RU2508440C1

RU2508440C1 - Rolling drilling bit

Info

Publication number: RU2508440C1
Application number: RU2012150475/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Сериков; Виталий Анатольевич Ясашин; Родион Михайлович Богомолов; Николай Митрофанович Панин; Виталий Игоревич Кремлев
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-02-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: rolling drilling bit includes a housing with an inclined trunnion provided with an annular groove in the middle part, and a rolling cutter installed on the trunnion by means of latch pins and sliding bearings and provided with running paths, the length of which is bigger than that of a contact zone of the trunnion with the sliding bearings. The end surface of the annular groove of the trunnion on the side of its base is provided with radial slots for interaction with end sections of latch pins. Length of arc between latch pins corresponds to the length of arc between radial slots on the end surface of the annular groove of the trunnion, and depth of radial slots does not exceed radius of end sections of latch pins. Latch pins can be of a stepped shape; steps of the larger diameter are equipped with wear-resistant inserts.

EFFECT: improving a bit operating efficiency.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту шарошечного типа.The invention relates to the field of mining, and in particular to a rock cutting tool of the cone type.

Известно буровое шарошечное долото, содержащее корпус с цапфами, на которых смонтированы посредством подшипников шарошки с породоразрушающими элементами, расположенными на венцах шарошек, при этом длина беговых дорожек шарошек больше длины зоны их контакта с телами качения (авт.св. СССР №739210, кл. Е21В 10/22, 1980 г.).Known cone drill bit containing a housing with pins on which are mounted by means of bearings cones with rock cutting elements located on the crowns of the cones, while the length of the cones of the cones is greater than the length of the zone of their contact with the rolling bodies (ed. St. USSR No. 739210, class. ЕВВ 10/22, 1980).

Недостатком данного долота является малая эффективность его работы при бурении по породам выше средней твердости из-за образования на забое «породной рейки». Это значительно снижает эффективность разрушения породы.The disadvantage of this bit is the low efficiency of its operation when drilling through rocks above average hardness due to the formation of a “rock rod” at the bottom. This significantly reduces the effectiveness of rock destruction.

Кроме того, известно буровое шарошечное долото, содержащее корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками, и узел принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы, выполненный в виде взаимодействующих между собой зубчатых венцов, расположенных на обращенных один к другому торцах цапфы и шарошки (см. патент РФ №2393224, кл. Е21В 10/22, 2010 г.).In addition, it is known drill cone bit containing a housing with a trunnion, on which by means of bearings mounted cone with treadmills, the length of which is greater than the length of the contact area with bearings, and a node for forced movement of the cone along the axis of the axle, made in the form of interacting gears, located on one end of the other axle and cone (see RF patent No. 2393224, CL ЕВВ 10/22, 2010).

К недостаткам данного долота можно отнести низкую эффективность, связанную с недостаточной надежностью работы узла принудительного перемещения шарошки вдоль оси цапфы. Это связано со схемой размещения указанного узла у основания цапфы в непосредственной близости от подшипников качения, что снижает прочностные характеристики шарошки, которая именно в этой зоне подвергается наибольшим нагрузкам. Это в свою очередь связано с тем, что периферийная часть шарошки одновременно участвует как в калибровке стенок скважины, так и в разрушении забоя скважины, и именно это приводит к быстрому выходу из строя опоры, расположенной у основания цапфы.The disadvantages of this bit include low efficiency associated with insufficient reliability of the node for forced movement of the cone along the axis of the axle. This is due to the layout of the specified node at the base of the spigot in the immediate vicinity of the rolling bearings, which reduces the strength characteristics of the roller cutter, which is in this area is subjected to the greatest loads. This, in turn, is due to the fact that the peripheral part of the cone is simultaneously involved both in the calibration of the walls of the well and in the destruction of the bottom of the well, and this leads to the rapid failure of the support located at the base of the spigot.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, содержащее корпус с наклонной цапфой, выполненной с кольцевой проточкой в средней части, и установленную на цапфе посредством замковых пальцев и подшипников скольжения шарошку с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения цапфы (см. авт.св. СССР №1458543, кл. Е21В 10/08, 1989 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a roller cone bit containing a housing with an inclined pin made with an annular groove in the middle part, and mounted on the axle with lock fingers and sliding bearings with a cone with treadmills, the length of which is longer than the length of the contact zone with journal bearings (see ed. St. USSR No. 1458543, class E21B 10/08, 1989).

В этом долоте благодаря использованию в качестве замкового элемента специальных пальцев, жестко соединенных с шарошкой, концевые элементы которых размещены в кольцевой проточке цапфы, значительно повышена надежность опоры шарошечного долота. Однако данное долото также не лишено недостатков. Основным из них является высокая энергоемкость разрушения породы из-за возможности образования забойной «породной рейки», резко снижающей как проходку, так и скорость бурения.In this bit, thanks to the use of special fingers rigidly connected to the roller cone as the locking element, the end elements of which are located in the annular groove of the pin, the reliability of the support of the cone bit is significantly increased. However, this bit is also not without flaws. The main one is the high energy intensity of rock destruction due to the possibility of formation of a downhole "rock rod", which sharply reduces both penetration and drilling speed.

В связи с изложенным технической результатом изобретения является повышение эффективности работы долота, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым, разрушение которых связано с необходимостью приложения значительных осевых нагрузок и образованием «породной рейки».In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the bit, especially when drilling on rocks of medium hardness and hard, the destruction of which is associated with the need to apply significant axial loads and the formation of the "rock rod".

Указанный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем корпус с наклонной цапфой, выполненной с кольцевой проточкой в средней части, и установленную на цапфе посредством замковых пальцев и подшипников скольжения шарошку с беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения цапфы, согласно изобретению торцевая поверхность кольцевой проточки цапфы со стороны ее основания выполнена с радиальными пазами для взаимодействия с концевыми участками замковых пальцев, при этом длина дуги между замковыми пальцами соответствует длине дуги между радиальными пазами на торцевой поверхности кольцевой проточки цапфы, а глубина радиальных пазов не превышает радиуса концевых участков замковых пальцев.The specified technical result is achieved by the fact that in the roller bit containing the housing with an inclined pin made with an annular groove in the middle part and mounted on the pin using lock fingers and sliding bearings, the roller cone with treadmills, the length of which is longer than the length of the contact area with the journal bearings , according to the invention, the end surface of the annular groove of the journal from the side of its base is made with radial grooves for interaction with the end sections of the lock fingers, while for the arc between the locking fingers corresponds to the length of the arc between the radial grooves on the end surface of the annular groove of the journal, and the depth of the radial grooves does not exceed the radius of the end sections of the locking fingers.

Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что замковые пальцы выполнены ступенчатой формы, при этом ступени большего диаметра оснащены износостойкими вставками.In addition, the achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the locking fingers are made in a stepped form, while the steps of a larger diameter are equipped with wear-resistant inserts.

На фиг.1 изображен общий вид шарошечного долота в продольном разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - развертка по линии Б-Б на фиг.2, на фиг.4 - узел С на фиг.2 в увеличенном масштабе.In Fig.1 shows a General view of the cone bit in longitudinal section, in Fig.2 - section aa in Fig.1; figure 3 - scan along the line BB in figure 2, figure 4 - node C in figure 2 on an enlarged scale.

Шарошечное долото содержит корпус 1 с наклонной цапфой 2, выполненной в средней части с кольцевой проточкой 6. На цапфе 2 посредством замковых пальцев 5, торцевых 4 и радиальных 7 подшипников скольжения установлена шарошка 3 с радиальными беговыми дорожками, длина которых больше длины зоны контакта с подшипниками скольжения 7 цапфы 2. Торцевая поверхность кольцевой проточки 6 со стороны основания цапфы 2 выполнена с радиальными пазами 8, количество которых соответствует количеству замковых пальцев 5. Радиальные пазы 8 в поперечном сечении имеют дугообразную форму, боковые стенки которых взаимодействуют в процессе вращения долота с концевыми участками 9 замковых пальцев 5, причем глубина h пазов 8 не должна превышать радиуса r концевых участков 9 замковых пальцев 5. Это обеспечивает эффективное перемещение шарошки 3 вдоль оси цапфы 2, не подвергая значительной деформации как сами замковые пальцы 9, так и радиальные пазы 8. В таком выполнении радиальные пазы 8 и концевые участки 9 замковых пальцев 5 по существу создают узел для принудительного осевого перемещения шарошки 3 вдоль оси цапфы 2. При этом длина дуги α между замковыми пальцами 5 должна соответствовать длине дуги между радиальными пазами 8 на торцевой поверхности проточки 6, что гарантирует синхронность работы замковых пальцев 5 и снижает передаваемую на них нагрузки. Число замковых пальцев 5, а также глубина h радиальных пазов 8 зависит от диаметра долота и физико-механических свойств разбуриваемых пород. Все замковые пальцы 5 выполнены ступенчатой формы, при этом ступени их большего диаметра оснащены износостойкими вставками 10. Причем шаг как между замковыми пальцами 5, так и между замковыми пальцами 5 и породоразрушающими элементами 11 должен быть одинаковым. Это, с одной стороны, обеспечит заданную схему поражения забоя, а с другой стороны, и равномерность передачи нагрузки на породоразрушающие элементы 11 и износостойкие вставки 10. Это, с одной стороны, повышает надежность работы замковых пальцев 5 благодаря равномерному распределению нагрузки между ними, а с другой стороны, повышает и эффективность работы вооружения за счет равномерной загрузке рабочих элементов вооружения долота.The roller bit contains a housing 1 with an inclined pin 2, made in the middle part with an annular groove 6. On the pin 2, by means of locking fingers 5, end 4 and radial 7 sliding bearings, a roller cone 3 with radial treadmills is installed, the length of which is longer than the length of the contact area with bearings sliding 7 of the pin 2. The end surface of the annular groove 6 from the side of the base of the pin 2 is made with radial grooves 8, the number of which corresponds to the number of locking fingers 5. The radial grooves 8 in cross section have an arcuate shape, the side walls of which interact during the rotation of the bit with the end sections 9 of the locking fingers 5, and the depth h of the grooves 8 should not exceed the radius r of the end sections 9 of the locking fingers 5. This ensures that the roller cutter 3 moves along the axis of the pin 2 without significant deformations, both the lock fingers 9 themselves and the radial grooves 8. In this embodiment, the radial grooves 8 and the end sections 9 of the lock fingers 5 essentially create a node for the axial movement of the cone 3 along the axis of the pins s 2. Moreover, the length of the arc α between the locking fingers 5 should correspond to the length of the arc between the radial grooves 8 on the end surface of the groove 6, which ensures synchronization of the operation of the locking fingers 5 and reduces the load transmitted to them. The number of locking fingers 5, as well as the depth h of the radial grooves 8, depends on the diameter of the bit and the physicomechanical properties of the drilled rocks. All locking fingers 5 are made in a stepped form, while the steps of their larger diameter are equipped with wear-resistant inserts 10. Moreover, the step between the locking fingers 5 and between the locking fingers 5 and the rock cutting elements 11 should be the same. This, on the one hand, will provide a given pattern of damage to the face, and on the other hand, the uniformity of load transfer to rock cutting elements 11 and wear-resistant inserts 10. This, on the one hand, improves the reliability of the locking fingers 5 due to the uniform distribution of load between them, and on the other hand, it also increases the efficiency of the armament due to the uniform loading of the working elements of the armament of the bit.

Принцип работы шарошечного долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы шарошек 3 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины. При бурении по породам средней твердости и выше на забое часто образуются «породные рейки», резко снижающие скорость бурения и проходку на долото. В предложенном долоте благодаря созданию узла для принудительного осевого перемещения шарошки 3 вдоль оси цапфы 2 породоразрушающие элементы долота эффективно разрушают «рейку» и тем самым повышают эффективность его работы. При этом благодаря использованию для фиксации шарошки 3 на цапфе 2 замковых пальцев 5 создаются благоприятные условия для увеличения общей площади радиальных подшипников скольжения 7, расположенных у основания цапфы 2, что благоприятно сказывается и на работоспособности как опоры, так и долота в целом.The principle of operation of the cone bit is as follows. Under the action of axial load and torque, rock-cutting elements of roller cutters 3 carry out the destruction of the bottom and calibration of the walls of the well. When drilling on rocks of medium hardness and higher, “rock laths” are often formed on the face, which sharply reduce the drilling speed and penetration to the bit. In the proposed bit, due to the creation of a node for the forced axial movement of the cone 3 along the axis of the pin 2, the rock-cutting elements of the bit effectively destroy the "rail" and thereby increase its efficiency. Moreover, due to the use of the cone 3 on the pin 2 of the locking fingers 5, favorable conditions are created for increasing the total area of the radial plain bearings 7 located at the base of the pin 2, which favorably affects the operability of both the support and the bit as a whole.

Таким образом, применение предложенного долота позволяет повысить скорость бурения и проходку на долото благодаря снижению энергоемкости процесса разрушения породы.Thus, the use of the proposed bit allows you to increase the drilling speed and penetration to the bit due to the reduction of the energy intensity of the process of rock destruction.

Claims

1. Drill roller bit containing a housing with an inclined pin made with an annular groove in the middle part, and mounted on the pin using lock fingers and sliding bearings, a roller cone with treadmills, the length of which is longer than the length of the contact zone with the journal bearings, characterized in that the end surface of the annular groove of the journal from the side of its base is made with radial grooves for interaction with the end sections of the locking fingers, while the length of the arc between the locking fingers corresponds an arc length between the radial slots on the annular end surface of the trunnion bore, and the depth of the radial grooves is less than the radius of the end portions of locking fingers.

2. Drill bit according to claim 1, characterized in that the locking fingers are made in a stepped form, while the steps of a larger diameter are equipped with wear-resistant inserts.