RU2389858C1

RU2389858C1 - Rolling drilling bit

Info

Publication number: RU2389858C1
Application number: RU2009113395/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Вячеслав Геннадьевич Смирнов (RU); Вячеслав Геннадьевич Смирнов; Игорь Вячеславович Смирнов (RU); Игорь Вячеславович Смирнов; Вячеслав Андреевич Барашков (RU); Вячеслав Андреевич Барашков
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-05-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: rolling drilling bit includes legs with hollow trunnions on which by means of Y-shaped locking member with flanges and pins on sliding bearing there installed are rolling cutters with rock cutting elements. At that, edges of rolling cutters interact with flanges of locking member, and its pins are arranged in cavity of trunnions. The peculiar feature of bit is that it is equipped with additional rolling cutters with hollow shanks; at that, additional rolling cutters are installed on pins between the main rolling cutters and flanges of locking member, and their shanks are arranged in cavity of trunnions and spring-loaded in axial direction. Equipment of the main and additional rolling cutters is different, and cavity of trunnions is of stepped shape; at that, each spring is installed between projection in cavity of trunnion and edge of shank of additional rolling cutter.

EFFECT: increasing sinking and mechanical drilling speed owing to effective breaking of central part of borehole bottom, and reducing production cost of drilling work.

3 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, which includes paws with trunnions, on which cones are mounted 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 полыми цапфами, на которых посредством Y-образного замкового элемента, выполненного с буртами и пальцами, размещенными в полости цапф, смонтированы армированные породоразрушающими элементами шарошки (см. Травкин В.С. «Породоразрушающий инструмент для вращательного бурения скважин», М., Недра, 1982 г., стр.102, рис.23 б).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone drill bit, including paws with hollow pins, on which reinforced with rock cutting elements of the cone are mounted using Y-shaped locking element made with collars and fingers placed in the cavity of the pins (see Travkin VS “Rock-cutting tool for rotary drilling of wells”, M., Nedra, 1982, p. 102, Fig. 23 b).

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 Y-образного замкового элемента, выполненного с буртами и пальцами, размещенными в полости цапф, смонтированы армированные породоразрушающими элементами шарошки, согласно изобретению, долото снабжено дополнительными шарошками с полыми хвостовиками, при этом дополнительные шарошки установлены на пальцах замкового элемента между его буртами и основными шарошками, а хвостовики их размещены в полости цапф и подпружинены в осевом направлении.The technical task is solved in that in the drill cone bit, including paws with trunnions, on which, with the help of a Y-shaped locking element, made with shoulders and fingers placed in the trunnion cavity, reinforced rock cutting elements of the cone are mounted, according to the invention, the bit is equipped with additional cones with hollow shanks, with additional cones mounted on the fingers of the locking element between its shoulders and the main cones, and their shanks are placed in the cavity of the pins and sub ruzhina in the axial direction.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что:The achievement of the specified technical result also contributes to the fact that:

- породоразрушающие элементы дополнительной шарошки выполнены из материала с большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами основных шарошек;- rock-breaking elements of additional cone are made of material with greater hardness compared to rock-breaking elements of the main cones;

- полость цапф выполнена ступенчатой формы, при этом пружина установлена между уступом в полости цапфы и торцом хвостовика дополнительной шарошки.- the cavity of the trunnions is made in a stepped form, while the spring is installed between the ledge in the cavity of the trunnion and the end of the shank of the additional cone.

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 содержит лапы 1 с полыми цапфами 12, на которых посредством Y-образного замкового элемента 8 на подшипниках скольжения или качения (не показан) установлены основные шарошки 2 и 3 с породоразрушающими элементами 9. Замковый элемент 8 выполнен с буртами 10 и пальцами 6, размещенными в полости цапф 12. Долото снабжено дополнительными шарошками 4 и 5 с хвостовиками 11, размещенными в ступенчатой полости цапф 12 и опирающимися своими торцами на тарельчатые пружины 7, которые в свою очередь опираются на уступ 13 в полости цапфы 12. Дополнительные шарошки 4 и 5 размещены между буртами 10 и торцами основных шарошек 2 и 3 и оснащены породоразрушающими элементами 14, обладающими большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами 9 основных шарошек 2 и 3.The roller cone bit contains paws 1 with hollow pins 12, on which the main cones 2 and 3 with rock cutting elements 9 are installed by means of a Y-shaped locking element 8 on sliding or rolling bearings (not shown) 9. The locking element 8 is made with collars 10 and fingers 6 placed in the cavity of the pins 12. The bit is equipped with additional cones 4 and 5 with shanks 11 located in the stepped cavity of the pins 12 and resting their ends on the disk springs 7, which in turn rely on the ledge 13 in the cavity of the pin 12. To additional cones 4 and 5 are placed between the shoulders 10 and the ends of the main cones 2 and 3 and are equipped with rock cutting elements 14, which have greater hardness compared to the rock cutting elements 9 of the main cones 2 and 3.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 9 и 14 основных 2, 3 и дополнительных 3, 4 шарошек осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом благодаря оснащению долота дополнительными шарошками 4 и 5 происходит эффективное разрушение центральной части забоя, т.к. окружная скорость породоразрушающих элементов 14 на этих шарошках значительно больше, чем у обычных двух и трехшарошечных долот. Эффективному разрушению центральной части забоя способствует также и то, что дополнительные шарошки 4 и 5 установлены с возможностью перемещения вдоль пальцев 6, чему способствуют тарельчатые пружины 7, установленные между торцами хвостовиков 11 и уступом 13 в полости цапфы 12. При таком перемещении эффективно разрушается образующаяся на забое «рейка». Этот эффект усиливается благодаря выполнению породоразрушающих элементов 14 на дополнительных шарошках 4 и 5 с большей твердостью по сравнению с породоразрушающими элементами 9 основных шарошек 2 и 3. Например, в случае выполнения породоразрушающих элементов 9 основных шарошек 2 и 3 из материала ВК-8 дополнительные шарошки 4 и 5 должны оснащаться породоразрушающими элементами 14 из материала типа ВК-6. Это объясняется тем, что породоразрушающие элементы 9 основных шарошек 2 и 3 разрушают породу дроблением и скалыванием, предъявляющим к материалу рабочих элементов 9 высокие требования на изгиб. При этом породоразрушающие элементы 14 дополнительных шарошек 4 и 5 работают при их осевом перемещении под действием реакции сил со стороны забоя и пружин 7, в основном, в режиме резания. В то же время работа дополнительных шарошек 4 и 5 происходит при незначительных ударных нагрузках вследствие их меньшего диаметра по сравнению с основными шарошками 2 и 3. При таком режиме разрушения породы основное требование к породоразрушающим элементам 14 - 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 9 and 14 of the main 2, 3 and additional 3, 4 cones carry out the destruction of the bottom and calibration of the walls of the well. Moreover, due to equipping the bit with additional cones 4 and 5, the central part of the face is effectively destroyed, since The peripheral speed of the rock-cutting elements 14 on these cones is much greater than that of ordinary two and three-cone bits. The effective destruction of the central part of the face also contributes to the fact that the additional cones 4 and 5 are mounted with the possibility of movement along the fingers 6, which is facilitated by the Belleville springs 7 installed between the ends of the shanks 11 and the ledge 13 in the cavity of the axle 12. With this movement, the slaughter "rake". This effect is enhanced by the implementation of the rock cutting elements 14 on additional cones 4 and 5 with greater hardness compared to the rock cutting elements 9 of the main cones 2 and 3. For example, in the case of the execution of the rock cutting elements 9 of the main cones 2 and 3 from VK-8, additional cones 4 and 5 should be equipped with rock cutting elements 14 of material of type VK-6. This is because the rock-destroying elements 9 of the main cones 2 and 3 destroy the rock by crushing and chipping, which imposes high bending requirements on the material of the working elements 9. At the same time, rock-cutting elements 14 of additional cones 4 and 5 work when they are axially displaced by the reaction of forces from the face and springs 7, mainly in the cutting mode. At the same time, the operation of additional cones 4 and 5 occurs with insignificant impact loads due to their smaller diameter compared to the main cones 2 and 3. In this mode of rock destruction, the main requirement for rock cutting elements 14 is their wear resistance, and the VK-6 wear resistance is significantly higher than VK-8, while the bending strength of elements 10 of VK-8 is higher than that of VK-6.

Осевые колебания дополнительной шарошек 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 дополнительные шарошки 3 и 4 с противоположной стороны относительно прижатой шарошки 2 или 3 оказываются свободными и перемещаются под действием пружины 7 вдоль пальца 6 в сторону неприжатой шарошки. В процессе бурения это положение постоянно меняется и дополнительные шарошки 4 и 5 перемещаются 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 wall of the well, as a result of which additional cones 3 and 4 from the opposite side relative to the pressed cone 2 or 3 are free and move under the action of the spring 7 along the finger 6 towards the non-pressed cones. During drilling, this position is constantly changing and additional cones 4 and 5 move from one main cone 2 to another 3 and vice versa.

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

Claims

1. Drill roller bit, including paws with hollow trunnions, on which, with the help of a Y-shaped locking element, made with collars and fingers placed in the trunnion cavity, reinforced rock cutting elements of the roller cutter are mounted, characterized in that the bit is equipped with additional roller cutters with hollow shanks, this additional cones installed on the fingers of the locking element between its shoulders and the main cones, and their shanks are placed in the cavity of the pins and spring-loaded in the axial direction.

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.

3. Drill bit according to claim 1, characterized in that the cavity of the pins is made in a stepped form, with the spring installed between the ledge in the cavity of the pin and the end face of the shank of the additional cone.