RU2520974C1

RU2520974C1 - Roller bit

Info

Publication number: RU2520974C1
Application number: RU2013119919/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Сериков; Виталий Анатольевич Ясашин; Николай Митрофанович Панин
Original assignee: Дмитрий Юрьевич Сериков
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-06-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: roller bit comprises legs with inclined pins shifted parallel about bit axis and cutters inclined to their generating lines and having honed or cast teeth and flushing assembly. Said flushing assembly is located in bit axis while all teeth rows feature skewed teeth. Said skewed teeth are inclined to pin axis so that total axial component of simultaneous mechanical force applied by all skewed teeth to face fluid for every bit is equal and directed from centre to periphery. Alternatively, inclination of skewed teeth working surfaces to drill bit generatrix makes 5-45 degrees. Smaller inclination corresponds to larger inclination of pin axis to drill bit axes.

EFFECT: higher drill bit efficiency and better removal of sludge.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам с фрезерованными зубьями для разбуривания мягких пород и пород средней твердости.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to cone drill bits with milled teeth for drilling soft rocks and medium hard rocks.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочные гидромониторные узлы, расположенные в периферийной части межшарошечного пространства (см. Н.А. Жидовцев, В.Я. Кершенбаум и др. Справочник «Долговечность шарошечных долот». М.: Недра, 1992 г., с.8, рис.2).A three-cone drill bit is known, which includes a body, conical cones with milled or cast teeth and flushing hydromonitor units located in the peripheral part of the con-con space (see N.A. Zhidovtsev, V.Ya. Kershenbaum and others. Reference "Durability of cone bits". M .: Nedra, 1992, p. 8, fig. 2).

Недостатком этого долота является некачественная очистка забоя от шлама, что ведет к повторному его измельчению и повышенному износу вооружения шарошек.The disadvantage of this bit is poor-quality cleaning of the bottom of the sludge, which leads to repeated grinding and increased wear of weapons cone.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел (см. каталог ОАО Волгабурмаш «Буровые долота», 2007 г., стр.28).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone drill bit, including paws with inclined pins, conical cones mounted on them with milled or cast teeth and a flushing unit (see the catalog of OJSC “Volgaburmash“ Drill bits ”, 2007, page .28).

К недостаткам данного долота следует отнести несовершенство его промывочной системы, что связано с зашламованием полости между обратными конусами шарошек в их верхнем положении и нижними торцами лап, а также в отсутствии организованного отвода шлама с забоя скважины в затрубное пространство. А это ведет к снижению как проходки на долото, так и механической скорости бурения.The disadvantages of this bit include the imperfection of its flushing system, which is associated with the contamination of the cavity between the inverse cones of the cones in their upper position and the lower ends of the paws, as well as in the absence of an organized drainage of sludge from the bottom of the well into the annulus. And this leads to a decrease in both penetration on the bit and the mechanical drilling speed.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы долота за счет улучшения очистки забоя от шлама.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the bit by improving the cleaning of the bottom of the sludge.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными или литыми зубьями и промывочный узел, согласно изобретению, промывочный узел расположен по оси долота, а у всех шарошек венцы выполнены с косыми зубьями, причем косые зубья наклонены к оси цапфы таким образом, чтобы суммарная осевая составляющая усилия их одновременного механического воздействия на гидравлическую среду забоя для каждой шарошки была одинаковой и направлена от центра к периферии.The technical result is achieved by the fact that in the cone drill bit, including paws with inclined pins, conical cones mounted on them with milled or cast teeth and the flushing unit, according to the invention, the flushing unit is located along the axis of the bit, and for all cones, the crowns are made with oblique teeth, and the oblique teeth are inclined to the axis of the pin so that the total axial component of the force of their simultaneous mechanical impact on the hydraulic environment of the face for each cone was the same oh and it is directed from the center to the periphery.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что угол наклона рабочих поверхностей косых зубьев к образующей шарошки составляет 5 - 45°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы к оси долота.The achievement of the specified technical result is also facilitated by the fact that the angle of inclination of the working surfaces of the oblique teeth to the forming cone is 5 - 45 °, while a smaller value of the angle of inclination corresponds to a larger value of the angle of inclination of the journal to the axis of the bit.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен фрагмент общего вида долота, на фиг.2 - вид на шарошки долота сверху.The invention is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a fragment of a general view of a bit, and Fig. 2 is a view of the cone of the bit from above.

Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников установлены конические шарошки 3 с фрезерованными или литыми зубьями 4. У всех шарошек 3 зубья 4 венцов выполнены косыми, т.е. с наклоном к ее образующей под углом α, равным 5-45°, при этом меньшее значение угла наклона соответствует большему значению угла наклона цапфы 2 к вертикальной оси долота. В процессе бурения промывочная жидкость, прокачиваемая через центральный промывочный узел 5, расположенный по оси 6 долота, направляет разрушенную породу в сторону стенок скважины и далее в межшарошечную полость 7. При этом часть шлама попадает в полость между обратными конусами 8 шарошек 3 и нижним торцом 9 корпуса 1, образуя шламовую пробку. Это в ряде случаев, особенно при бурении по глинистым породам, может привести к заклиниванию шарошек 3. Для исключения этого явления и более эффективного удаления шлама с забоя скважины в предложенном долоте используются шарошки 3 с определенным наклоном зубьев 4, боковые грани которых создают усилие F, большая часть составляющей которого F_oc ориентирована в сторону устья скважины и межшарошечную полость 7. При этом суммарная осевая составляющая усилия одновременного механического воздействия всех косых зубьев 5 на гидравлическую среду (шлам) забоя для каждой шарошки 3 должна быть одинаковой и направлена в сторону от центра к периферии.The roller cone bit contains paws 1 with inclined pins 2, on which conical cones 3 with milled or cast teeth 4 are mounted by bearings. For all cone 3 teeth 4 crowns are made oblique, i.e. with an inclination to its generatrix at an angle α equal to 5-45 °, while a smaller value of the angle of inclination corresponds to a larger value of the angle of inclination of the axle 2 to the vertical axis of the bit. During the drilling process, the flushing fluid pumped through the central flushing unit 5, located along the axis 6 of the bit, directs the destroyed rock towards the side of the well and then into the inter-cone cavity 7. In this case, part of the sludge enters the cavity between the return cones 8 of the roller cones 3 and the lower end 9 body 1, forming a sludge plug. This in some cases, especially when drilling on clay rocks, can lead to jamming of cones 3. To exclude this phenomenon and to more effectively remove sludge from the bottom of the well in the proposed bit, cones 3 with a certain inclination of teeth 4 are used, the lateral faces of which create a force F, most of the component of which F _{oc is} oriented towards the wellhead and the inter-cone cavity 7. Moreover, the total axial component of the force of the simultaneous mechanical action of all the oblique teeth 5 on the hydraulic medium ( am) the face for each cone 3 should be the same and directed to the side from the center to the periphery.

Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 3 перекатываются с одновременным проскальзыванием по поверхности забоя и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота с косыми зубьями способствует повышению эффективности разрушения горных пород за счет проскальзывания зубьев 4 относительно забоя. Особенно это касается пластичных пород. Разрушенная порода, благодаря выполнению венцов шарошек 3 с зубьями 4, имеющими наклон относительно образующей шарошки 3, при выходе зубьев 4 из контакта с поверхностью забоя, направляется в сторону периферии (направление движения потока показано на фиг.2 стрелками). Там она подхватывается промывочной жидкостью и наклонными зубьями 4, которые выполняя функцию шнековых лопастей, подают обогащенную шламом промывочную жидкость через межшарошечную полость 7 в затрубное пространство и далее на поверхность. При этом, благодаря выполнению шарошек 3 с одинаковой рабочей поверхностью для выноса шлама, исключается создание на забое турбулентных потоков, что в свою очередь гарантирует равномерное удаление шлама с забоя скважины и исключает образование шламовых пробок. Это позволяет избежать повторного измельчения шлама и тем самым уменьшить износ вооружения, а следовательно и увеличение проходки на долото и рост механической скорости бурения.The principle of operation of the drill bit is as follows. When the bit is rotated, the cone 3 rolls with simultaneous slipping over the face surface and destroys the rock under the influence of axial load and torque. The implementation of the bit with oblique teeth improves the efficiency of the destruction of rocks due to the slipping of the teeth 4 relative to the bottom. This is especially true of ductile rocks. The destroyed rock, due to the implementation of the crowns 3 with teeth 4, having an inclination relative to the generatrix of the cone 3, when the teeth 4 come out of contact with the surface of the face, is directed towards the periphery (the direction of flow is shown in Fig. 2 by arrows). There, it is picked up by the flushing fluid and the inclined teeth 4, which, acting as auger blades, feed the flushing fluid enriched with sludge through the inter-cone cavity 7 into the annulus and then to the surface. Moreover, due to the implementation of cones 3 with the same working surface for the removal of sludge, the formation of turbulent flows at the bottom is excluded, which in turn guarantees uniform removal of sludge from the bottom of the well and eliminates the formation of sludge plugs. This avoids the re-grinding of sludge and thereby reduce the wear of weapons, and therefore increase the penetration of the bit and increase the mechanical drilling speed.

Таким образом, предложенное долото благодаря более качественной очистке забоя от шлама позволяет повысить эффективность работы долота и тем самым снизить затраты на буровые работы.Thus, the proposed bit due to better cleaning of the bottom of the sludge can improve the efficiency of the bit and thereby reduce the cost of drilling work.

Claims

1. Drill roller bit, including paws with inclined trunnions parallel offset in plan relative to the axis of the bit, mounted on them with conical cones inclined relative to their forming with milled or cast teeth and a flushing unit, characterized in that the flushing unit is located along the axis of the bit , and for all cones, the crowns are made with oblique teeth, and the oblique teeth are inclined to the axis of the journal so that the total axial component of the force of the simultaneous mechanical action of all oblique teeth slaughter to the hydraulic environment of the face for each cone was the same and directed from the center to the periphery.

2. Drill roller according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the working surfaces of the oblique teeth to the generatrix of the cone is 5-45 °, while a smaller value of the angle of inclination corresponds to a larger value of the angle of inclination of the journal to the axis of the bit.