RU2549336C1

RU2549336C1 - Demountable drilling bit

Info

Publication number: RU2549336C1
Application number: RU2014113586/03A
Authority: RU
Inventors: Игорь Дмитриевич Богомолов; Олег Владиславович Любимов; Михаил Константинович Хуснутдинов; Дмитрий Александрович Малышкин
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2015-04-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: demountable drilling bit comprises a body-sleeve, an adapter screwed into it in the direction of rotation during drilling, with a central air channel and a connection nipple for a drill rod, hoes having shanks on one side, and cone rollers on the other, the central air duct in the body-sleeve, a floating spacer cone contacting with the end of the adapter and the inner conical surface of the shanks, the outer surface of which is rested by means of an annular recess in the mating surfaces of the body-sleeve, which mating with the hoes also occurs on the surfaces capable to perceive the torque. The body-sleeve comprises the upper part connected to the annular recess and the lower part, forming an inner cavity with outlet air ducts, the surfaces capable to perceive the torque are formed on the lower part of the body-sleeve with the openings into the inner cavity, the hoes are installed into the openings, one side of each opening is the support collar for the hoe on the upper part of the body-sleeve, the lower part of the body-sleeve in the direction of drilling is provided with recesses outside to accommodate the cone rollers and its end part is provided with a device to secure a keeping forward drilling tool, or keeping forward rock destruction tools are mounted on it.

EFFECT: increased reliability of the device.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в горном деле для бурения скважин со ступенчатой формой забоя, либо с расширением ранее пробуренной скважины прямым ходом.The invention can be used in mining for drilling wells with a stepped bottom shape, or with the expansion of a previously drilled well in direct motion.

Известен шарошечный расширитель, содержащий центральную трубу, имеющую на концах средство для соединения с буровым инструментом, закрепленные жестко на трубе поперечные пластины, соединенные с пластинами посредством резьбовых элементов лапы и прикрепленные к лапам шарошки. Резьбовые элементы представляют собой упорные винты, взаимодействующие концами со скошенными затылочными поверхностями лап (пат. на изобретение РФ №2021472, МПК Е21B 10/20, опубл. 15.10.1994).Known cone extender containing a Central pipe having at its ends a means for connecting with a drilling tool, transverse plates fixed rigidly to the pipe, connected to the plates by means of threaded paw elements and attached to the cone paws. The threaded elements are thrust screws, interacting with the ends with the beveled occipital surfaces of the paws (US Pat. For the invention of the Russian Federation No. 2021472, IPC E21B 10/20, publ. 15.10.1994).

Недостатком данной конструкции является низкая надежность узла крепления лап, связанная с увеличением зазоров сопряжения лап с пластинами из-за постепенной деформации резьбы винтов, подтягивание которой не может происходить в процессе бурения с использованием передаваемой на шарошечный расширитель нагрузки.The disadvantage of this design is the low reliability of the paw attachment unit, associated with an increase in the clearances between the paws and the plates due to the gradual deformation of the screw thread, the pulling of which cannot occur during drilling using the load transmitted to the roller expander.

Известно разборное буровое долото, содержащее корпус с соединительным ниппелем для буровой штанги и внутренней полостью, сменные секции лап с шарошками, сочлененные по поверхности их сопряжения. Наружная поверхность лап сопряжена с внутренней поверхностью корпуса по поверхности самотормозящего конуса. Сопряжение корпуса с лапами происходит также по поверхностям, способным воспринимать крутящий момент с помощью зуба, расположенного на нижнем торце корпуса (а.с. СССР №1606676. МПК Е21B 10/20, опубл. 15.11.1990).Known collapsible drill bit containing a housing with a connecting nipple for the drill rod and the internal cavity, interchangeable sections of the legs with cones, articulated on the surface of their interface. The outer surface of the paws is associated with the inner surface of the housing along the surface of the self-braking cone. The coupling of the body with the paws also occurs on surfaces capable of receiving torque using a tooth located on the lower end of the body (AS USSR No. 1606676. IPC E21B 10/20, publ. 15.11.1990).

Недостатком данной конструкции является неприспособленность конструкции для бурения опережающей центральной части скважины из-за невозможности крепления соответствующих породоразрушающих органов, а также восприятие узлом крепления сменных лап всей нагрузки, приходящейся на разборное буровое долото.The disadvantage of this design is the inadequacy of the structure for drilling the leading central part of the well due to the impossibility of fastening the corresponding rock-breaking organs, as well as the perception by the attachment point of the replaceable paws of the entire load attributable to the collapsible drill bit.

Наиболее близкое к заявляемому техническому решению является разборное шарошечное буровое долото, содержащее корпус-муфту, ввинченный в него по направлению вращения при бурении переводник с центральным воздушным каналом и соединительным ниппелем для буровой штанги, лапы, имеющие с одной стороны хвостовики, а с другой - шарошки, центральный воздушный канал в корпусе-муфте, плавающий распорный конус, контактирующий с торцом переводника и внутренней конической поверхностью хвостовиков, наружная поверхность которых уперта при помощи кольцевой выточки в ответные поверхности корпуса-муфты, сопряжение которого с лапами происходит также по поверхностям, способным воспринимать крутящий момент. В данной конструкции скрепляющее лапы усилие создается переводником, посредством резьбы за счет крутящего момента, передающегося на долото. Узел, воспринимающий крутящий момент, включает поверхности, способные воспринимать крутящий момент, которые образованы проточками на внутренней стороне корпуса-муфты (а.с. СССР №299632, МПК Е21B 10/20, опубл. 01.01.1971).Closest to the claimed technical solution is a collapsible cone drill bit containing a coupling body screwed into it in the direction of rotation when drilling a sub with a central air channel and a connecting nipple for the drill rod, legs having shanks on one side and cones on the other , the central air channel in the coupling housing, a floating spacer cone in contact with the end face of the sub and the inner conical surface of the shanks, the outer surface of which is abutted using a groove in the counter surfaces of the coupling body, the coupling of which with the paws also occurs on surfaces capable of absorbing torque. In this design, the paw-fastening force is created by the sub by means of a thread due to the torque transmitted to the bit. The torque sensing assembly includes surfaces capable of receiving torque, which are formed by grooves on the inside of the coupling body (AS USSR No. 299632, IPC E21B 10/20, published 01.01.1971).

Недостатком данной конструкции является низкая надежность узла крепления сменных лап, т.к. узлом крепления сменных лап воспринимается вся нагрузка, приходящаяся на разборное буровое долото, и при изготовлении проточек на внутренней стороне корпуса-муфты для его сопряжения с внешней поверхностью лап сложно достигается высокая точность изготовления.The disadvantage of this design is the low reliability of the attachment unit of the interchangeable legs, because the attachment unit of the interchangeable paws accepts the entire load attributable to the collapsible drill bit, and in the manufacture of grooves on the inner side of the coupling body for its interface with the outer surface of the paws, high manufacturing accuracy is difficult to achieve.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности разборного бурового долота путем обеспечения бурения опережающей центральной части скважины с упрощением изготовления узла, воспринимающего крутящий момент от сменных лап.The technical result of the invention is to increase the reliability of a collapsible drill bit by ensuring the drilling of the leading central part of the well with the simplification of the manufacture of a unit that receives torque from interchangeable paws.

Для достижения указанного технического результата, в разборном буровом долоте, содержащем корпус-муфту, ввинченный в него по направлению вращения при бурении переводник с центральным воздушным каналом и соединительным ниппелем для буровой штанги, лапы, имеющие с одной стороны хвостовики, а с другой - шарошки, центральный воздушный канал в корпусе-муфте, плавающий распорный конус, контактирующий с торцом переводника и внутренней конической поверхностью хвостовиков, наружная поверхность которых уперта при помощи кольцевой выточки в ответные поверхности корпуса-муфты, сопряжение которого с лапами происходит также по поверхностям, способным воспринимать крутящий момент, согласно изобретению корпус-муфта содержит соединенные верхнюю с кольцевой выточкой и нижнюю части, образуя внутреннюю полость, с выходными воздушными каналами, поверхности, способные воспринимать крутящий момент, образованы на нижней части корпуса-муфты проемами во внутреннюю полость, в проемы установлены лапы, одна из сторон каждого проема является для лапы опорным буртом на верхней части корпуса-муфты, нижняя часть корпуса-муфты по направлению бурения снабжена снаружи выемками для размещения шарошек и крайняя его часть снабжена устройством для закрепления опережающего бурового инструмента, либо на ней установлены опережающие породоразрушающие органы.To achieve the specified technical result, in a collapsible drill bit containing a coupling sleeve, a sub with a central air channel and a connecting nipple for the drill rod screwed into it in the direction of rotation during drilling, legs with shanks on one side and cones on the other, the central air channel in the coupling housing, a floating spacer cone in contact with the end face of the sub and the inner conical surface of the shanks, the outer surface of which is abutted with an annular groove in the hole According to the invention, the coupling housing comprises connected upper with an annular groove and lower parts, forming an internal cavity, with output air channels, surfaces capable of receiving torque are formed on the lower part of the coupling housing with openings in the internal cavity, paws are installed in the openings, one of the sides of each opening is a support collar for the paws on the upper part of the housing you are, the lower part in the direction of drilling, the clutch housing is provided with grooves on the outside for placing cones and the extreme part of it is equipped with a device to secure the advanced drilling equipment, or if it installed forward-cutters authorities.

Благодаря этому проемы изготовлены путем механической обработки внешней поверхности отдельной нижней части корпуса-муфты, которая затем соединяется с верхней его частью, это облегчает достижение высокой точности изготовления, а значит, повышает надежность узла крепления сменных лап. Нижняя часть корпуса-муфты является также средством для крепления опережающего бурового инструмента или породразрущающих органов, необходимых для обеспечения бурения опережающей центральной части скважины, с целью снижения нагрузки, приходящейся на узел крепления сменных лап.Due to this, the openings are made by machining the outer surface of the separate lower part of the coupling body, which is then connected to its upper part, this facilitates the achievement of high precision manufacturing, and thus increases the reliability of the attachment point of the removable paws. The lower part of the coupling housing is also a means for fastening the leading drilling tool or rock cutting bodies necessary to ensure drilling of the leading central part of the well in order to reduce the load attributable to the attachment point of the replaceable paws.

Для обеспечения бурения опережающей центральной части скважины в крепких породах и присоединения шарошечного опережающего бурового инструмента нижняя часть корпуса-муфты снабжена резьбовым ниппелем для закрепления опережающего бурового инструмента, выполнена с центральным воздушным каналом, сообщающимся с воздушным каналом плавающего распорного конуса.To ensure the drilling of the leading central part of the well in hard rocks and the attachment of the rolling cone leading drilling tool, the lower part of the coupling housing is provided with a threaded nipple for fixing the leading drilling tool, made with a central air channel in communication with the air channel of the floating expansion cone.

Для обеспечения податливости распорного конуса, в случае неточности изготовления, место сопряжения каналов плавающего распорного конуса и нижней части корпуса-муфты выполнено с осевым и радиальным зазором, который является бесконтактным щелевым уплотнением, либо в него установлена контактная упругая герметизирующая прокладка.To ensure compliance of the spacer cone, in case of manufacturing inaccuracy, the interface between the channels of the floating spacer cone and the lower part of the coupling housing is made with an axial and radial clearance, which is a non-contact gap seal, or a contact elastic sealing gasket is installed in it.

Для улучшения условий работы шарошек путем обеспечения очистки зоны их работы от буровой мелочи, нижняя часть корпуса-муфты имеет боковые выходные каналы, направленные в область действия шарошек.To improve the working conditions of the cones by cleaning the area of their work from drilling stuff, the lower part of the coupling body has lateral output channels directed to the area of operation of the cones.

На фиг.1 изображено разборное буровое долото с устройством для закрепления опережающего бурового инструмента в осевом разрезе с бесконтактным щелевым уплотнением места сопряжения каналов плавающего распорного конуса и нижней части корпуса-муфты; на фиг.2 - с опережающими породоразрушающими органами; на фиг.3 - вид сбоку на фиг.2; на фиг.4 - место сопряжения каналов плавающего распорного конуса и нижней части корпуса-муфты с контактной упругой герметизирующей прокладкой.Figure 1 shows a collapsible drill bit with a device for securing an advanced drilling tool in axial section with a non-contact gap seal of the interface between the channels of the floating spacer cone and the lower part of the coupling body; figure 2 - with leading rock-breaking bodies; figure 3 is a side view of figure 2; figure 4 - the place where the channels of the floating spacer cone and the lower part of the housing-clutch with a contact elastic sealing gasket.

Разборное буровое долото содержит лапы 1, имеющие с одной стороны хвостовики, а с другой - шарошки 2. Чаще всего на практике применяют три лапы 1, также может быть применено две лапы 1, как показано на фиг.1 и 2. Имеется корпус-муфта, состоящий из верхней 3 с кольцевой выточкой и нижней 4 частей, которые образуют полость с проемом для лап 1.A collapsible drill bit contains legs 1 having shanks on one side and cones 2 on the other. Most often, three legs 1 are used in practice, and two legs 1 can also be used, as shown in figures 1 and 2. There is a coupling body , consisting of an upper 3 with an annular undercut and a lower 4 parts that form a cavity with an opening for paws 1.

В верхнюю часть 3 корпуса-муфты ввинчен переводник 5 с устройством соединения, например, резьбовым ниппелем для соединения с буровой штангой (на чертеже не показано). В этом случае направление резьбы ниппеля, совпадающее с направлением вращения при бурении, одинаковое с направлением резьбы, соединяющей переводник 5 с верхней частью 3 корпуса-муфты. Переводник 5 имеет центральный воздушный канал.An adapter 5 is screwed into the upper part 3 of the coupling housing with a connection device, for example, a threaded nipple for connection with a drill rod (not shown in the drawing). In this case, the direction of the thread of the nipple, which coincides with the direction of rotation during drilling, is the same with the direction of the thread connecting the sub 5 with the upper part 3 of the coupling body. Sub 5 has a central air channel.

Имеется плавающий распорный конус 6, контактирующий с торцом переводника 5 и внутренней конической поверхностью хвостовиков лап 1, наружная поверхность которых уперта при помощи кольцевой выточки в ответные поверхности верхней части 3 корпуса-муфты. Распорный конус 6 имеет центральный воздушный канал, сообщающийся с центральным воздушным каналом переводника 5.There is a floating spacer cone 6 in contact with the end face of the sub 5 and the inner conical surface of the shanks of the legs 1, the outer surface of which is abutted with an annular groove in the mating surfaces of the upper part 3 of the coupling body. The spacer cone 6 has a central air channel in communication with the central air channel of the sub 5.

Лапы 1 сопрягаются по поверхностям, способным воспринимать крутящий момент, образованными на нижней части 4 корпуса-муфты поверхностями проема для лап 1 во внутреннюю полость. Одна из сторон проема является для лапы 1 опорным буртом на верхней части 3 корпуса-муфты. Для этого на нижней части 4 корпуса-муфты прорезаны, например, в случае применения двух лап 1, два прямоугольных паза, направленных диаметрально, в который установлены лапы 1, соприкасаясь с их боковыми поверхностями.The paws 1 are mated on surfaces capable of receiving torque, formed on the lower part 4 of the housing-clutch surfaces of the opening for the paws 1 into the internal cavity. One of the sides of the opening is for the paw 1 supporting collar on the upper part 3 of the coupling body. To do this, on the lower part 4 of the clutch housing, for example, in the case of using two paws 1, two rectangular grooves directed diametrically into which the paws 1 are installed are in contact with their side surfaces.

Нижняя часть 4 корпуса-муфты по направлению бурения имеет снаружи выемки для размещения шарошек и крайняя его часть снабжена устройством для закрепления опережающего бурового инструмента (фиг.1 и 2), либо на ней установлены опережающие породоразрушающие органы, например в виде резцов 7 (фиг.3).The lower part 4 of the coupling housing in the direction of drilling has recesses outside to accommodate the cones and its extreme part is equipped with a device for securing the leading drilling tool (Figs. 1 and 2), or leading rock-cutting organs are installed on it, for example in the form of cutters 7 (Fig. 3).

Устройство для закрепления опережающего бурового инструмента, например, выполнено с резьбовым ниппелем (фиг.1 и 2) для закрепления опережающего бурового инструмента (на чертеже не показан). В качестве опережающего бурового инструмента может использоваться шарошечное долото (на чертеже не показано), поэтому имеется центральный воздушный канал на нижней части 4 корпуса-муфты, сообщающийся с воздушным каналом плавающего распорного конуса 6. Также имеются выходные воздушные каналы 8, являющиеся боковыми, направленными в зону действия шарошек 2. Место сопряжения каналов плавающего распорного конуса 6 и нижней части 4 корпуса-муфты выполнено с осевым и радиальным зазором, который является бесконтактным щелевым уплотнением (фиг.1), либо в него установлена контактная упругая герметизирующая прокладка 9 (фиг.4).A device for securing an advanced drilling tool, for example, is made with a threaded nipple (FIGS. 1 and 2) for securing an advanced drilling tool (not shown). A cone bit (not shown in the drawing) can be used as a leading drilling tool, therefore, there is a central air channel on the lower part 4 of the coupling housing that communicates with the air channel of the floating expansion cone 6. There are also output air channels 8, which are lateral, directed to the action area of the cones 2. The interface between the channels of the floating expansion cone 6 and the lower part 4 of the coupling housing is made with an axial and radial clearance, which is a non-contact gap seal (Fig. 1), because it is installed in contact elastic sealing gasket 9 (Figure 4).

Работает разборное буровое долото следующим образом.Works collapsible drill bit as follows.

На переводник 6 от буровой штанги (на чертеже не показано) передается крутящий момент и осевое усилие. На лапы 1 от переводника 6 осевое усилие передается через опорный бурт на верхней части 3 корпуса-муфты, а крутящий момент - через поверхности, образованные на нижней части 4 корпуса-муфты поверхностями проемов для лап 1 во внутреннюю полость. Лапы 1 передают осевое усилие и крутящий момент на шарошки 2, благодаря этому происходит перекатывание шарошек 2 по разрушаемому забою (на чертеже не показан). Момент сопротивления перекатыванию шарошек 2 создает усилие на затягивание резьбы на сопряжении переводника 5 и верхней части 3 корпуса-муфты, таким образом, торец переводника 5 в процессе бурения давит на плавающий распорный конус 6, который благодаря конической поверхности сопряжения с лапами 1, создает скрепляющее лапы 1 усилие, благодаря его податливости и, в случае неточности изготовления, благодаря тому, что место сопряжения каналов плавающего распорного конуса 6 и нижней части 4 корпуса-муфты выполнено с осевым и радиальным зазором, который является бесконтактным щелевым уплотнением (фиг.1), либо в него установлена контактная упругая герметизирующая прокладка 9 (фиг.4).Torque and axial force are transmitted to the sub 6 from the drill rod (not shown in the drawing). The axial force is transmitted to the legs 1 from the sub 6 through the support collar on the upper part 3 of the clutch housing, and the torque is transmitted through the surfaces formed on the lower part 4 of the clutch housing by the surfaces of the openings for the legs 1 to the internal cavity. Paws 1 transmit axial force and torque to the cones 2, due to this, the cones 2 roll over the destructible face (not shown in the drawing). The moment of resistance to rolling of the cones 2 creates an effort to tighten the threads at the interface between the sub 5 and the upper part 3 of the coupling body, thus, the end face of the sub 5 during drilling presses on the floating spacer cone 6, which, due to the conical mating surface with the legs 1, creates a fastening paws 1 force, due to its flexibility and, in case of manufacturing inaccuracy, due to the fact that the interface between the channels of the floating expansion cone 6 and the lower part 4 of the coupling housing is made with axial and radial clearance, to tory a contactless gap seal (1), or installed therein contacts the elastic sealing gasket 9 (Figure 4).

В случае использования шарошечного долота меньшего диаметра (на чертеже не показано) в качестве опережающего бурового инструмента, к нему воздух поступает по каналу переводника 5, плавающего распорного конуса 6, нижней части 4 корпуса-муфты.In the case of using a cone bit of a smaller diameter (not shown in the drawing) as an advanced drilling tool, air flows to it through the channel of a sub 5, a floating expansion cone 6, the lower part 4 of the coupling body.

Воздух поступает по каналу переводника 5 плавающего распорного конуса 6 и выходит для очистки скважины от буровой мелочи наружу, через боковой канал 8 нижней части 3 корпуса-муфты. В случае наличия опережающего породоразрушающего инструмента меньшего диаметра, например в виде резцов 7, воздух выходит через боковой канал 8.Air enters through the channel of the sub 5 of the floating expansion cone 6 and exits to clean the borehole from the trifle outside, through the side channel 8 of the lower part 3 of the coupling housing. If there is a leading rock cutting tool of a smaller diameter, for example in the form of cutters 7, air leaves through the side channel 8.

Опережающее шарошечное долото (на фиг.1 и 2 не показано) или резцы 7 (фиг.3) позволяют создавать ступенчатую форму забоя с опережающей центральной частью, а ступенчатая форма забоя, благодаря наличию уступа, создает благоприятные условия для разрушения породы шарошками 2, облегчая нагрузку на сменные лапы 1, таким образом, повышается надежность узла крепления сменных лап 1.The leading cone bit (not shown in Figs. 1 and 2) or cutters 7 (Fig. 3) allow you to create a stepped face with a leading central part, and the stepped face, thanks to the step, creates favorable conditions for the destruction of the rock by cones 2, making it easier the load on the interchangeable legs 1, thus increasing the reliability of the attachment point of the interchangeable legs 1.

Claims

1. A collapsible drill bit containing a coupling body screwed into it in the direction of rotation when drilling a sub with a central air channel and a connecting nipple for the drill rod, legs having shanks on one side and cones on the other, and a central air channel in the body -clutch, floating spacer cone in contact with the end face of the sub and the inner conical surface of the shanks, the outer surface of which is abutted with an annular groove in the counter surfaces of the coupling body, the interface of which with paws also occurs on surfaces capable of receiving a torque, characterized in that the clutch housing comprises a top with an annular recess and a lower part, forming an internal cavity, with output air channels, surfaces capable of receiving torque are formed on the lower part of the housing couplings with openings in the internal cavity, paws are installed in the openings, one of the sides of each opening is a support collar for the paws on the upper part of the coupling body, the lower part of the coupling housing in the direction of the Buren I was provided with the outside recesses for placing cones and the extreme part of it is equipped with a device to secure the advanced drilling equipment, or if it installed forward-cutters authorities.

2. The bit according to claim 1, characterized in that the lower part of the coupling body is provided with a threaded nipple for fastening the leading drilling tool, made with a central air channel in communication with the air channel of the floating expansion cone.

3. The bit according to claim 2, characterized in that the interface between the channels of the floating spacer cone and the lower part of the coupling housing is made with an axial and radial clearance, which is a non-contact gap seal, or a contact elastic sealing gasket is installed in it.

4. The bit according to claim 1, characterized in that the lower part of the housing-clutch has lateral output channels directed into the area of action of the cones.