RU2452841C1

RU2452841C1 - Drilling bit

Info

Publication number: RU2452841C1
Application number: RU2011105447/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Владимир Федорович Сорокин (RU); Владимир Федорович Сорокин; Валентин Григорьевич Шлапак (RU); Валентин Григорьевич Шлапак; Владислав Викторович Парамонов (RU); Владислав Викторович Парамонов; Станислав Иванович Белогай (RU); Станислав Иванович Белогай
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-06-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: proposed drilling bit includes housing with flushing ports and cutters with vertical rotation axes. Peripheral part of cutters is equipped with elongated rock-destructing elements and safety devices movable in axial direction and made in the form of a cylinder with shaped shank and longitudinal slots for rock-destructing elements rigidly attached to cutters. Each rock-destructing elements is provided with a shell with longitudinal slot for leading edge of rock-destructing element rigidly attached to shell; at that, shell is made from material with lower hardness and higher ultimate bending strength in comparison to the material. Also, bit is equipped with calibration elements in the form of discs rotating about vertical axis and fixed in slots on outer surface of cutter housing.

EFFECT: improving mining operations.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту шарошечного типа.The invention relates to rock cutting tool cone type.

Известно буровое долото, содержащее корпус с присоединительной резьбой, промывочными каналами и лопастями, армированными породоразрушающими элементами (см. Масленников И.К. и Матвеев Г.И. Инструмент для бурения скважин. М.: Недра, 1981, стр.206-207).Known drill bit containing a housing with connecting thread, flushing channels and blades reinforced with rock cutting elements (see Maslennikov I.K. and Matveev G.I. Tool for drilling wells. M .: Nedra, 1981, pp. 206-207) .

К недостаткам данного долота, как и всех долот режущего типа, следует отнести малую вооруженность по сравнению с шарошечными долотами, что снижает проходку на долото особенно при бурении по перемежающимся по твердости породам.The disadvantages of this bit, as well as all bits of the cutting type, are low armament in comparison with roller cone bits, which reduces penetration on the bit, especially when drilling over rocks alternating in hardness.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является буровое долото, содержащее корпус с промывочными каналами и шарошками с вертикальными осями вращения, оснащенными по периферии удлиненными породоразрушающими элементами и подвижными в осевом направлении предохранительными приспособлениями для них, выполненными в виде цилиндра с фигурным хвостовиком и продольными пазами под породоразрушающие элементы, жестко соединенные с шарошками (см. авт. свид. СССР №478930, кл. Е21В 10/08, 1975).The closest in technical essence and the achieved result is a drill bit containing a body with flushing channels and cones with vertical axes of rotation, equipped along the periphery with elongated rock cutting elements and axially movable safety devices for them, made in the form of a cylinder with a figured shank and longitudinal grooves under rock-destroying elements rigidly connected to cones (see ed. certificate of the USSR No. 478930, class. ЕВВ 10/08, 1975).

В данном долоте устранены основные недостатки аналога. Однако оно также не лишено недостатков. К ним следует отнести высокую вероятность выхода из строя удлиненных породоразрушающих элементов, причем эта вероятность увеличивается с увеличением их длины. Это связано со значительными радиальными усилиями, действующими на породоразрушающие элементы со стороны стенок скважины. Другим недостатком долота является слабая калибрующая способность особенно при использовании призматических породоразрушающих элементов, ориентированных острой кромкой в сторону периферии шарошек. При бурении по перемежающимся породам острые кромки породоразрушающих элементов быстро изнашиваются, что ведет к законушению скважины и резкому падению как скорости бурения, так и проходки. Все это отрицательно сказывается на технико-экономических показателях работы долота.In this bit, the main disadvantages of the analog are eliminated. However, it is also not without flaws. These include the high probability of failure of elongated rock-destroying elements, and this probability increases with an increase in their length. This is due to significant radial forces acting on the rock-cutting elements from the side of the well walls. Another disadvantage of the bit is its weak gauge ability, especially when using prismatic rock cutting elements oriented with a sharp edge towards the periphery of the cones. When drilling through intermittent rocks, the sharp edges of the rock-cutting elements wear out quickly, which leads to the completion of the well and a sharp drop in both drilling speed and penetration. All this negatively affects the technical and economic performance of the bit.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение проходки путем уменьшения вероятности скола породоразрушающих элементов и усиления калибрующей способности долота.In connection with the stated technical result of the invention is to increase penetration by reducing the likelihood of cleavage of rock cutting elements and strengthening the calibrating ability of the bit.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровом долоте, содержащим корпус с промывочными каналами и шарошками с вертикальными осями вращения, оснащенными по периферии удлиненными породоразрушающими элементами и подвижными в осевом направлении предохранительными приспособлениями для них, выполненными в виде цилиндра с фигурным хвостовиком и продольными пазами под породоразрушающие элементы, жестко соединенные с шарошками, согласно изобретению каждый породоразрушающий элемент оснащен обечайкой с продольной прорезью под рабочую кромку породоразрушающего элемента, жестко соединенного с обечайкой, причем обечайка выполнена из материала с меньшей твердостью и с большим пределом прочности на изгиб по сравнению с материалом породоразрушающего элементаThe specified technical result is achieved in that in a drill bit containing a housing with flushing channels and cones with vertical rotation axes, equipped with elongated rock cutting elements on the periphery and axially movable safety devices for them, made in the form of a cylinder with a curly shank and longitudinal grooves under rock cutting elements rigidly connected to cones, according to the invention, each rock cutting element is equipped with a longitudinal slot under the working edge of the rock cutting element, rigidly connected to the shell, and the shell is made of material with lower hardness and with a greater tensile strength in bending compared to the material of the rock cutting element

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что долото снабжено калибрующими элементами в виде вращающихся вокруг вертикальной оси дисков, закрепленных в пазах на наружной поверхности корпуса шарошек.The achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the bit is equipped with calibrating elements in the form of disks rotating around a vertical axis, fixed in grooves on the outer surface of the roller cone body.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид долота в продольном разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел Б на фиг.1, на фиг.4 - обечайка в поперечном разрезе в увеличенном масштабе и на фиг.5 - узел В на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the bit in longitudinal section, in Fig.2 - section aa in Fig.1; figure 3 - node B in figure 1, figure 4 is a shell in cross section in an enlarged scale and figure 5 is a node in figure 1.

Долото включает корпус 1 с промывочными каналами 2 и шарошками 3 с вертикальными осями вращения. Периферийная часть шарошек 3 оснащена удлиненными породоразрушающими элементами 4 и подвижными в осевом направлении предохранительными приспособлениями 5 для них, выполненными в виде цилиндра с фигурным хвостовиком 6 и продольными пазами 7 под породоразрушающие элементы 4, жестко соединенные с шарошками 3. Хвостовик 6 предохранительного приспособления 5 может быть выполнен с поперечным сечением в виде квадрата, прямоугольника или другой формы. При этом аналогичную форму должна иметь в поперечном сечении и полость хвостовика 14 шарошки 3. Каждая шарошка 3 крепится в гнездах 15 корпуса 1 посредством шарикового подшипника 16, запираемого пальцем 17. Каждый породоразрушающий элемент 4 оснащен жестко соединенной с ним обечайкой 8 с продольной прорезью 9 под рабочую кромку 10 породоразрушающего элемента 4. Обечайка 8 выполнена из материала с меньшей твердостью и с большим пределом прочности на изгиб по сравнению с материалом породоразрушающего элемента 4, выполняемого, как правило, из твердого сплава. Хотя возможны и другие варианты выполнения породоразрушающих элементов 4, например, из сплавов типа «Славутича», «Твесала» и т.д. С целью предохранения скважины от законушения шарошки 3 долота оснащены калибрующими элементами в виде вращающихся вокруг вертикальной оси 12 дисков 11, закрепленных в пазах 13 корпуса 1 долота. Наружная поверхность дисков 11 армирована износостойким материалом любой известной марки, например релитом.The bit includes a housing 1 with flushing channels 2 and cones 3 with vertical axes of rotation. The peripheral part of the cone 3 is equipped with elongated rock cutting elements 4 and axially movable safety devices 5 for them, made in the form of a cylinder with a curly shank 6 and longitudinal grooves 7 under the rock cutting elements 4, rigidly connected to the cones 3. The shank 6 of the safety device 5 can be made with a cross section in the form of a square, rectangle or other shape. In this case, the cavity of the shank 14 of the cone 3 should also have a similar shape in cross section. Each cone 3 is mounted in the sockets 15 of the housing 1 by means of a ball bearing 16 locked by a finger 17. Each rock cutting element 4 is equipped with a shell 8 rigidly connected to it with a longitudinal slot 9 under the working edge 10 of the rock cutting element 4. The shell 8 is made of material with a lower hardness and with a greater tensile strength in comparison with the material of the rock cutting element 4, which is usually made of hard of the alloy. Although other embodiments of rock cutting elements 4 are possible, for example, from alloys of the Slavutich, Tovesala type, etc. In order to protect the well from the tempering cone, 3 bits are equipped with calibrating elements in the form of disks 11 rotating around a vertical axis 12, fixed in the grooves 13 of the bit body 1. The outer surface of the disks 11 is reinforced with wear-resistant material of any known brand, for example, relit.

Принцип работы долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 4 осуществляют разрушение забоя, а их рабочая кромка 10 совместно с дисками 11 - калибровку стенок скважины. Разрушенная порода выносится на поверхность промывочной жидкостью, прокачиваемой через каналы 2 в корпусе долота. При этом благодаря выполнению обечайки 8 из менее твердого материала, она не оказывает существенного влияния на скорость бурения, особенно при бурении по абразивным породам. В то же время наличие обечайки 8, изготавливаемой из материала с большим изгибающим моментом, обеспечивает высокое сопротивление изгибу породоразрушающего элемента 4 и предохраняет их от сколов и других повреждений. Это позволяет использовать для армировки долота породоразрушающие элементы 4 с большей длиной и тем самым увеличить проходку на долото. Этот показатель для долота имеет особо большое значение при бурении глубоких скважин, где спуско-подъемные операции занимают большой процент времени от общего баланса затрат на бурение скважины. Повышению проходки на долото также способствует и оснащение его калибрующими элементами, т.к. рабочая кромка 10 породоразрушающих элементов 4 довольно быстро выходит из строя особенно при наличии твердых пропластков, и скважина начинает «терять диаметр». Это не только снижает проходку и скорость бурения используемого долота, но и затрудняет спуск нового долота на забой из-за законушения скважины.The principle of operation of the bit is as follows. Under the action of axial load and torque, rock cutting elements 4 destroy the face, and their working edge 10, together with disks 11, calibrate the borehole walls. The destroyed rock is carried to the surface by flushing fluid pumped through the channels 2 in the bit body. Moreover, due to the shell 8 made of less hard material, it does not have a significant effect on the drilling speed, especially when drilling on abrasive rocks. At the same time, the presence of the shell 8, made of a material with a large bending moment, provides high resistance to bending of the rock cutting element 4 and protects them from chips and other damage. This allows you to use rock reinforcing elements 4 with a longer length for reinforcing the bit and thereby increase the penetration of the bit. This indicator for the bit is especially important when drilling deep wells, where round-trip operations take up a large percentage of the time from the total balance of the cost of drilling the well. Equipping the bit also contributes to equipping it with gauge elements, as the working edge 10 of the rock cutting elements 4 pretty quickly fails especially in the presence of hard layers, and the well begins to "lose diameter". This not only reduces the penetration and drilling speed of the used bit, but also complicates the descent of a new bit to the bottom due to well completion.

Применение долот предложенной конструкции позволит устранить указанные недостатки, повысить технико-экономические показатели буровых работ и тем самым снизить их себестоимость.The use of bits of the proposed design will eliminate these drawbacks, increase the technical and economic performance of drilling operations and thereby reduce their cost.

Claims

1. A drill bit containing a housing with flushing channels and cones with vertical axes of rotation, peripherally equipped with elongated rock cutting elements and axially movable safety devices for them, made in the form of a cylinder with a curly shank and longitudinal grooves for rock cutting elements, rigidly connected to cones, characterized in that each rock cutting element is equipped with a shell with a longitudinal slot under the working edge of the rock cutting element, gesture connected to a shell, wherein the shell is made of a material with lower hardness and tensile strength with greater bending than the material cutter.

2. The drill bit according to claim 1, characterized in that it is equipped with calibrating elements in the form of disks rotating around a vertical axis, fixed in grooves on the outer surface of the roller cutter body.