RU2508441C1

RU2508441C1 - Rolling drilling bit

Info

Publication number: RU2508441C1
Application number: RU2012150472/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Сериков; Виталий Анатольевич Ясашин; Алексей Викторович Кононов; Николай Митрофанович Панин; Владимир Федорович Сорокин
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 a trunnion, on which a rolling cutter with a concave spherical vertex reinforced with rock-destructing teeth is installed by means of bearings. Rock-destructing teeth are removable and have a swelling on the shank; the top part of the rolling cutter has channels for arrangement of removable teeth, and the end face of the trunnion has several concentric rows in the form of cam rims interacting with shanks of removable teeth.

EFFECT: improving a bit operating efficiency.

3 cl, 2 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 шарошечное долото, содержащее корпус с цапфами, на которых смонтированы посредством подшипников шарошки с породоразрушающими элементами, расположенными на венцах шарошек (авт. св. СССР №1509503, кл. Е21В 10/16, 1987 г.).Known cone bit containing a housing with pins on which mounted by means of bearings cones with rock cutting elements located on the crowns of the cones (ed. St. USSR No. 1509503, CL ЕВВ 10/16, 1987).

Недостатком данного долота является малая эффективность его работы при бурении по крепким породам из-за образования «сахарной головки» в центральной части забоя. Это объясняется тем, что скорость вращения вершинной части шарошек приближается к нулю и для разрушения породы требуется приложение значительных осевых нагрузок, приводящих к заклиниванию шарошек и поломке цапф.The disadvantage of this bit is the low efficiency of its work when drilling on hard rocks due to the formation of a “sugar head” in the central part of the face. This is because the speed of rotation of the top of the cone is approaching zero and for the destruction of the rock requires the application of significant axial loads, leading to jamming of the cones and breaking of the pins.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является шарошечное долото, содержащее корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с вогнутой сферической вершиной, армированной породоразрушающими зубками (см. патент РФ №73432, кл. Е21В 10/16, 1949 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone bit containing a housing with a pin, on which by means of bearings a cone with a concave spherical top reinforced with rock cutting teeth is installed (see RF patent No. 73432, class Е21В 10/16, 1949 .).

К недостаткам данного инструмента можно отнести низкую эффективность, связанную с разрушением породы в центральной части забоя методом истирания. Если при бурении по мягким породам этот недостаток сказывается мало, то при бурении пород средней твердости и особенно более твердых пород это приводит к образованию так называемой «сахарной головки» и долото практически зависает на центральном выступе. Это резко снижает как проходку, так и скорость бурения.The disadvantages of this tool include the low efficiency associated with the destruction of the rock in the central part of the face by abrasion. If this drawback has little effect when drilling through soft rocks, then when drilling medium hard rocks and especially harder rocks, this leads to the formation of the so-called “sugar head” and the bit practically hangs on the central ledge. This dramatically reduces both penetration and drilling speed.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым.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.

Указанный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем корпус с цапфой, на которой посредством подшипников установлена шарошка с вогнутой сферической вершиной, армированной породоразрушающими зубками, согласно изобретению породоразрушающие зубки выполнены съемными и с утолщением на хвостовике, при этом вершинная часть шарошки выполнена с каналами для размещения съемных зубков, а торец цапфы - с несколькими концентрическими рядами в виде кулачковых венцов, взаимодействующих с хвостовиками съемных зубцов.The specified technical result is achieved by the fact that in the roller bit containing the housing with a trunnion, on which the roller cone with a concave spherical top reinforced by rock cutting teeth is mounted by bearings, according to the invention the rock cutting teeth are removable and have a thickening on the shank, while the top of the roller cutter is made with channels for accommodating removable teeth, and the axle end with several concentric rows in the form of cam crowns interacting with the shanks of removable teeth .

Дополнительно достижению указанного технического результата способствует также и то, что:Additionally, the achievement of the technical result also contributes to the fact that:

- кулачковые венцы в сечении, перпендикулярном продольной оси цапфы, имеют трапецеидальную форму.- Cam crowns in a section perpendicular to the longitudinal axis of the journal have a trapezoidal shape.

- утолщения хвостовиков породоразрушающих зубков выполнены в виде выступов сферической формы.- thickening of the shanks of rock-cutting teeth made in the form of protrusions of a spherical shape.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид фрагмента шарошечного долота в продольном разрезе, на фиг.2 - развертка по линии А-А на фиг.1.The invention is illustrated by a drawing, in which Fig. 1 shows a general view of a fragment of a cone bit in a longitudinal section, in Fig. 2 - a scan along line AA in Fig. 1.

Шарошечное долото содержит корпус 1 с цапфой 2, на которой посредством подшипников 3 установлена шарошка 4 с вогнутой сферической вершиной 5, армированной породоразрушающими зубками 6. Породоразрушающие зубки 6 выполнены съемными и с утолщением 7 на хвостовике, при этом вершинная часть шарошки 3 выполнена с каналами 8 для размещения съемных зубков 6, а торец цапфы 2 - с несколькими концентрическими рядами в виде кулачковых венцов 9, взаимодействующих с утолщениями 7 хвостовиков съемных зубцов 6. Утолщения 7 хвостовиков выполнены, преимущественно, в виде сферических выступов, а кулачковые венцы 9 в сечении, перпендикулярном продольной оси цапфы 2, - в виде трапеций (см. фиг.1). Однако возможны и другие варианты выполнения выступов 7, например в виде кольцевых или другой формы буртов.The roller bit contains a housing 1 with a pin 2, on which, by means of bearings 3, a roller cone 4 with a concave spherical peak 5 reinforced with rock cutting teeth 6. is installed. Rock cutting teeth 6 are removable and have a thickening 7 on the shank, while the top part of the roller cone 3 is made with channels 8 to accommodate removable teeth 6, and the end face of the pin 2 with several concentric rows in the form of cam crowns 9, interacting with the thickenings 7 of the shanks of the removable teeth 6. The thickenings 7 of the shanks are made, mainly , in the form of spherical protrusions, and the cam crowns 9 in the section perpendicular to the longitudinal axis of the pin 2, in the form of trapezoid (see figure 1). However, other embodiments of protrusions 7 are possible, for example in the form of annular or other form of collars.

Принцип работы предложенного долота заключается в следующем. При приложении к долоту осевой нагрузки и крутящего момента разрушение породы происходит по двум поверхностям: горизонтальной и вертикальной. В первом случае разрушение породы происходит в результате дробления за счет перекатывания зубков 6 по забою. Во втором случае происходит скалывание породы, так как зубки 6, расположенные на вогнутой поверхности вершины 5 шарошки 4, приобретают принудительное вращение от перекатывания ее в перпендикулярном к торцу направлении. При этом благодаря расположению зубков 6 с возможностью осевого перемещения за счет выполнения торца цапфы 2 с кулачковыми венцами 9 зубки 6 оказывают на породу ударное воздействие, что значительно повышает эффективность разрушения центральной части забоя. Одновременно с этим зубки 6 контактируют с породой периодически, что позволяет избежать температурного воздействия на зубки 6 и значительных изгибающих нагрузок. Кроме того, шарошки 2 с предложенной схемой расположения зубков 6, опираясь на центральный выступ забоя, облегчают работу опоры, так как в этом случае шарошка 2 одновременно контактирует как с центральным выступом забоя, так и с боковым стенкам скважины. Это разгружает нагрузку на опору шарошки.The principle of operation of the proposed bit is as follows. When axial load and torque are applied to the bit, rock breakdown occurs on two surfaces: horizontal and vertical. In the first case, the destruction of the rock occurs as a result of crushing due to rolling cloves 6 along the face. In the second case, the rock is chipped, since the teeth 6 located on the concave surface of the top 5 of the cone 4 acquire forced rotation from rolling it in the direction perpendicular to the end face. Moreover, due to the arrangement of the teeth 6 with the possibility of axial movement due to the execution of the end of the pin 2 with cam crowns 9, the teeth 6 have an impact on the rock, which significantly increases the destruction efficiency of the central part of the face. At the same time, the teeth 6 are in contact with the rock periodically, which avoids the temperature effect on the teeth 6 and significant bending loads. In addition, cones 2 with the proposed arrangement of teeth 6, relying on the central protrusion of the face, facilitate the operation of the support, since in this case the cone 2 is in contact with both the central protrusion of the face and the side walls of the well. This relieves the load on the cone support.

В целом применение предложенного долота позволит повысить эффективность его работы. Это позволит снизить затраты на проведение буровых работ.In general, the use of the proposed bit will increase the efficiency of its work. This will reduce the cost of drilling.

Claims

1. A cone bit containing a body with a pin on which a cone with a concave spherical top reinforced with rock cutting teeth is mounted by bearings, characterized in that the rock cutting teeth are removable and have a thickening on the shank, while the top of the cone is made with channels for accommodating removable teeth, and the axle end - with several concentric rows in the form of cam crowns interacting with the shanks of removable teeth.

2. Roller cone according to claim 1, characterized in that the cam crowns in a section perpendicular to the longitudinal axis of the journal have a trapezoidal shape.

3. Rolling cone according to claim 1, characterized in that the thickening of the shanks of rock-cutting teeth are made in the form of protrusions of a spherical shape.