RU2445434C1

RU2445434C1 - Drilling bit roller cutter

Info

Publication number: RU2445434C1
Application number: RU2010148330/03A
Authority: RU
Inventors: Родион Михайлович Богомолов (RU); Родион Михайлович Богомолов; Виталий Игоревич Кремлев (RU); Виталий Игоревич Кремлев; Николай Иванович Дедов (RU); Николай Иванович Дедов; Сергей Дмитриевич Шапошников (RU); Сергей Дмитриевич Шапошников; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-03-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: drilling bit roller cutter comprises a body with support surfaces and crowns, the peripheral of which is equipped with hard-alloy inserts with a cylindrical tail and a working head. The working head of the peripheral crown insert is made in the form of a wedge-like prism, between which and the cylindrical tail arranged in parallel to the cutting edge there is at least one groove provided as aligned in parallel to the tail axis. Each peripheral insert at the side of the roller cutter periphery is equipped with a transverse part with ledges on the external surface, the longitudinal axis of which is arranged in the frontal plane parallel or at the angle to the roller cutter radius. Roller cutter crowns are made with longitudinal cylindrical channels communicated with the external surface of the crown with slots that are congruent to the external surface of the inserts.

EFFECT: simplified design and higher efficiency of bit operation and rock breaking.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к конструкции шарошек буровых долот.The invention relates to a rock cutting tool, namely, to the design of cone drill bits.

Известна шарошка бурового долота, включающая венцы, армированные зубьями с площадками притупления на концевых участках, оснащенными твердосплавными вставками (см. авт. св. СССР №1789007, кл. E21B 10/16, 1993 г.).Known cone drill bit, including crowns, reinforced with teeth with a blunt pad at the end sections, equipped with carbide inserts (see ed. St. USSR No. 1789007, CL E21B 10/16, 1993).

К недостаткам этой шарошки следует отнести ограниченную область ее применения, а также и то, что в некоторых случаях концевая армировка зубьев ведет к усложнению конструкции и неоправданному перерасходу дорогостоящего материала. Так, например, армировка зубьев периферийного венца со стороны оси долота ничем не оправдана, т.к. эти участки даже при обычной армировке имеют вооружение, кратно превышающее вооружение венцов основного конуса, которые и выходят первыми из строя.The disadvantages of this cone should be attributed to the limited scope of its application, as well as the fact that in some cases the end reinforcement of the teeth leads to a complication of design and unjustified cost overrun of expensive material. So, for example, the reinforcement of the teeth of the peripheral crown from the side of the axis of the bit is not justified, because these sections, even with conventional reinforcement, have armaments that are several times higher than the armaments of the main cone crowns, which are the first to fail.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является шарошка бурового долота, включающая корпус с опорными поверхностями и венцами, периферийный из которых вооружен твердосплавными вставками с цилиндрическим хвостовиком и рабочей головкой (см. патент РФ №2185490, кл. E21B 10/16, 2002 г.).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is the drill bit cone, which includes a housing with supporting surfaces and crowns, the peripheral of which is armed with carbide inserts with a cylindrical shank and a working head (see RF patent No. 2185490, class E21B 10/16, 2002).

К недостаткам данной шарошки бурового долота следует отнести сравнительно низкую эффективность ее работы и сложность конструкции. Эти недостатки связаны со специальной схемой расположения калибрующих зубков на периферийном венце и неодинаковой нагруженностью венцов.The disadvantages of this cone drill bit should include a relatively low efficiency of its work and the complexity of the design. These disadvantages are associated with a special arrangement of calibrating teeth on the peripheral rim and the uneven loading of the rims.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы долота путем обеспечения равномерной загрузки венцов шарошки по радиусу долота.In connection with the stated technical result of the invention is to simplify the design and increase the efficiency of the bit by ensuring uniform loading of the cones of the roller cutter along the radius of the bit.

Поставленный технический результат достигается тем, что в шарошке бурового долота, включающей корпус с опорными поверхностями и венцами, периферийный из которых вооружен твердосплавными вставками с цилиндрическим хвостовиком и рабочей головкой, согласно изобретению рабочая головка вставки периферийного венца выполнена в виде клиновидной призмы, между которой и цилиндрическим хвостовиком, расположенным параллельно режущей кромке, выполнена, по меньшей мере, одна выемка, ориентированная параллельно оси хвостовика, причем вставка со стороны стенок скважины снабжена поперечной частью с выступами на наружной поверхности, продольная ось которых расположена во фронтальной плоскости параллельно или под углом к радиусу шарошки, при этом периферийный венец шарошки выполнены с продольными цилиндрическими каналами, сообщенными с наружной поверхностью венца пазами, конгруэнтными наружной поверхности вставок.The technical result is achieved in that in the cone of the drill bit, comprising a housing with supporting surfaces and crowns, the peripheral of which is armed with carbide inserts with a cylindrical shank and a working head, according to the invention, the working head of the peripheral crown insert is made in the form of a wedge-shaped prism between which and a cylindrical a shank parallel to the cutting edge has at least one recess oriented parallel to the axis of the shank, the insert with the torons of the walls of the well are provided with a transverse part with protrusions on the outer surface, the longitudinal axis of which is located in the frontal plane parallel to or at an angle to the radius of the cone, while the peripheral crown of the cone is made with longitudinal cylindrical channels communicated with the outer surface of the crown with grooves congruent to the outer surface of the inserts.

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

- твердосплавные вставки выполнены с конусообразным участком, расположенным между ее поперечной и продольной частями;- carbide inserts are made with a cone-shaped section located between its transverse and longitudinal parts;

- выступы на наружной поверхности вставки в поперечном сечении имеют клиновидную, или трапецеидальную, или прямоугольную, или полусферическую форму.- the protrusions on the outer surface of the insert in cross section have a wedge-shaped, or trapezoidal, or rectangular, or hemispherical shape.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен фрагмент шарошки в продольном разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на 3 вид Б на фиг.1.The invention is illustrated by the drawing, in which Fig. 1 shows a fragment of a cone in longitudinal section, in Fig. 2 - section A-A in Fig. 1, in 3 view B in Fig. 1.

Шарошка бурового долота содержит корпус 1 с опорными элементами 2 в виде подшипников и венцами 3, оснащенными износостойкими породоразрушающими вставками 4 с цилиндрическим хвостовиком 5 и рабочей головкой 6. Рабочая головка 6 периферийного венца 3 выполнена в виде клиновидной призмы и расположена параллельно оси цилиндрического хвостовика 5. При этом, по меньшей мере, с одной стороны породоразрушающей вставки 4 выполнена выемка 7, ориентированная параллельно оси цилиндрической поверхности хвостовика 5. Предпочтительно использование вставок 4 с двухсторонним расположением выемок 7, что гарантирует симметричную нагрузку на узел соединения вставок 4 с корпусом 1. Bce периферийные вставки 4 со стороны стенок скважины снабжены поперечной частью 8 с выступами 9 на наружной поверхности. Продольная ось выступов 9 расположена во фронтальной плоскости параллельно или под углом α к радиусу шарошки, при этом периферийные венцы 3 шарошки выполнены с продольными цилиндрическими каналами 10, сообщенными с наружной поверхностью венца 3 пазами 11. Каналы 10 и пазы 11 в корпусе 1 шарошки имеют форму, конгруэнтную наружной поверхности вставок 4. Твердосплавные вставки 4 выполнены с конусообразным участком 12, расположенным между ее поперечной 8 и продольной частями. Выступы 9 на торцевой поверхности вставки 4 в поперечном сечении могут иметь клиновидную, трапецеидальную, прямоугольную, полусферическую или другую форму. Угол наклона - α выступов 9 и форму их поперечного сечения выбирают в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород. При бурении по твердым и абразивным породам предпочтительно использовать выступы 9 с прямоугольным и трапецеидальным поперечным сечением, а при бурении по пластичным породам - выступы 9 с треугольным и полусферическим сечением.The cutter of the drill bit contains a housing 1 with supporting elements 2 in the form of bearings and crowns 3, equipped with wear-resistant rock cutting inserts 4 with a cylindrical shank 5 and a working head 6. The working head 6 of the peripheral crown 3 is made in the form of a wedge-shaped prism and is parallel to the axis of the cylindrical shank 5. Moreover, at least on one side of the rock cutting insert 4 there is a recess 7 oriented parallel to the axis of the cylindrical surface of the shank 5. It is preferable to use a insert 4 for double-sided arrangement of the recesses 7, which guarantees a symmetrical load on the connection node 4 inserts the housing 1. Bce peripheral insert 4 from the borehole wall provided with the transverse part 8 with projections 9 on the external surface. The longitudinal axis of the protrusions 9 is located in the frontal plane parallel to or at an angle α to the radius of the cone, while the peripheral crowns 3 of the cone are made with longitudinal cylindrical channels 10 communicated with the outer surface of the crown 3 grooves 11. Channels 10 and grooves 11 in the cone body 1 are shaped congruent to the outer surface of the inserts 4. Carbide inserts 4 are made with a conical section 12 located between its transverse 8 and the longitudinal parts. The protrusions 9 on the end surface of the insert 4 in cross section may have a wedge-shaped, trapezoidal, rectangular, hemispherical or other shape. The inclination angle α of the protrusions 9 and the shape of their cross section are selected depending on the physicomechanical properties of the drilled rocks. When drilling on hard and abrasive rocks, it is preferable to use protrusions 9 with a rectangular and trapezoidal cross-section, and when drilling on plastic rocks - protrusions 9 with a triangular and hemispherical section.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 4 венцов 3 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При этом благодаря выполнению рабочей головки 6 периферийного венца 3 в виде клиновидной призмы и расположению ее параллельно оси цилиндрического хвостовика 5 обеспечивается полное перекрытие периферийной части забоя лезвием периферийной вставки 4 шарошки, что значительно упрощает конструкцию шарошки, технологию изготовления и армировки ее по сравнению с использованием многорядного вооружения для периферийных венцов. Предложенная схема расположения хвостовика 5 гарантирует надежное соединение вставок 4 с корпусом 1 даже при наличии значительных ударно-вибрационных нагрузок, что исключает выпадение вставок 4 и тем самым повышает технико-экономические показатели долота в целом. Наличие поперечной части 8 позволяет увеличить калибрующую способность шарошек, что имеет особое значение при бурении по твердым и абразивным породам. Этому же способствует и выполнение поперечной части 8 вставки 4 с выступами 9, наклонное расположение которых при наличии большого количества шлама позволяет улучшить эффективность удалять его с забоя скважины. Выполнение вставки 4 с коническим участком 12 позволяет исключить скол поперечной части 8 под действием радиальных нагрузок, направленных со стороны стенок скважины в сторону центра, т.к. при указанном варианте выполнения большая часть радиальной нагрузки воспринимается именно конусообразным участком 12.The principle of operation of the device is as follows. Under the action of axial load and torque, rock-cutting elements 4 of the crowns 3 carry out the destruction of the bottom and calibration of the walls of the well. Moreover, due to the implementation of the working head 6 of the peripheral crown 3 in the form of a wedge-shaped prism and its location parallel to the axis of the cylindrical shank 5, the peripheral part of the face is completely overlapped by the blade of the peripheral insert 4 of the cone, which greatly simplifies the design of the cone, its manufacturing and reinforcement technology compared to multi-row weapons for peripheral crowns. The proposed arrangement of the shank 5 guarantees a reliable connection of the inserts 4 with the housing 1 even in the presence of significant shock-vibration loads, which eliminates the loss of the inserts 4 and thereby increases the technical and economic performance of the bit as a whole. The presence of the transverse part 8 allows you to increase the calibrating ability of the cones, which is of particular importance when drilling on hard and abrasive rocks. The same contributes to the implementation of the transverse part 8 of the insert 4 with the protrusions 9, the inclined location of which in the presence of a large amount of sludge can improve the efficiency of removing it from the bottom of the well. The implementation of the insert 4 with a tapered section 12 eliminates the cleavage of the transverse part 8 under the action of radial loads directed from the side of the walls of the well towards the center, because with this embodiment, most of the radial load is perceived precisely by the cone-shaped section 12.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что применение долот с предложенной конструкцией шарошки позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ и тем самым снизить их себестоимость.The above allows us to conclude that the use of bits with the proposed design of the cone allows you to increase the technical and economic performance of drilling operations and thereby reduce their cost.

Claims

1. The cone of the drill bit, comprising a housing with supporting surfaces and crowns, the peripheral of which is armed with carbide inserts with a cylindrical shank and a working head, characterized in that the working head of the peripheral crown insert is made in the form of a wedge-shaped prism between which and a cylindrical shank located in parallel the cutting edge, at least one recess is made, oriented parallel to the axis of the liner, and the insert on the side of the walls of the well is provided with a transverse part with a protrusion ups on the outer surface, the longitudinal axis of which is located in the frontal plane parallel to or at an angle to the radius of the cone, while the peripheral crown of the cone is made with longitudinal cylindrical channels communicated with the outer surface of the crown with grooves congruent to the outer surface of the inserts.

2. The cutter of the drill bit according to claim 1, characterized in that the carbide inserts are made with a conical section located between its transverse and longitudinal parts.

3. The cutter of the drill bit according to claim 1, characterized in that the protrusions on the outer surface of the insert in cross section have a wedge-shaped, or trapezoidal, or rectangular, or hemispherical shape.