RU2514021C1

RU2514021C1 - Rolling boring bit

Info

Publication number: RU2514021C1
Application number: RU2012150470/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Сериков; Виталий Анатольевич Ясашин; Вадим Петрович Якимов; Николай Митрофанович Панин; Владимир Федорович Сорокин
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-04-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: rolling boring bit comprises a body with a channel for a cleaning agent and a journal with a spherical end, on which by means of a lock bearing and a roller swinging bearing there is a mill installed with spherical surface responsive to the end of the journal and rock-breaking elements on crowns separated by sludge-removal slots. The mill is made with radial channels, in which there are detachable rock-breaking elements, tails of which are installed as capable of interaction with side surfaces of roller bearings. Detachable rock-breaking elements may be installed at the sharp angle to the radius of the mill. Some detachable rock-breaking elements may be installed on crowns of the mills, and some - in sludge-removal slots. Tails of detachable rock-breaking elements may be made in the form of cylinders or spheres.

EFFECT: increased efficiency of bit operation.

4 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 буровое шарошечное долото, содержащее корпус с цапфой, на которой смонтирована посредством подшипников качения шарошка с породоразрушающими элементами, расположенными на венцах шарошек (авт. св. СССР №630303, кл. E21B 10/08, 1980 г.).Known cone drill bit containing a housing with a pin on which is mounted by means of rolling bearings cone with rock cutting elements located on the crowns (ed. St. USSR No. 630303, class E21B 10/08, 1980).

Недостатком данного долота является малая эффективность его работы, связанная с отсутствием системы охлаждения опоры.The disadvantage of this bit is the low efficiency of its operation, associated with the lack of a cooling system for the support.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, содержащее корпус с каналом для очистного агента и цапфой со сферическим торцом, на которой посредством замкового подшипника и роликового подшипника качения установлена шарошка с ответной торцу цапфы внутренней сферической поверхностью и породоразрушающими элементами на венцах, разделенных шламоотводящими пазами (см. авт. св. СССР №1089229, кл. E21B 10/22, 1984 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone drill bit containing a housing with a channel for the cleaning agent and a spigot with a spherical end face, on which, using a lock bearing and a roller bearing, a roller cone is installed with a spherical end face with an inner spherical surface and rock cutting elements on crowns separated by sludge-removing grooves (see ed. St. USSR No. 1089229, class E21B 10/22, 1984).

К недостаткам данного долота можно отнести низкую эффективность, связанную с высокой энергоемкостью процесса разрушения породы без использования забойного ударного механизма. Использование же специального ударного устройства неминуемо приводит к осложнению нижней компоновки бурового вала, повышению аварийности и, как следствие, этого к повышению стоимости буровых работ. Кроме того, это ограничивает и область применения бурового долота по техническим параметрам используемого нагнетательного агрегата.The disadvantages of this bit include the low efficiency associated with the high energy intensity of the rock destruction process without using a downhole impact mechanism. The use of a special percussion device inevitably leads to a complication of the lower layout of the drill shaft, an increase in accident rate and, as a result, an increase in the cost of drilling operations. In addition, this limits the scope of the drill bit to the technical parameters of the injection unit used.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота без применения дополнительных ударных устройств типа забойных пневмо- или гидроударников, особенно при бурении по породам средней твердости и твердым, разрушение которых связано с необходимостью приложения значительных осевых нагрузок.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the bit without the use of additional percussion devices such as downhole pneumatic or hydraulic hammers, especially when drilling on rocks of medium hardness and hard, the destruction of which is associated with the need for significant axial loads.

Указанный технический результат достигается тем, что в шарошечном долоте, содержащем корпус с каналом для очистного агента и цапфой со сферическим торцом, на которой посредством замкового подшипника и роликового подшипника качения установлена шарошка с ответной торцу цапфы внутренней сферической поверхностью и породоразрушающими элементами на венцах, разделенных шламоотводящими пазами, согласно изобретению шарошка выполнена с радиальными каналами, в которых размещены съемные породоразрушающие элементы, хвостовики которых установлены с возможностью взаимодействия с боковыми поверхностями роликовых подшипников.The specified technical result is achieved in that in a roller bit containing a housing with a channel for a cleaning agent and a pin with a spherical end face, on which, using a lock bearing and a roller bearing, a roller cone is installed with a corresponding end face of the pin with an internal spherical surface and rock-cutting elements on the crowns separated by sludge-removing grooves, according to the invention, the cone is made with radial channels in which removable rock-cutting elements are placed, the shanks of which are installed enes for engagement with the side surfaces of the roller bearings.

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

- съемные породоразрушающие элементы установлены под острым углом к радиусу шарошки;- removable rock cutting elements are installed at an acute angle to the radius of the cone;

- часть съемных породоразрушающих элементов установлена на венцах шарошек, а часть - в шламоотводящих пазах;- part of the removable rock cutting elements is installed on the crowns, and part in the sludge-removing grooves;

- хвостовики съемных породоразрушающих элементов выполнены в виде цилиндров или сфер.- shanks of removable rock cutting elements are made in the form of cylinders or spheres.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид фрагмента шарошечного долота в продольном разрезе, на фиг.2 - сечение A-A на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a fragment of a cone bit in longitudinal section, in Fig. 2 is a section A-A in Fig. 1.

Шарошечное долото, относящееся в силу специфики кинематики движения вооружения, преимущественно, к одношарошечным долотам, содержит корпус 1 с каналом 2 для очистного агента и цапфу 3 со сферическим торцом 4. На цапфе 3 посредством замкового подшипника 5 и роликового подшипника качения 6 установлена шарошка 7 с ответной торцу цапфы 3 внутренней сферической поверхностью 8 и основными породоразрушающими элементами 9 на венцах 10, разделенных шламоотводящими пазами 11. Шарошка выполнена с дополнительными радиальными каналами 12, в которых размещены съемные породоразрушающие элементы 13, хвостовики 14 которых установлены с возможностью взаимодействия с боковыми поверхностями роликовых подшипников 6. Хвостовики 14 съемных породоразрушающих элементов 13 выполнены в виде цилиндров 15 (см. левую часть фиг.1) или сфер 16 (см. правую часть фиг.1). Породоразрушающие элементы 13, в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород, могут быть расположены как перпендикулярно, так и под острым углом - α к радиусу шарошки 7. При этом в долотах для бурения по твердым породам вершина породоразрушающих элементов 9 направлена в сторону, противоположную направлению вращения долота, а в долотах для бурения по менее твердым породам угол наклона породоразрушающих элементов 13 направлен в сторону вращения долота. Часть съемных породоразрушающих элементов 13 может быть установлена на венцах 10 шарошек 7, а часть - в шламоотводящих пазах 11.Due to the specificity of the kinematics of the weapon movement, mainly the single-cone bits, the cone bit contains a body 1 with a channel 2 for a cleaning agent and a pin 3 with a spherical end face 4. On the pin 3, a roller cone 6 is installed with a lock bearing 5 and a roller bearing 6 reciprocal end face of the trunnion 3 with an internal spherical surface 8 and the main rock-cutting elements 9 on the crowns 10, separated by sludge-removing grooves 11. The cutter is made with additional radial channels 12, in which s removable rock cutting elements 13, shanks 14 of which are installed with the possibility of interaction with the lateral surfaces of the roller bearings 6. The shanks of 14 removable rock cutting elements 13 are made in the form of cylinders 15 (see the left part of FIG. 1) or spheres 16 (see the right part of FIG. one). The rock-breaking elements 13, depending on the physicomechanical properties of the rocks being drilled, can be located either perpendicularly or at an acute angle α to the radius of the cone 7. Moreover, in the drill bits for hard rocks, the top of the rock-breaking elements 9 is directed in the opposite direction the direction of rotation of the bit, and in bits for drilling on less hard rocks, the angle of inclination of the rock cutting elements 13 is directed towards the rotation of the bit. Part of the removable rock cutting elements 13 can be installed on the crowns 10 of the cone 7, and part in the sludge-removing grooves 11.

Принцип работы шарошечного долота заключается в следующем. The principle of operation of the cone bit is as follows.

Под действием осевой нагрузки и крутящего момента породоразрушающие элементы 9 шарошек 7 осуществляют разрушение забоя и калибровку стенок скважины 17. При этом шарошка 7, перекатываясь по поверхности забоя, вращается в направлении, противоположном направлению вращения корпуса 1, причем разрушенная порода выносится через шламоотводящие пазы 11 и кольцевую полость между стенками скважины и корпусом 1 на поверхность очистным агентом, подаваемым через канал 2 в корпусе 1 долота. При вращении шарошки 7 съемные породоразрушающие элементы 13, перекатываясь хвостовиками 14 по роликовому подшипнику 6, совершают возвратно-поступательное движение. Причем, при попадании хвостовиков 14 съемных породоразрушающих элементов 13 на роликовый подшипник, породоразрушающие элементы 13 наносят удар по породе, создавая зоны предразрушения. Эффект создания зон предразрушения увеличивается благодаря установке съемных породоразрушающих элементов 13 под острым углом к радиусу шарошки 7 и ориентировке их рабочих головок в сторону направления вращения долота или наоборот в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород. Ослабленные съемными породоразрушающими элементами 13 зоны забоя затем эффективно разрушаются основными породоразрушающими элементами 9. После нанесения удара съемные породоразрушающие элементы 13 при перекатывании шарошки 7 своими хвостовиками 14 попадают в зону между роликовыми подшипниками 6 и их рабочие головки не контактируют с поверхностью забоя. Это позволяет охладить рабочие головки породоразрушающих элементов 13 и тем самым повысить срок их службы. Кроме того, наклонное расположение съемных породоразрушающих элементов 13 обеспечивает постоянный проворот роликовых подшипников вокруг своей оси и тем самым создать для них более благоприятные условия для работы, исключив односторонний их износ, приводящий к быстрому выходу опоры из строя. Размещение части съемных породоразрушающих элементов 13 в шламоотводящих пазах позволяет эффективно дробить крупные частицы шлама и беспрепятственно удалять их с забоя скважины, исключая повторное его измельчение.Under the action of axial load and torque, the rock cutting elements 9 of the cone 7 destroy the bottom and calibrate the walls of the well 17. In this case, the cone 7, rolling along the surface of the bottom, rotates in the opposite direction to the casing 1, and the destroyed rock is carried out through the sludge-guiding grooves 11 and an annular cavity between the walls of the well and the housing 1 to the surface with a cleaning agent supplied through the channel 2 in the housing 1 of the bit. With the rotation of the cone 7 removable rock cutting elements 13, rolling shanks 14 on the roller bearing 6, make a reciprocating motion. Moreover, when the shanks 14 of the removable rock-breaking elements 13 hit the roller bearing, the rock-breaking elements 13 strike the rock, creating pre-fracture zones. The effect of creating pre-fracture zones is increased due to the installation of removable rock cutting elements 13 at an acute angle to the radius of the cutter 7 and the orientation of their working heads in the direction of rotation of the bit or vice versa, depending on the physicomechanical properties of the drilled rocks. The bottom zones weakened by removable rock-cutting elements 13 are then effectively destroyed by the main rock-breaking elements 9. After striking, the removable rock-breaking elements 13 when rolling the cutter 7 with their shanks 14 fall into the area between the roller bearings 6 and their working heads do not come into contact with the bottom surface. This allows you to cool the working heads of rock cutting elements 13 and thereby increase their service life. In addition, the inclined arrangement of removable rock cutting elements 13 provides a constant rotation of the roller bearings around its axis and thereby create more favorable conditions for them to work, eliminating their one-sided wear, leading to a quick failure of the support. Placing part of the removable rock-cutting elements 13 in the sludge-removing grooves makes it possible to effectively crush large particles of sludge and to freely remove them from the bottom of the well, excluding its repeated grinding.

Таким образом, использование предложенного долота позволяет повысить эффективность разрушения породы без применения дополнительных устройств, как это имеет место в прототипе, и тем самым снизить стоимость буровых работ в целом.Thus, the use of the proposed bit allows to increase the efficiency of rock destruction without the use of additional devices, as is the case in the prototype, and thereby reduce the cost of drilling operations in General.

Claims

1. Drill roller bit containing a housing with a channel for a cleaning agent and a spigot with a spherical end face, on which, using a lock bearing and a roller bearing, a roller cutter with a mating end face of the spigot with an internal spherical surface and rock-cutting elements on the crowns separated by sludge-guiding grooves, characterized in that the cone is made with radial channels in which removable rock-cutting elements are placed, the shanks of which are installed with the possibility of interaction with the side surfaces of roller bearings.

2. Drill bit according to claim 1, characterized in that the removable rock cutting elements are installed at an acute angle to the radius of the cutter.

3. The cone drill bit according to claim 1, characterized in that part of the removable rock cutting elements is installed on the crowns, and part in sludge-removing grooves.

4. Drill bit according to claim 1, characterized in that the shanks of removable rock cutting elements are made in the form of cylinders or spheres.