RU2394145C1

RU2394145C1 - Drilling cone bit with central flush

Info

Publication number: RU2394145C1
Application number: RU2009124060/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Сериков (RU); Дмитрий Юрьевич Сериков; Виталий Анатольевич Ясашин (RU); Виталий Анатольевич Ясашин; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Дмитрий Юрьевич Сериков
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-07-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: drilling cone bit with central flush consists of bit legs with tilt journals parallel set off relative to axis of cone bit and of conic roller cutters with cast or milled teeth installed in journals by means of clutch bearings. The distinction of this cone bit is periphery rolling cutter teeth rows of all cutters with oblique teeth of right hand rise of screw line generatrix of blunting platform, when the cone bit rotates clockwise at drilling, and left hand rise, when the cone bit rotates counter clockwise. Also oblique teeth are of asymmetrical wedge shape; additionally, angle of tilt of a leading facet of the oblique tooth to the tooth blunting platform is bigger, than that of the trailing facet; and angle of tilt of cutting edges of oblique teeth to cutter generatrix is 10-30°.

EFFECT: increased efficiency of cone bit operation due to reduced power consumption at rock cutting and facilitating removal of rock from bottom of borehole due to optimal design of teeth arrangement in cutter peripheral part.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам для разрушения мягких пород и пород средней твердости, преимущественно пластичных.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to cone drill bits for breaking soft rocks and rocks of medium hardness, mainly plastic.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус и конусные шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, у которых оси симметрии рабочих кромок совпадают с диаметральной плоскостью шарошек и пресекаются с осью шарошки в ее вершине (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота, М.: Недра, 1965 г., с.86, рис.97).A three-cone drill bit is known, including a body and conical cones with cast or milled teeth, in which the axis of symmetry of the working edges coincide with the diametrical plane of the cones and intersect with the cone axis at its apex (see Paliy P.A. and Korneev K.E. chisels, M .: Nedra, 1965, p. 86, fig. 97).

Недостатком этого долота является невысокая производительность его работы из-за низкой эффективности разрушения породы, особенно в центральной части забоя.The disadvantage of this bit is the low productivity of its work due to the low efficiency of rock destruction, especially in the central part of the face.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото с центральной промывкой, включающее лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с литыми или фрезерованными зубьями (см. Палий П.А. и Корнеев К.Е. Буровые долота, М.: Недра, 1971 г., с.183, рис.У1.45).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone drill bit with a central flushing, including paws with inclined trunnions parallel offset in plan relative to the axis of the bit, and conical cones mounted on them by means of a lock bearing with cast or milled teeth (see Paliy P.A. and Korneev K.E. Drill bits, M .: Nedra, 1971, p. 183, fig. U1.45).

Данное долото благодаря параллельному смещению осей шарошек своим вооружением создает «эффект проскальзывания» зубчатого вооружения в момент воздействия на породу и тем самым обеспечивает более эффективное разрушение забоя.This bit due to the parallel displacement of the axes of the cone with its weapons creates a “slippage effect” of the gear at the moment of impact on the rock and thereby provides a more effective destruction of the face.

К недостаткам данного долота следует отнести сравнительно высокую вероятность образования рейки на забое скважины при бурении пород средней твердости и залипание вооружения в мягких вязких породах, а также значительную энергоемкость процесса удаления породы в затрубное пространство, что связано с нерациональной схемой расположения зубьев на шарошках.The disadvantages of this bit include the relatively high likelihood of a lath formation at the bottom of the well when drilling medium hard rocks and sticking of weapons in soft viscous rocks, as well as the significant energy intensity of the process of removing the rock in the annulus, which is associated with an irrational arrangement of the teeth on the cutters.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет снижения энергоемкости процесса разрушения породы и облегчения удаления ее с забоя скважины путем оптимизации схемы расположения зубьев периферийной части шарошек.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the bit by reducing the energy consumption of the process of destruction of the rock and facilitate its removal from the bottom of the well by optimizing the arrangement of the teeth of the peripheral part of the cone.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, параллельно смещенными в плане относительно оси долота, и установленные на них посредством замкового подшипника конические шарошки с литыми или фрезерованными зубьями, согласно изобретению у всех шарошек периферийные венцы выполнены с косыми зубьями, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении долота против часовой стрелки, причем косые зубья имеют асимметричную клиновидную форму, при этом угол наклона набегающей грани косого зуба к плоскости забоя больше, чем у сбегающей грани.The technical result is achieved by the fact that in the cone drill bit, which includes paws with inclined pins parallel offset in plan relative to the axis of the bit, and conical cones with cast or milled teeth mounted on them by means of a lock bearing, according to the invention, all cones have peripheral crowns with oblique teeth having the right direction of elevation of the generatrix of the blunting pad helix when drilling by turning the bit clockwise and the left when the rotation of the bit counterclockwise, and the oblique teeth have an asymmetric wedge-shaped shape, while the angle of inclination of the running face of the oblique tooth to the face plane is greater than that of the running face.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона режущих кромок косых зубьев к образующей шарошки составляет 10-30°.The achievement of the technical result also contributes to the fact that the angle of inclination of the cutting edges of the oblique teeth to the forming cone is 10-30 °.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - общий вид долота; фиг.2 - схема шарошечного долота с косозубым вооружением; фиг.3 - поперечный разрез ассиметричного зуба шарошки с косозубым вооружением.The invention is illustrated by drawings, on which are presented: figure 1 - General view of the bit; figure 2 is a diagram of a cone bit with helical arms; figure 3 is a transverse section of an asymmetric cone tooth with helical arms.

Буровое шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонными цапфами 2, параллельно смещенными относительно оси долота на величину ε, определяемую в зависимости от типа и размера бурового долота. На цапфах 2 посредством подшипников 3, один из которых замковый, установлены конические шарошки 4 с литыми или фрезерованными зубьями. У всех шарошек 4 периферийные венцы 5 выполнены с косыми зубьями 6, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении долота против часовой стрелки. При этом угол наклона α передней (набегающей) грани 7 косого зуба 6 к площадке притупления 10 больше, чем угол β у задней (сбегающей) грани 8 того же зуба 6. Угол наклона режущих кромок косых зубьев 6 к образующей шарошки составляет 10-30°. Причем большее значение угла наклона соответствует более мягким породам. Для очистки забоя и удаления разрушенной породы долото снабжено центральной промывочной системой, например, в виде твердосплавного сопла 9 с боковыми прорезями, ориентированными в межшарошечное пространство. Возможен вариант оснащения долота комбинированной системой промывки, когда вместе с центральным соплом 9 используются также и боковые гидромониторные насадки. Однако при этом основной поток промывочной жидкости должен проходить через центральную часть долота. Центральное сопло 9 может быть закреплено в полости корпуса 1 как посредством промежуточной втулки, так и непосредственно в канале.The cone drill bit comprises a housing 1 with inclined pins 2 parallel offset from the axis of the bit by a value of ε, determined depending on the type and size of the drill bit. On the pins 2 by means of bearings 3, one of which is locking, conical cones 4 with cast or milled teeth are installed. In all cones 4, the peripheral crowns 5 are made with oblique teeth 6 having the right direction of elevation of the generatrix of the blunting pad during drilling by turning the bit clockwise and left - when rotating the bit counterclockwise. In this case, the angle of inclination α of the front (running) face 7 of the oblique tooth 6 to the blunt pad 10 is larger than the angle β at the rear (running) face 8 of the same tooth 6. The angle of inclination of the cutting edges of the oblique teeth 6 to the forming roller is 10-30 ° . Moreover, a larger value of the angle of inclination corresponds to softer rocks. To clean the bottom and remove the destroyed rock, the bit is equipped with a central flushing system, for example, in the form of a carbide nozzle 9 with side slots oriented in the inter-cone space. It is possible to equip the bit with a combined flushing system, when side hydromonitor nozzles are also used with the central nozzle 9. However, the main flow of flushing fluid must pass through the central part of the bit. The central nozzle 9 can be fixed in the cavity of the housing 1 both by means of an intermediate sleeve, and directly in the channel.

Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 4 перекатываются по поверхности забоя с небольшим проскальзыванием и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота с параллельно смещенными в плане шарошками 4 способствует повышению эффективности разрушения горных пород, особенно пластичных. Разрушенная порода, благодаря выполнению периферийных венцов 5 с косыми зубьями 6, имеющими правое направление подъема образующей винтовой линии площадки притупления при осуществлении бурения путем вращения долота по часовой стрелке и левое - при вращении против часовой стрелки, эвакуируется за счет «грейдерного эффекта» в сторону стенок скважины и не попадает под зубья венцов основного конуса, что повышает эффективность очистки забоя. Этому способствует и то, что основной поток промывочной жидкости из центрального сопла 9 направляет шлам в сторону стенок скважины, а также выбор угла наклона режущих кромок косых зубьев 6 к образующей шарошки 4 в пределах 10-30°. Указанный угол является оптимальным для эффективного удаления образующегося шлама при бурении по мягким и средней твердости породам. Помимо этого, улучшению разрушения породы и очистки забоя от шлама способствует выполнение угла наклона α передней (набегающей) грани 7 косого зуба 6 к площадке притупления 10 зуба больше, чем угол β у задней (сбегающей) грани 8. Это объясняется тем, что при таком выполнении косых зубьев 6 увеличивается передний угол резания набегающей грани 7 в момент ее соприкосновения с забоем, увеличивая тем самым агрессивность вооружения, а также снижается эффект блокирование породы в зоне ее разрушения в межзубном пространстве и разрушенная порода не прижимается к поверхности забоя, а свободно удаляется в затрубное пространство. При бурении по породам, содержащим абразивные частицы, такое выполнение зубьев позволяет увеличить и срок их службы, благодаря меньшему износу промывочной жидкостью.The principle of operation of the drill bit is as follows. When the bit is rotated, cones 4 roll over the surface of the face with little slippage and destroy the rock under the influence of axial load and torque. The implementation of the bit with parallel cones shifted in plan 4 contributes to the efficiency of destruction of rocks, especially ductile. The destroyed rock, due to the peripheral crowns 5 with oblique teeth 6 having the right direction of elevation of the generatrix of the blunting pad during drilling by turning the bit clockwise and the left when turning counterclockwise, is evacuated due to the "grader effect" towards the walls wells and does not fall under the teeth of the crowns of the main cone, which increases the efficiency of cleaning the face. This is facilitated by the fact that the main flow of the flushing fluid from the central nozzle 9 directs the slurry towards the side of the well walls, as well as the choice of the angle of inclination of the cutting edges of the oblique teeth 6 to the forming cone 4 within 10-30 °. The specified angle is optimal for the effective removal of the resulting cuttings during drilling on soft and medium hard rocks. In addition, improving the destruction of the rock and cleaning the bottom of the sludge contributes to the implementation of the angle of inclination α of the front (running) face 7 of the oblique tooth 6 to the site of blunting 10 of the tooth is larger than the angle β at the back (running) face 8. This is because When making oblique teeth 6, the front cutting angle of the running face 7 increases at the moment of its contact with the face, thereby increasing the aggressiveness of the weaponry, and the effect of blocking the rock in the zone of its destruction in the interdental space and the destroyed rock are not reduced pressed to the surface of the face, and freely removed into the annulus. When drilling on rocks containing abrasive particles, this design of the teeth allows to increase their service life, due to less wear and tear with the flushing fluid.

Таким образом, применение предложенного долота благодаря оптимальной схеме вооружения периферийной части шарошек при совместном использовании ее с центральной или комбинированной промывкой позволит повысить проходку и механическую скорость бурения и тем самым снизить себестоимость буровых работ.Thus, the use of the proposed bit due to the optimal armament scheme of the peripheral part of the roller cutters when used together with a central or combined flushing will increase the penetration and mechanical drilling speed and thereby reduce the cost of drilling.

Claims

1. A conical drill bit with a central flushing, including paws with inclined pins parallel to the plane offset from the axis of the bit, and conical cones with cast or milled teeth mounted on them by means of a locking bearing, characterized in that the peripheral crowns are oblique for all cones teeth having the right direction of elevation of the generatrix of the blunting pad during drilling by turning the bit clockwise and the left when rotating the bit counterclockwise trills, and the oblique teeth have an asymmetric wedge-shaped shape, while the angle of inclination of the running face of the oblique tooth to the site of blunting the tooth is greater than that of the running face.

2. Drill roller bit with central flushing, characterized in that the angle of inclination of the cutting edges of the oblique teeth to the forming cone is 10-30 °.