно через корпус шарошки 2 обеспечивается эффективное разрушение породы за счет создания ударных нагрузок при деформации полых тел качения 15, выполненных из пружинного материала, или обрезиненных тел качения 12. При контакте корпуса шарошки 2 с обрезиненными 12 или полыми 16 телами качения величина силы реакции с их стороны по сравнению со сплошными телами качения 14 и 15 во много раз меньше. Именно благодаря этому происходит дополнительный удар породоразрушающих элементов шарошки 2 по забою, обеспечивая их ударно-импульсное воздействие на породу при каждом контакте шарошки 2 с шарами 12 и 16. Сила удара регулируется разностью диаметров 12 и 14 в первом варианте и величиной упругой деформации полых тел качения 15 по другому варианту. Кроме того, величину силы удара можно регулировать и схемой установки шаров 12-14 и 15-16, например, путем установки одного обрезиненного шара 12 через два сплошных шара 14. Аналогично можно регулировать и силу удара во втором варианте. При этом одновременно с изменением силы удара регулируется и частота удара. Использование полых тел качения с радиальными каналами 17 позволяет регулировать степень упругой деформации тел качения 16 в более широких пределах. Выполнение шаров 16 полыми позволяет использовать их как резервуары для смазочного материала 18. При этом благодаря выполнению полых шаров 16 с радиальными каналами 17 смазочный материал 18 небольшими дозами подается в опору долота. Неполное заполнение полости шаров 16 смазочным материалом 18 не препятствует деформации шаров 16 при нанесении по ним удара со стороны корпуса шарошки 2, а, следовательно, и не гасит силу удара.The principle of operation of the bit is as follows. Under the action of axial load and torque, rock cutting elements of cones 2 carry out the destruction of the bottom and calibration of the walls of the well. The destroyed rock is carried out by the flushing fluid pumped through the drill string 4 and flushing plate 5. Moreover, due to the use of a special support, taking into account the transfer of axial load directly through the roller cone body 2, effective rock destruction is ensured by creating shock loads during deformation of the hollow rolling elements 15 made of spring material, or rubberized rolling elements 12. When the cone body 2 is in contact with rubberized 12 or hollow 16 rolling elements, the reaction force on their side neniyu with continuous rolling elements 14 and 15 is much smaller. Due to this, an additional impact of the rock cutting elements of the cone 2 on the bottom occurs, providing their impact-impulsive effect on the rock at each contact of the cone 2 with balls 12 and 16. The impact force is regulated by the difference in diameters 12 and 14 in the first embodiment and the elastic deformation of the hollow rolling elements 15 in another embodiment. In addition, the magnitude of the impact force can also be adjusted by the installation of balls 12-14 and 15-16, for example, by installing one rubberized ball 12 through two continuous balls 14. Similarly, the force of impact in the second embodiment can also be adjusted. In this case, simultaneously with the change in the impact force, the impact frequency is also regulated. The use of hollow rolling elements with radial channels 17 allows you to adjust the degree of elastic deformation of the rolling elements 16 in a wider range. The execution of the balls 16 hollow allows you to use them as reservoirs for the lubricant 18. Moreover, due to the implementation of the hollow balls 16 with radial channels 17, the lubricant 18 is supplied in small doses to the support of the bit. Incomplete filling of the cavity of the balls 16 with lubricant 18 does not prevent the deformation of the balls 16 when striking them from the side of the cone 2, and, therefore, does not dampen the force of the impact.

Таким образом, применение предложенного устройства, благодаря более эффективной схеме разрушения породы, позволяет повысить проходку и скорость бурения, и тем самым снизить себестоимость буровых работ.Thus, the use of the proposed device, due to a more efficient rock destruction scheme, allows to increase penetration and drilling speed, and thereby reduce the cost of drilling.

Claims

1. A device for drilling wells, including a cone bit with a support, an over-bit pipe, a support unloading unit in the form of a flushing plate with an annular protrusion, forming friction pairs together with cone cones, and a cone forced rotation unit installed inside the over-bit pipe and made in the form of an axial turbine, the shaft of which is connected to the washing plate, characterized in that the roller cone support, made in the form of a rolling bearing, is composed of steel balls of different diameters, while part of the ball smaller diameter is provided with a rubber sheath, the outer diameter of which corresponds to the rest position the outer diameter of the rolling bodies of larger diameter.

2. The device for drilling wells according to claim 1, characterized in that the rolling bodies of larger and smaller diameters are installed through one.

3. A device for drilling wells, including a cone bit with a support, an over-bit pipe, a support unloading unit in the form of a washing plate with an annular protrusion, forming friction pairs together with cone cones, and a cone forced rotation unit installed inside the supra-bit pipe and made in the form an axial turbine, the shaft of which is connected to the flushing plate, characterized in that the roller cone support, made in the form of a rolling bearing, is composed of steel balls, some of which are hollow and made ovlena of spring material.

4. The device for drilling wells according to claim 3, characterized in that the hollow rolling elements are made with radial channels and partially filled with lubricant.