RU2385405C1

RU2385405C1 - Rolling drilling bit

Info

Publication number: RU2385405C1
Application number: RU2009106747/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Виталий Игоревич Кремилев (RU); Виталий Игоревич Кремилев; Игорь Вячеславович Смирнов (RU); Игорь Вячеславович Смирнов; Вячеслав Геннадьевич Смирнов (RU); Вячеслав Геннадьевич Смирнов
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-03-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: rolling drilling bit includes legs with trunnions on which by means of a locking device on sliding bearing there installed are rolling cutters with rock cutting elements. Bit is equipped with an additional rolling cutter installed on locking device made in the form of an axis, the end sections of which are fixed in grooves made on opposite edges of trunnions of legs; at that, between edges of the additional rolling cutter and edges of trunnions there arranged are springs, and additional rolling cutter is installed with possibility of being moved along the axis. At that, rock cutting elements of the additional rolling cutter are made from material with larger hardness in comparison to rock cutting elements of the main rolling cutters.

EFFECT: increasing the drilled distance and mechanical drilling speed owing to decrease of power consumption required for breaking the central part of mine face.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, преимущественно малого диаметра.The invention relates to a rock cutting tool, namely to cone drill bits, mainly of small diameter.

Известно буровое шарошечное долото, включающее лапы с цапфами, на которых с возможностью ограниченного перемещения вдоль цапф установлены шарошки (см. авт. св. СССР №739210, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).A cone drill bit is known, including paws with trunnions, on which cones are installed with limited movement along the trunnions (see ed. St. USSR No. 739210, class E21B 10/22, 1980).

Недостатком этого долота является возможность перемещения шарошек вдоль цапфы только по мере износа упорного подшипника, выполненного из материала с меньшей износостойкостью, чем материал шарошки и лап. Это ведет к тому, что в начальный период работы долота процесс разрушения породы осуществляется со значительной энергоемкостью. Другим недостатком известного долота является то, что центральная часть забоя практически не перекрывается породоразрушающими элементами. Это особенно сильно сказывается при бурении по твердым и крепким породам и ведет к образованию так называемой «сахарной головки», резко снижающей как проходку, так и скорость бурения.The disadvantage of this bit is the ability to move the cone along the journal only as the thrust bearing is made of material with less wear resistance than the material of the cone and paws. This leads to the fact that in the initial period of operation of the bit, the process of rock destruction is carried out with significant energy intensity. Another disadvantage of the known bit is that the central part of the face is practically not blocked by rock-cutting elements. This is especially true for hard and hard rock drilling and leads to the formation of the so-called “sugar head”, which drastically reduces both penetration and drilling speed.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с цапфами, на которых посредством замкового устройства на подшипниках скольжения установлены шарошки с породоразрушающими элементами (см. Травкин В.С. Породоразрушающий инструмент для вращательного бурения скважин. М.: Недра, 1982 г., стр.102, рис.23б).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone drill bit, including paws with pins, on which cones with rock cutting elements are mounted on slide bearings (see Travkin V.S. Rock-cutting tool for rotary drilling of wells. M. : Nedra, 1982, p. 102, fig. 23b).

К недостаткам данного долота относится отсутствие возможности перемещения шарошек вдоль цапфы и низкая эффективность разрушения породы, особенно в центральной части забоя. Это ведет к уменьшению как проходки, так и скорости бурения при одновременном росте энергоемкости процесса разрушения породы.The disadvantages of this bit include the lack of the ability to move cones along the trunnion and the low efficiency of rock destruction, especially in the central part of the face. This leads to a decrease in both penetration and drilling speed while increasing the energy intensity of the rock destruction process.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является повышение эффективности работы долота за счет более эффективного разрушения центральной части забоя.In connection with the stated technical objective of the invention is to increase the efficiency of the bit due to more efficient destruction of the Central part of the face.

Поставленная техническая задача решается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с цапфами, на которых посредством замкового устройства на подшипниках скольжения установлены основные шарошки с породоразрушающими элементами, согласно изобретению долото снабжено дополнительной шарошкой, установленной на замковом устройстве, выполненном в виде оси, концевые участки которой закреплены в выемках, выполненных на оппозитно расположенных торцах цапф лап, при этом между дополнительной шарошкой и торцами цапф размещены пружины, а дополнительная и основные шарошки установлены с возможностью перемещения соответственно вдоль оси и цапф.The stated technical problem is solved in that in the drilling cone bit, including paws with pins, on which the main cones with rock cutting elements are installed by means of a locking device on sliding bearings, according to the invention, the bit is equipped with an additional cone mounted on the locking device, made in the form of an axis, end sections of which are fixed in recesses made on the opposite ends of the paw pins, with springs placed between the additional cone and the ends of the pins, and additional and main cones are installed with the possibility of movement along the axis and pins, respectively.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что породоразрушающие элементы дополнительной шарошки выполнены из материала с большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами основных шарошек.The achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the rock cutting elements of the additional cone are made of material with greater hardness compared to the rock breaking elements of the main cones.

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

Буровое шарошечное долото включает лапы 1 с цапфами 8, на которых посредством замкового устройства на подшипниках скольжения 9 установлены основные шарошки 2 и 3 с породоразрушающими элементами 10. Основные шарошки 2 и 3 зафиксированы замковым устройством, выполненным в виде оси 5, концевые участки которой закреплены в выемках 7, выполненных на оппозитно расположенных торцах цапф 8 лап 1. На оси 5 расположена дополнительная шарошка 4, при этом между торцами дополнительной шарошки 4 и торцами цапф 8 размещены тарельчатые пружины 6, а дополнительная шарошка 4 и основные шарошки 2 и 3 установлены с возможностью перемещения вдоль оси 5 и цапф 8. Тарельчатые пружины 6 установлены с обеих сторон дополнительной шарошки 4, оснащенной, как и основные шарошки 2 и 3, породоразрушающими элементами 10, обладающими большей твердостью по сравнению породоразрушающими элементами 10 основных шарошек 2 и 3.The roller cone bit includes paws 1 with pins 8, on which the main cones 2 and 3 with rock cutting elements 10 are installed by means of the locking device on the sliding bearings 9. The main cones 2 and 3 are fixed with a locking device made in the form of an axis 5, the end sections of which are fixed in recesses 7 made on the opposite ends of the trunnions 8 of the legs 1. On the axis 5 is an additional cone 4, while between the ends of the additional cones 4 and the ends of the trunnions 8 are Belleville springs 6, and an additional cone 4 and the main cones 2 and 3 are mounted with the possibility of movement along the axis 5 and trunnions 8. Belleville springs 6 are installed on both sides of the additional cone 4, equipped, like the main cones 2 and 3, with rock-cutting elements 10, which have greater hardness compared to rock-breaking elements 10 of the main cones 2 and 3.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 10 основных и дополнительной шарошек 2, 3 и 4 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом благодаря размещению между вершинами основных шарошек 2 и 3 дополнительной шарошки 4 происходит эффективное разрушение центральной части забоя, т.к. окружная скорость породоразрушающих элементов 10 на этой шарошке значительно больше, чем у обычных двух- и трехшарошечных долот. Эффективному разрушению центральной части забоя способствует также и то, что дополнительная шарошка 4 установлена с возможностью перемещения вдоль оси 5, чему способствуют тарельчатые пружины 6, установленные с обеих сторон шарошки 4. При таком перемещении эффективно разрушается образующаяся на забое «рейка». Этот эффект усиливается благодаря выполнению породоразрушающих элементов 10 на дополнительной шарошке 4 с большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами 10 основных шарошек 2 и 3. Например, в случае выполнения породоразрушающих элементов 10 основных шарошек 2 и 3 из материала ВК-8 дополнительная шарошка 4 должна оснащаться породоразрушающими элементами 10 из материала ВК-6. Это объясняется тем, что породоразрушающие элементы 10 основных шарошек 2 и 3 разрушают породу дроблением и скалыванием, предъявляющим к материалу рабочих элементов 10 высокие требования по изгибающим нагрузкам. В то же время породоразрушающие элементы 10 дополнительной шарошки 4 работают при осевом перемещении шарошки 4 под действием реакции сил со стороны стенок скважины и пружин 6 в основном в режиме резания и при незначительных ударных нагрузках вследствие меньшего диаметра шарошки 4 по сравнению с шарошками 2 и 3. При таком режиме разрушения породы основное требование к породоразрушающим элементам 10 - это их износостойкость, а износостойкость ВК-6 значительно выше, чем у ВК-8, в то время как прочность на изгиб у элементов 10 из ВК-8 выше, чем у ВК-6.The principle of operation of the bit is as follows. Under the action of axial load and torque, rock-cutting elements 10 of the main and additional cones 2, 3 and 4 carry out the destruction of the bottom and calibration of the walls of the well. Moreover, due to the placement between the tops of the main cones 2 and 3 of the additional cone 4, the central part of the face is effectively destroyed, since the peripheral speed of the rock-cutting elements 10 at this cone is much greater than that of conventional two- and three-cone bits. The effective destruction of the central part of the face also contributes to the fact that the additional cone 4 is mounted with the possibility of movement along the axis 5, which is facilitated by the disk springs 6 mounted on both sides of the cone 4. With this movement, the “lath” formed on the bottom is effectively destroyed. This effect is enhanced by the implementation of the rock cutting elements 10 on the additional cone 4 with greater hardness compared to the rock cutting elements 10 of the main cones 2 and 3. For example, if the rock cutting elements 10 of the main cones 2 and 3 are made of VK-8 material, the additional cone 4 should be equipped rock cutting elements 10 of material VK-6. This is because the rock-destroying elements 10 of the main cones 2 and 3 destroy the rock by crushing and chipping, imposing high demands on bending loads on the material of the working elements 10. At the same time, the rock cutting elements 10 of the additional cone 4 work when the cone 4 is axially displaced by the reaction of forces from the side of the well walls and springs 6 mainly in the cutting mode and with small impact loads due to the smaller diameter of the cone 4 compared to cones 2 and 3. In this mode of rock destruction, the main requirement for rock-breaking elements 10 is their wear resistance, and the VK-6 wear resistance is much higher than that of VK-8, while the bending strength of elements 10 of VK-8 is higher than that of VK- 6.

Осевые колебания дополнительной шарошки 4 связаны с тем, что ось долота не совпадает с осью скважины. Из-за этого то одна, то другая основная шарошка 2 или 3 постоянно прижимаются к стенке скважины, вследствие чего дополнительная шарошка 4 с противоположной стороны относительно прижатой шарошки 2 или 3 оказывается свободной и перемещается под действием пружины 6 вдоль оси 5 в сторону неприжатой шарошки. В процессе бурения это положение постоянно меняется, и дополнительная шарошка 4 перемещается от одной основной шарошки 2 к другой 3 и наоборот.The axial vibrations of the additional cone 4 are due to the fact that the axis of the bit does not coincide with the axis of the well. Because of this, one or the other main cone 2 or 3 is constantly pressed against the well wall, as a result of which the additional cone 4 from the opposite side relative to the pressed cone 2 or 3 is free and moves under the action of the spring 6 along axis 5 towards the unpressed cone. In the process of drilling this position is constantly changing, and the additional cone 4 moves from one main cone 2 to another 3 and vice versa.

Таким образом, применение предложенного долота позволяет повысить проходку и скорость бурения благодаря снижению энергоемкости процесса разрушения центральной части забоя и тем самым снизить себестоимость буровых работ.Thus, the use of the proposed bit allows you to increase the penetration and drilling speed by reducing the energy intensity of the destruction process of the Central part of the face and thereby reduce the cost of drilling.

Claims

1. Drill roller bit, including paws with trunnions, on which the main cones with rock cutting elements are installed by means of a locking device on sliding bearings, characterized in that the bit is equipped with an additional roller cone mounted on a locking device made in the form of an axis, the end sections of which are fixed in recesses made from the opposite ends of the paw pins, while springs are placed between the ends of the additional cone and the ends of the pins, and the additional and main cones are installed veins with the ability to move, respectively, along the axis and pins.

2. Drill bit according to claim 1, characterized in that the rock cutting elements of the additional cone are made of material with a higher hardness compared to the rock cutting elements of the main cones.