RU2623372C2 - Rolling drilling bit - Google Patents

Rolling drilling bit Download PDF

Info

Publication number
RU2623372C2
RU2623372C2 RU2012155562A RU2012155562A RU2623372C2 RU 2623372 C2 RU2623372 C2 RU 2623372C2 RU 2012155562 A RU2012155562 A RU 2012155562A RU 2012155562 A RU2012155562 A RU 2012155562A RU 2623372 C2 RU2623372 C2 RU 2623372C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cone
rim
blade
bit
hub
Prior art date
Application number
RU2012155562A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012155562A (en
Inventor
Леонид Борисович Добролюбов
Ирина Григорьевна Добролюбова
Наталья Витальевна Павловская
Анатолий Иванович Степанюк
Юрий Анатольевич Степанюк
Original Assignee
Леонид Борисович Добролюбов
Ирина Григорьевна Добролюбова
Наталья Витальевна Павловская
Анатолий Иванович Степанюк
Юрий Анатольевич Степанюк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Леонид Борисович Добролюбов, Ирина Григорьевна Добролюбова, Наталья Витальевна Павловская, Анатолий Иванович Степанюк, Юрий Анатольевич Степанюк filed Critical Леонид Борисович Добролюбов
Publication of RU2012155562A publication Critical patent/RU2012155562A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2623372C2 publication Critical patent/RU2623372C2/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/08Roller bits
    • E21B10/20Roller bits characterised by detachable or adjustable parts, e.g. legs or axles
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/50Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of roller type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: rolling drilling bit contains a body with an inclined pin, the blade, which is continuation of the ground removing screw, and cutter with crowns of arms, made in the form of a truncated sphere, on the cut surface of which the ring trough is made, the cross section of which is closed by the lower end of the blade, repeating the trough profile, and forming the sharp angle with the cut surface of the sphere. The bit blade is made as a spiral turn, reinforced at the body with the angular inclination to the horizontal less, than the granular materials slope of repose. The cutter is made composite and includes a sealed hub with the rim, made in the form of a solid disc with a spherical diametric surface and the ring trough, located on the front side of the disc, and the removable band, formed as a hollow truncated sphere, mounted coaxially on the hub on the reverse side of the rim, so that, the spherical surfaces of the rim and band have a common center and, together form a hemisphere of the cutter. The spherical surfaces of the rim and band are equipped with crowns of arms in the form of hard-alloy bits, and the edge of the rim, the lower end and the blade spiral edge is covered with the hard wear resistant material.
EFFECT: increase of arms durability, operating life and productivity of rolling drilling bit work.
5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам, и может быть использовано для бурения скважин в грунтах различной прочности, в том числе в мерзлых, вечномерзлых и талых грунтах с включениями гальки, гравия и валунов.The invention relates to a rock cutting tool, namely to cone drill bits, and can be used for drilling wells in soils of various strengths, including frozen, permafrost and thawed soils with inclusions of pebbles, gravel and boulders.

Известно буровое шарошечное долото с режущими лопастями, содержащее корпус с укрепленными на нем лопастями, расположенными между шарошками и являющимися продолжением спирали породоудаляющего шнека [1].Known cone drill bit with cutting blades, comprising a housing with blades mounted on it, located between the cone and a continuation of the spiral of the rock-removing screw [1].

Недостатком данного бурового шарошечного долота является то, что его режущие лопасти не могут обеспечить перемещение бурового шлама с поверхности забоя скважины на рабочую поверхность спирали породоудаляющего шнека буровой машины. Это обусловлено тем, что режущие лопасти долота укреплены на корпусе под углом более 50 градусов к горизонтали вследствие того, что между смежными шарошками не имеется достаточного пространства для более пологого крепления режущих лопастей.The disadvantage of this cone drill bit is that its cutting blades cannot ensure the movement of drill cuttings from the surface of the bottom hole to the working surface of the spiral of the rock-removing screw of the drilling machine. This is due to the fact that the cutting blades of the bit are mounted on the body at an angle of more than 50 degrees to the horizontal due to the fact that between adjacent cones there is not enough space for a flatter mounting of the cutting blades.

Перемещение разрыхленных грунтов и пород вверх по спирали породоудаляющего шнека, обеспечивающее эффективное транспортирование выбуренной породы, возможно только при условии, когда угол наклона спирали шнека к горизонтали будет меньше угла естественного откоса для транспортируемого материала. Для разрыхленных грунтов и раздробленных горных пород, в том числе бурового шлама, угол естественного откоса не превышает величину 35-40° к горизонтали. В приведенном техническом решении угол наклона рабочих поверхностей режущих лопастей значительно превышает величину угла естественного откоса, что приводит к тому, что буровой шлам не перемещается вверх по наклонным (спиральным) поверхностям режущих лопастей и не удерживается на них, а наоборот, буровой шлам сползает вниз, на дно скважины, что исключает возможность транспортирования выбуренной породы в вертикальном направлении.Moving loosened soils and rocks upward along the spiral of the rock-removing screw, ensuring efficient transportation of cuttings, is possible only if the angle of inclination of the spiral of the screw to the horizontal is less than the angle of repose for the transported material. For loosened soils and fragmented rocks, including drill cuttings, the angle of repose does not exceed 35-40 ° to the horizontal. In the above technical solution, the angle of inclination of the working surfaces of the cutting blades significantly exceeds the angle of repose, which leads to the fact that the drill cuttings do not move upward along the inclined (spiral) surfaces of the cutting blades and are not held on them, but, on the contrary, the drill cuttings slide down, to the bottom of the well, which eliminates the possibility of transporting cuttings in the vertical direction.

Известно буровое шарошечное долото, включающее корпус с наклонной цапфой и установленную на ней посредством подшипников сферическую шарошку с венцами вооружения, выполненного в виде твердосплавных зубков, режущая кромка которых образована пересечением двух поверхностей, при этом режущие кромки смежных зубков поочередно ориентированы по направлению вращения долота и перпендикулярно ему [2].Known cone drill bit, comprising a housing with an inclined pin and mounted on it by bearings, a spherical cone with arms crowns made in the form of carbide teeth, the cutting edge of which is formed by the intersection of two surfaces, while the cutting edges of adjacent teeth are alternately oriented in the direction of rotation of the bit and perpendicular him [2].

Недостатком данного одношарошечного долота является невысокая долговечность вследствие значительного и неравномерного износа зубков вооружения шарошки. Причина этою явления заключается в том, что режущие кромки (лезвия) смежных зубков на каждом венце вооружения поочередно ориентированы по направлению вращения шарошки и перпендикулярно ему. Известно, что в процессе работы одношарошечного долота со сферической шарошкой зубки вооружения прорезывают на поверхности забоя скважины канавки (желобки) в виде непрерывной цепочки эпициклоид. На нисходящей ветви эпициклоиды каждый зубок движется в направлении от стенки скважины к ее центру, прорезывая канавку в монолитной, ненарушенной породе. Те зубки венцов вооружения, лезвия которых ориентированы перпендикулярно направлению вращения шарошки, имеют незначительные отклонения режущей кромки зубков от траектории нисходящей ветви эпициклоидальной канавки, прорезываемой данным зубком. Поперечное сечение такой канавки имеет клиновидную форму и минимальную площадь. Энергозатраты, связанные с выполнением такой канавки, минимальны. Зубки венцов вооружения, лезвия которых ориентированы по направлению вращения шарошки, прорезывают канавки боковой гранью. То есть, на нисходящем участке эпициклоидальной траектории лезвия таких зубков будут ориентированы перпендикулярно направлению движения. Ширина и поперечное сечение таких канавок значительно больше, чем смежных. Энергоемкость процесса прорезывания канавок боковой гранью зубков также увеличивается. На восходящей ветви траектории движения каждый зубок прорезывает канавку на такой поверхности забоя, которая изрезана канавками смежных зубков вооружения. Известно, что энергоемкость процесса разрушения монолитной скальной поверхности примерно в 4 раза больше энергоемкости разрушения породы сколом на открытую поверхность. Кроме того, абразивный износ лезвий зубков с клиновидными головками пропорционален энергозатратам на прорезывание канавок узким или широким лезвием. Следует отметить, что в конструкции данного шарошечного долота не предусмотрена возможность замены изношенного твердосплавного вооружения шарошки или ремонта долота путем замены изношенной шарошки, что ограничивает технологические возможности данного долота и снижает эффективность его работы.The disadvantage of this single-cone bit is its low durability due to the significant and uneven wear of the cone arms. The reason for this phenomenon is that the cutting edges (blades) of adjacent teeth on each weapon rim are alternately oriented in the direction of rotation of the cone and perpendicular to it. It is known that during operation of a single-cone bit with a spherical cone, the teeth of the weapon penetrate grooves (grooves) on the surface of the bottom of the well in the form of a continuous chain of epicycloids. On the descending branch of the epicycloid, each tooth moves in the direction from the borehole wall to its center, cutting a groove in a monolithic, undisturbed rock. Those cloves of armament crowns whose blades are oriented perpendicular to the direction of rotation of the cone have slight deviations of the cutting edge of the cloves from the trajectory of the descending branch of the epicycloidal groove cut through by this clove. The cross section of such a groove is wedge-shaped and has a minimum area. The energy costs associated with the implementation of such a groove are minimal. The teeth of the crowns of weapons, the blades of which are oriented in the direction of rotation of the cone, cut through the grooves with a side face. That is, on the descending section of the epicycloidal trajectory, the blades of such teeth will be oriented perpendicular to the direction of movement. The width and cross section of such grooves is much larger than adjacent. The energy intensity of the process of teething by the lateral face of the cloves also increases. On the ascending branch of the trajectory of movement, each clove cuts a groove on such a surface of the face, which is cut by grooves of adjacent cloves of weapons. It is known that the energy intensity of the destruction of a monolithic rock surface is approximately 4 times greater than the energy intensity of rock destruction by cleaving to an open surface. In addition, the abrasive wear of the blade teeth with wedge-shaped heads is proportional to the energy consumption for teething with a narrow or wide blade. It should be noted that the design of this roller cone bit does not provide for the possibility of replacing worn carbide weapons of the cone or repairing the bit by replacing the worn cone, which limits the technological capabilities of this bit and reduces its efficiency.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является буровое шарошечное долото, содержащее корпус с наклонной цапфой, лопасть, которая является продолжением породоудаляющего шнека, и шарошку с венцами вооружения, изготовленную в виде усеченной сферы, на поверхности среза которой выполнен кольцевой желоб, сечение которого перекрыто нижним концом лопасти, повторяющим профиль желоба и образующим острый угол с поверхностью среза сферы [3].Closest to the claimed technical solution is a roller cone bit containing a body with an inclined pin, a blade, which is a continuation of the rock-removing screw, and a cone with armament crowns, made in the form of a truncated sphere, on the cutting surface of which an annular groove is made, the cross section of which is blocked by the lower end blades, repeating the profile of the trough and forming an acute angle with the surface of the cut of the sphere [3].

Недостатком данного долота является низкая долговечность вооружения, что обусловлено интенсивным абразивным изнашиванием зубков вооружения, которое происходит вследствие непрерывного динамического контакта зубков с поверхностью забоя скважины. При 100% изношенности вооружения изношенность других частей долота не превышает 30-35%. Таким образом, срок службы долота ограничен стойкостью вооружения. При этом восстановление изношенного вооружения шарошки или изменение физических параметров долота для бурения различных типов горных пород осуществляют путем замены шарошки исключительно в заводских условиях, что ограничивает технологические возможности данного долота и снижает производительность работы бурового шарошечного долота в целом.The disadvantage of this bit is the low durability of the weapons, due to the intense abrasive wear of the teeth of the weapons, which occurs due to the continuous dynamic contact of the teeth with the surface of the bottom hole. With 100% deterioration of weapons, the deterioration of other parts of the bit does not exceed 30-35%. Thus, the life of the bit is limited by the durability of the weapons. In this case, the restoration of the worn-out weapons of the cone or changing the physical parameters of the bit for drilling various types of rocks is carried out by replacing the cone exclusively in the factory, which limits the technological capabilities of this bit and reduces the overall performance of the cone bit.

В основу изобретения поставлена задача создания такого бурового шарошечного долота, в котором путем усовершенствования конструкции достигается повышение долговечности вооружения, ресурса эксплуатации и производительности работы бурового шарошечного долота, а также расширение его технологических возможностей за счет изменения физических параметров его вооружения в процессе эксплуатации при снижении стоимости процесса бурения.The basis of the invention is the task of creating such a cone drill bit, in which by improving the design it is possible to increase the durability of weapons, service life and productivity of the cone drill bit, as well as expanding its technological capabilities by changing the physical parameters of its armament during operation while reducing the cost of the process drilling.

Поставленная задача решается тем, что в известном буровом шарошечном долоте, содержащем корпус с наклонной цапфой, лопасть, которая является продолжением породоудаляющего шнека, и шарошку с венцами вооружения, изготовленную в виде усеченной сферы, на поверхности среза которой выполнен кольцевой желоб, сечение которого перекрыто нижним концом лопасти, повторяющим профиль желоба и образующим острый угол с поверхностью среза сферы, согласно изобретению, лопасть долота выполнена в виде витка спирали, укрепленного на корпусе с угловым наклоном к горизонтали меньшим, чем угол естественного откоса сыпучих материалов, а шарошка выполнена составной и включает герметизированную ступицу с ободом, выполненным в виде сплошного диска со сферической диаметральной поверхностью и кольцевым желобом, расположенным на лицевой стороне диска, а также съемный бандаж, выполненный в виде пустотелой усеченной сферы, укрепленный коаксиально на ступице с обратной стороны обода таким образом, что сферические поверхности обода и бандажа имеют общий центр и, в совокупности, образуют полусферу шарошки, при этом сферические поверхности обода и бандажа оснащены венцами вооружения в виде твердосплавных зубков, а кромка обода, нижний конец и кромка спирали лопасти покрыты твердым, износостойким материалом.The problem is solved in that in the known drilling cone bit containing a body with an inclined pin, a blade, which is a continuation of the rock-removing screw, and a cone with armament crowns, made in the form of a truncated sphere, on the cutting surface of which an annular groove is made, the cross section of which is blocked by the lower the end of the blade, repeating the profile of the gutter and forming an acute angle with the cutting surface of the sphere, according to the invention, the blade of the bit is made in the form of a spiral coil, mounted on a housing with angular inclination horizontally smaller than the angle of repose of bulk materials, and the roller cone is made integral and includes a sealed hub with a rim made in the form of a continuous disk with a spherical diametrical surface and an annular groove located on the front side of the disk, as well as a removable band made in the form a hollow truncated sphere, mounted coaxially on the hub on the back of the rim so that the spherical surfaces of the rim and band have a common center and, together, form a hemisphere grooves, while the spherical surfaces of the rim and bandage are equipped with armament crowns in the form of carbide teeth, and the rim edge, lower end and spiral edge of the blade are coated with a hard, wear-resistant material.

Кроме того, диаметр обода ступицы выполнен меньшим, чем диаметр сферы шарошки, а бандаж укреплен на ступице с обратной стороны обода таким образом, что лицевая сторона обода и венец бандажа образуют кольцевой желоб, примыкающий к нижнему концу лопасти, при этом кромка венца бандажа с обеих сторон покрыта твердым, износостойким материалом.In addition, the diameter of the hub rim is made smaller than the diameter of the cone sphere, and the bandage is mounted on the hub on the back side of the rim so that the front side of the rim and the band of the band form an annular groove adjacent to the lower end of the blade, while the edge of the band of the band on both sides coated with hard, wear-resistant material.

Съемный бандаж укреплен на ступице при помощи замковых устройств, каждое из которых содержит U-образную скобу с параллельными свободными концами, которые запрессованы в парные радиальные отверстия, выполненные в стенке бандажа и в теле ступицы соосно, при этом радиальные крепежные отверстия в стенке бандажа выполнены сквозными, их входы попарно соединены желобками, а ответные им отверстия в теле ступицы выполнены глухими, при этом ширина и глубина желобков больше диаметра стержня U-образной скобы.The removable bandage is mounted on the hub using locking devices, each of which contains a U-shaped bracket with parallel free ends that are pressed into paired radial holes made in the bandage wall and in the hub body coaxially, while the radial mounting holes in the bandage wall are made through , their inputs are pairwise connected by grooves, and the holes corresponding to them in the body of the hub are made blind, while the width and depth of the grooves are greater than the diameter of the rod of the U-shaped bracket.

Целесообразно, когда венцы вооружения шарошки выполнены в виде твердосплавных зубков, имеющих головки, выполненные в виде лезвий клиновидного сечения, которые укреплены на соответствующих венцах таким образом, что продольная ось лезвия каждого зубка образует острый угол с соответствующей меридиональной плоскостью, проходящей через ось шарошки и продольную ось зубка, при этом величина угла наклона лезвия зубка к оси вращения шарошки меньше угла наклона цапфы к оси вращения долота.It is advisable when the crowns of the arms of the cone are made in the form of carbide teeth having heads made in the form of wedges of wedge-shaped section, which are mounted on the respective crowns in such a way that the longitudinal axis of the blade of each tooth forms an acute angle with the corresponding meridional plane passing through the axis of the cone and the longitudinal the axis of the tooth, while the angle of inclination of the blade of the tooth to the axis of rotation of the cone is less than the angle of inclination of the journal to the axis of rotation of the bit.

Кроме того, венцы вооружения шарошки выполнены в виде левосторонних косозубых клиновидных зубьев, выполненных из твердого, износостойкого материала, вершины которых образуют сферу, равную диаметру долота, а продольная ось каждого зуба образует острый угол с меридиональной плоскостью, пересекающей данный зуб, при этом величина острого угла меньше угла наклона цапфы к оси вращения долота.In addition, the cones of the cone arms are made in the form of left-handed helical wedge-shaped teeth made of hard, wear-resistant material, the tops of which form a sphere equal to the diameter of the bit, and the longitudinal axis of each tooth forms an acute angle with the meridional plane crossing this tooth, while the magnitude of the sharp angle less than the angle of the axle to the axis of rotation of the bit.

Выполнение лопасти долота в виде витка спирали, укрепленного на корпусе с угловым наклоном к горизонтали меньшим, чем угол естественного откоса сыпучих материалов,, позволяет обеспечить эффективную очистку скважины, так как в процессе вращения долота буровой шлам равномерно перемещается из желоба на нижний конец лопасти и далее непрерывным потоком вверх по спирали породоудаляющего шнека к устью скважины, не накапливаясь в межвитковом пространстве спирали.The implementation of the blade of the bit in the form of a spiral coil, mounted on the body with an angular inclination to the horizontal smaller than the angle of repose of bulk materials, allows for effective cleaning of the well, since during the rotation of the bit the drill cuttings uniformly move from the groove to the lower end of the blade and further continuous flow up the spiral of the rock-removing screw to the wellhead, without accumulating in the inter-turn space of the spiral.

Выполнение шарошки в виде составной конструкции, имеющей съемный бандаж, позволяет существенно увеличить ресурс работы долота за счет возможности многократной быстрой замены всего блока изношенного вооружения шарошки или замены одного типа вооружения шарошки другим. При этом бандаж с венцами вооружения, выполненного, например, в виде левосторонних косозубых клиновидных зубьев из твердого, износостойкого материала, в процессе эксплуатации может быть заменен другим бандажом, где венцы вооружения шарошки выполнены, например, в виде твердосплавных зубков с головками в виде лезвий клиновидного сечения, что повышает производительность работы долота, так как замена происходит непосредственно на буровой площадке, без разборки бурового става станка или ступицы долота. При этом в целом долговечность шарошки со сменным вооружением значительно повышается. Кроме того, расширяются технологические возможности долота, что позволяет эффективно разрабатывать неоднородные грунты и горные породы без замены одного типа бурового долота другим.The implementation of the cone in the form of a composite structure having a removable bandage can significantly increase the life of the bit due to the possibility of multiple quick replace the entire block of worn weapons cone or replace one type of cone weapons with another. At the same time, the bandage with the crowns of weapons made, for example, in the form of left-handed helical sphenoid teeth from hard, wear-resistant material, can be replaced during operation by another bandage, where the cones of the roller cone arms are made, for example, in the form of carbide teeth with heads in the form of wedge-shaped blades cross-sections, which increases the performance of the bit, as the replacement takes place directly at the drilling site, without disassembling the drill stand of the machine or the hub of the bit. Moreover, in general, the durability of the cone with replaceable weapons is significantly increased. In addition, the technological capabilities of the bit are expanded, which allows you to effectively develop heterogeneous soils and rocks without replacing one type of drill bit with another.

Кроме того, буровое шарошечное долото со сменным вооружением позволяет в 3-5 раз увеличить ресурс его работы до полного износа всех составных частей, что существенно снижает стоимость буровых работ.In addition, the cone drill bit with interchangeable armament allows 3-5 times to increase the resource of his work to the complete wear of all components, which significantly reduces the cost of drilling work.

Суть изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show:

- на фиг.1 - фронтальная проекция бурового шарошечного долота с частичным разрезом по оси шарошки, у которой диаметр обода ступицы равен диаметру сферы шарошки;- figure 1 is a frontal projection of a drill cone bit with a partial cut along the axis of the cone, in which the diameter of the hub rim is equal to the diameter of the cone of the cone;

- на фиг.2 - фронтальная проекция бурового шарошечного долота с частичным разрезом по оси шарошки, у которой диаметр обода ступицы меньше диаметра сферы шарошки;- figure 2 is a frontal projection of a drill cone bit with a partial cut along the axis of the cone, in which the diameter of the hub rim is less than the diameter of the cone of the cone;

- на фиг.3 - разрез по А-А фиг.1 - замковое устройство бандажа;- figure 3 is a section along aa figure 1 - locking device of the bandage;

- на фиг.4 - вид по стрелке Б фиг.1 - схема расстановки твердосплавных зубков вооружения на венцах обода и бандажа;- figure 4 is a view along arrow B of figure 1 is a diagram of the placement of carbide teeth of weapons on the rims of the rim and bandage;

- на фиг.5 - вид по стрелке В фиг.2 - схема расстановки левосторонних косозубых клиновидных зубьев на венцах вооружения шарошки;- figure 5 is a view along the arrow In figure 2 is a diagram of the arrangement of left-side helical sphenoid teeth on the crowns of the weapon;

на фиг.6 - схема ориентации лезвий твердосплавных зубков вооружения на отдельных отрезках эпициклоидальной траектории их движения;Fig.6 is a diagram of the orientation of the blades of carbide teeth of weapons on individual segments of the epicycloidal trajectory of their movement;

- на фиг.7 - схема ориентации лезвий косозубых клиновидных зубьев вооружения на отдельных отрезках эпициклоидальной траектории их движения;- Fig.7 is a diagram of the orientation of the blades of helical wedge-shaped teeth of weapons on individual segments of the epicycloidal trajectory of their movement;

- фиг.8 - фотографическое изображение опытного образца бурового шарошечного долота с клиновидными твердосплавными зубками вооружения (фрагмент натурных испытаний).- Fig. 8 is a photographic image of a prototype drill cone bit with wedge-shaped carbide teeth of weapons (fragment of full-scale tests).

Буровое шарошечное долото (вариант исполнения №1, приведенный на фиг.1) - содержит корпус 1 с наклонной цапфой 2 и спиральной лопастью 3, являющейся продолжением пород оудаляющего шнека 4 буровой машины. На цапфе с помощью подшипников установлена составная шарошка, части которой жестко связаны между собою.Drill bit (version No. 1, shown in figure 1) - contains a housing 1 with an inclined pin 2 and a spiral blade 3, which is a continuation of the rocks of the auger screw 4 of the drilling machine. On the axle with the help of bearings, a composite roller cone is installed, the parts of which are rigidly connected to each other.

Одна из составных частей шарошки содержит герметизированную ступицу 5 с ободом 6, выполненным в виде сплошного диска со сферической диаметральной поверхностью, наружный диаметр которого равен диаметру сферы шарошки без вооружения. На лицевой стороне 7 обода 6 расположен кольцевой желоб 8. Сферическая поверхность 9 лицевой стороны 7 обода 6 оснащена венцами вооружения, а кромка 10 обода 6 защищена с обеих сторон твердым, износостойким материалом.One of the components of the cone contains a sealed hub 5 with a rim 6 made in the form of a continuous disk with a spherical diametrical surface, the outer diameter of which is equal to the diameter of the cone of the cone without armament. An annular groove is located on the front side 7 of the rim 6. The spherical surface 9 of the front side 7 of the rim 6 is equipped with armament crowns, and the edge 10 of the rim 6 is protected on both sides by a hard, wear-resistant material.

Другая составная часть шарошки представляет собой съемный бандаж 11, выполненный в виде пустотелой усеченной сферы, укрепленной коаксиально с помощью замковых устройств (фиг.3) на ступице 5 с обратной стороны обода 6 таким образом, что сферические поверхности обода и бандажа имеют общий центр и, в совокупности, образуют полусферу шарошки. Сферические поверхности обода и бандажа оснащены венцами вооружения в виде твердосплавных зубков. При этом кромка 10 обода, нижний конец 12 лопасти 3 и кромка спирали лопасти защищены твердым износостойким материалом.Another component of the cone is a removable bandage 11, made in the form of a hollow truncated sphere, reinforced coaxially using locking devices (figure 3) on the hub 5 from the back of the rim 6 so that the spherical surfaces of the rim and the band have a common center and, in aggregate, they form the hemisphere of the cone. The spherical surfaces of the rim and brace are equipped with armament crowns in the form of carbide teeth. The edge 10 of the rim, the lower end 12 of the blade 3 and the edge of the spiral blades are protected by a hard wear-resistant material.

Вариант исполнения №1 предпочтителен для бурового инструмента диаметром менее 300 мм.Option No. 1 is preferred for a drilling tool with a diameter of less than 300 mm.

Буровое шарошечное долото (вариант исполнения №2, приведенный на фиг.2) - содержит корпус 1 с наклонной цапфой 2 и спиральной лопастью 3, являющейся продолжением породоудаляющего шнека 4 буровой машины. На цапфе с помощью подшипников установлена составная шарошка, части которой жестко связаны между собою.Drill bit (version No. 2 shown in figure 2) - contains a housing 1 with an inclined pin 2 and a spiral blade 3, which is a continuation of the rock-removing screw 4 of the drilling machine. On the axle with the help of bearings, a composite roller cone is installed, the parts of which are rigidly connected to each other.

Одна из составных частей шарошки содержит герметизированную ступицу 13 и обод 14, выполненный в виде сплошного диска, на лицевой стороне 15 которого выполнен кольцевой желоб 16, при этом диаметр обода меньше диаметра сферы шарошки.One of the components of the cone contains a sealed hub 13 and the rim 14, made in the form of a continuous disk, on the front side of which 15 an annular groove 16 is made, while the diameter of the rim is less than the diameter of the cone of the cone.

Другая составная часть шарошки представляет собой съемный бандаж 17, изготовленный в виде усеченной пустотелой сферы, укрепленной на ступице 13 с обратной стороны обода 14 с помощью замковых устройств (фиг.3) таким образом, что венец 18 бандажа образует периферийный борт кольцевого желоба 16. При этом нижний конец 12 лопасти 3, кромка спирали лопасти и наружная кромка 19 венца 18 защищены твердым, износостойким материалом, например, релитом.Another component of the cone is a removable bandage 17, made in the form of a truncated hollow sphere, mounted on the hub 13 from the back of the rim 14 using locking devices (Fig.3) so that the crown 18 of the bandage forms the peripheral side of the annular groove 16. When this lower end 12 of the blade 3, the edge of the spiral blade and the outer edge 19 of the crown 18 are protected by a solid, wear-resistant material, for example, relit.

Вариант исполнения №2 предпочтителен для бурового инструмента диаметром 300 мм и более.Option No. 2 is preferred for a drilling tool with a diameter of 300 mm or more.

Спиральная лопасть 3 укреплена на корпусе 1 (фиг.1 или фиг.2) с угловым наклоном к горизонтали. Угол а наклона рабочей (транспортирующей) поверхности к горизонтали меньше, чем угол α0 естественного откоса для грунтов и сыпучих материалов, например, бурового шлама. Нижний конец 12 лопасти 3 и профиль кольцевого желоба 8 ответны друг другу и образуют минимальный рабочий зазор, обеспечивающий подвижность сопряжения.The spiral blade 3 is mounted on the housing 1 (figure 1 or figure 2) with an angular inclination to the horizontal. The angle a of the inclination of the working (transporting) surface to the horizontal is less than the angle α 0 of the natural slope for soils and bulk materials, for example, drill cuttings. The lower end 12 of the blade 3 and the profile of the annular groove 8 are responding to each other and form a minimum working gap, ensuring the mobility of the pair.

При этом сечение кольцевого желоба перекрыто нижним концом лопасти, повторяющим профиль желоба и образующим острый угол с поверхностью среза сферы шарошки.In this case, the cross section of the annular groove is overlapped by the lower end of the blade, which repeats the profile of the groove and forms an acute angle with the cut surface of the cone sphere.

Съемный бандаж укреплен на ступице при помощи замковых устройств.A removable bandage is fixed on the hub using locking devices.

Каждое замковое устройство (фиг.3) содержит парные радиальные отверстия, выполненные по окружности бандажа параллельно верхнему срезу сферы, и U-образную скобу 20 с параллельными свободными концами. Входы сквозных радиальных отверстий 21, выполненные в стенке бандажа, попарно соединены желобками (канавками) 22, глубина и ширина которых больше, чем диаметр поперечного сечения стержневой заготовки скобы 20. Радиальные глухие отверстия 23, выполненные в теле ступицы, соосны отверстиям 21. Суммарная глубина отверстий 21 и 23 больше длины свободных концов скобы 20. Скоба установлена в радиальные отверстия с использованием внешней силы, принудительно. В процессе внедрения в отверстия 21 свободные концы скобы автоматически сближаются. В конечном (рабочем) положении наружная часть скобы 20 полностью погружена в полость желобка 22. Скоба прочно удерживается в отверстиях 21,23 за счет пластической (или упругой, в зависимости от материала скобы) деформации ее концов, образуя при этом надежный замок, фиксирующий бандаж на ступице.Each locking device (figure 3) contains a pair of radial holes made around the circumference of the brace parallel to the upper cut of the sphere, and a U-shaped bracket 20 with parallel free ends. The inputs of the through radial holes 21, made in the wall of the brace, are pairwise connected by grooves (grooves) 22, the depth and width of which is greater than the diameter of the cross section of the rod blank of the bracket 20. Radial blind holes 23, made in the body of the hub, are aligned with the holes 21. Total depth holes 21 and 23 are greater than the length of the free ends of the bracket 20. The bracket is installed in the radial holes using external force, forcibly. In the process of introduction into the holes 21, the free ends of the bracket automatically come closer. In the final (working) position, the outer part of the bracket 20 is completely immersed in the cavity of the groove 22. The bracket is firmly held in the holes 21,23 due to the plastic (or elastic, depending on the material of the bracket) deformation of its ends, thus forming a reliable lock fixing the bandage on the hub.

Венцы вооружения шарошки (вариант №1, фиг.1, фиг.4) выполнены в виде твердосплавных зубков, имеющих головки, изготовленные в виде лезвий клиновидного сечения. Зубки укреплены на соответствующих венцах сферической поверхности шарошки таким образом, что продольная ось лезвия каждого зубка образует острый угол β с соответствующей меридиональной плоскостью, проходящей через ось шарошки и продольную ось зубка. Величина угла β наклона лезвия зубка к оси вращения шарошки меньше угла ϕ наклона цапфы 2 к оси вращения долота. При такой компоновке зубков 24 лезвие каждого зубка имеет минимальное отклонение от эпициклоидальной траектории движения на нисходящей ветви каждой эпициклоиды и соответствующем отрезке канавки, прорезанной этим зубком на поверхности забоя (фиг.6). На нисходящем участке траектории движения каждый зубок перемещается по кривой линии от периферии к центру скважины. Глубина погружения зубка в породу увеличивается от минимума к максимуму. При этом прорезывание канавки в породе осуществляется передней гранью зубка, обеспечивая минимальную ширину канавки.The crowns of armament of the cone (option No. 1, figure 1, figure 4) are made in the form of carbide teeth having heads made in the form of wedges of wedge-shaped cross-section. The teeth are mounted on the corresponding crowns of the spherical surface of the cone so that the longitudinal axis of the blade of each tooth forms an acute angle β with the corresponding meridional plane passing through the axis of the cone and the longitudinal axis of the tooth. The angle β of the inclination of the clove blade to the axis of rotation of the cone is less than the angle ϕ of the inclination of the pin 2 to the axis of rotation of the bit. With this arrangement of the teeth 24, the blade of each tooth has a minimum deviation from the epicycloidal trajectory on the descending branch of each epicycloid and the corresponding segment of the groove cut by this tooth on the face (Fig.6). On the descending section of the trajectory of movement, each tooth moves along a curved line from the periphery to the center of the well. The depth of immersion of the tooth in the breed increases from minimum to maximum. In this case, the grooving in the rock is carried out by the front face of the tooth, providing a minimum width of the groove.

Известно, что именно на нисходящем участке траектории движения зубка любой формы процесс прорезывания канавки в коренной породе максимально энергоемкий.It is known that it is on the descending section of the trajectory of the tooth of any shape that the process of grooving in the bedrock is maximally energy-intensive.

Использование предложенного венца вооружения, выполненного в виде твердосплавных зубков с головками в виде лезвий клиновидного сечения, укрепленных на соответствующих венцах сферической поверхности шарошки таким образом, что продольная ось лезвия каждого зубка образует острый угол β с соответствующей меридиональной плоскостью, проходящей через ось шарошки и продольную ось зубка, позволяет при прорезывании узких канавок на самом трудоемком участке траектории резания породы, уменьшить энергозатраты в 3-5 раз по сравнению с резанием зубком, имеющим лезвие конической формы, и в 2-3 раза уменьшить энергозатраты по сравнению с клиновидным зубком, продольная ось лезвия которого совпадает с линией меридиана сферы шарошки (или с меридиональной плоскостью, проходящей через продольную ось данного зубка).Using the proposed crown of armament made in the form of carbide teeth with heads in the form of wedge-shaped blades mounted on the corresponding crowns of the spherical surface of the cone so that the longitudinal axis of the blade of each clove forms an acute angle β with the corresponding meridional plane passing through the cone axis and the longitudinal axis tooth, when teething narrow grooves in the most labor-intensive part of the path of cutting rocks, reduce energy consumption by 3-5 times compared with cutting com, the blade having a conical shape, and 2-3 times reduce power consumption as compared with a tapered clove, the longitudinal axis of the blade coincides with the meridian line of the sphere cone (or a meridional plane passing through the longitudinal axis of cloves).

Венцы вооружения шарошки (вариант 2, фиг.2, фиг.5) выполнены в виде левосторонних косозубых клиновидных зубьев 25, изготовленных из твердого, износостойкого материала, например стали, путем фрезерования, штамповки или литья, и могут иметь твердое, износостойкое покрытие, в том числе с примесью алмазов.The crowns of the arbor of the cone (option 2, FIG. 2, FIG. 5) are made in the form of left-handed helical sphenoid teeth 25 made of hard, wear-resistant material, for example steel, by milling, stamping or casting, and can have a hard, wear-resistant coating, in including an admixture of diamonds.

Вершины косозубых клиновидных зубьев 25 образуют сферу, равную диаметру долота. Продольное сечение зубьев у их основания может иметь вид удлиненного эллипса, четырехугольника, веретена или бочки. Продольная ось каждого зуба 25 образует острый угол β с меридиональной плоскостью, пересекающей этот зуб. Величина острого угла β меньше угла ϕ наклона цапфы 2 к оси вращения долота.The tops of the helical sphenoid teeth 25 form a sphere equal to the diameter of the bit. The longitudinal section of the teeth at their base may take the form of an elongated ellipse, quadrangle, spindle or barrel. The longitudinal axis of each tooth 25 forms an acute angle β with the meridional plane intersecting this tooth. The value of the acute angle β is less than the angle ϕ of the inclination of the axle 2 to the axis of rotation of the bit.

При таком выполнении зубьев 25 продольная ось каждого зуба направлена по касательной к нисходящей ветви (или ее отрезку) эпициклоидальной траектории движения данного зуба (фиг.7). В этом случае процесс прорезывания канавки в монолитной поверхности забоя скважины осуществляется с минимальными энергозатратами.With this embodiment of the teeth 25, the longitudinal axis of each tooth is directed tangentially to the descending branch (or its segment) of the epicycloidal trajectory of the tooth (Fig.7). In this case, the process of teething in the monolithic surface of the bottom of the well is carried out with minimal energy consumption.

В нижней точке эпициклоидальной траектории и на всем протяжении ее восходящей ветви (фиг.6, 7) лезвие твердосплавного зубка 24 (или продольная ось зуба 25) существенно отклоняется от линии касательной в любой точке восходящей ветви. При этом зубок 24 (или зуб 25) поворачивается боковой поверхностью к траектории движения, прорезывая в породе широкую канавку. Траектория восходящей ветви каждого зубка 24 (или зуба 25) неоднократно пересекает канавки, прорезанные соседними зубками на нисходящей ветви их движения. В этом случае зубок 24 (или зуб 25) разрушает породу методом скола на открытую поверхность, то есть в полость пересекаемых зубком (или зубом) канавок.At the lower point of the epicycloidal trajectory and throughout its ascending branch (6, 7), the blade of the carbide tooth 24 (or the longitudinal axis of the tooth 25) deviates significantly from the tangent line at any point of the ascending branch. In this case, the tooth 24 (or tooth 25) rotates with its lateral surface to the trajectory of movement, cutting a wide groove in the rock. The trajectory of the ascending branch of each tooth 24 (or tooth 25) repeatedly intersects the grooves cut by adjacent teeth on the descending branch of their movement. In this case, the tooth 24 (or tooth 25) destroys the rock by chipping to an open surface, that is, into the cavity of the grooves intersected by the tooth (or tooth).

Буровое шарошечное долото работает следующим образом.Drill bit is as follows.

Корпус 1 долота (например, фиг.1) соединяют с нижним концом породоудаляющего шнека 4 буровой машины и подают с вращением и заданной осевой нагрузкой на забой скважины. Зубки (или зубья) вооружения шарошки вступают в механическое зацепление с поверхностью забоя. При этом кольцеобразные венцы вооружения, выполненные на сферической поверхности шарошки, перекатываются по забою скважины. Поскольку шарошка одновременно вращается и вокруг оси цапфы 3 и вокруг оси долота, то каждый зубок (или зуб) венца вооружения осуществляет сложные пространственные перемещения: от периферии скважины к ее центру и в обратном направлении. В процессе перемещения от центра скважины на периферию зубки (или зубья) венца вооружения попутно выгребают буровой шлам на периферию забоя, к стенкам скважины. Буровой шлам, вытесненный зубками (зубьями) венца вооружения к стенкам скважины, попадает в зону действия кромки 10 обода 6. За период одного оборота корпуса 1 долота каждая точка сферической поверхности и кромки обода совершает относительно забоя и стенок скважины колебательное перемещение, которое подобно колебаниям бегущей (синусоидальной) волны. В нижней точке синусоидальной траектории движения определенный сектор кромки 10, подобно скребковому ковшу, зачерпывает и перемещает буровой шлам в направлении периферии (или стенок) скважины. В верхней точке синусоидальной траектории угол наклона периферийной боковой стенки желоба 8 превышает величину угла α0 естественного откоса для бурового шлама. В результате этого шлам самотеком осыпается на дно желоба 8, а затем перемещается вместе с желобом в зону расположения переднего конца 12 лопасти 3. Передний конец 12 лопасти долота вращается встречно направлению вращения желоба 8.The body 1 of the bit (for example, figure 1) is connected to the lower end of the rock-removing screw 4 of the drilling machine and is fed with rotation and a predetermined axial load on the bottom of the well. The teeth (or teeth) of the cone weapons are in mechanical engagement with the surface of the face. In this case, ring-shaped crowns of weapons made on the spherical surface of the cone roll over the bottom of the well. Since the cone rotates simultaneously around the axis of the axle 3 and around the axis of the bit, each tooth (or tooth) of the rim of the weapon performs complex spatial movements: from the periphery of the well to its center and in the opposite direction. In the process of moving from the center of the borehole to the periphery, the teeth (or teeth) of the rim of the weapon simultaneously rake the cuttings to the periphery of the face, to the walls of the borehole. The drill cuttings displaced by the teeth of the weapon crown to the walls of the well fall into the zone of action of the rim edge 10 of the rim 6. For a period of one revolution of the body 1 bit, each point of the spherical surface and the rim edge makes oscillatory movement relative to the bottom and walls of the borehole, which is similar to traveling vibrations (sinusoidal) wave. At the lower point of the sinusoidal trajectory, a certain sector of the edge 10, like a scraper bucket, scoops up and moves the drill cuttings in the direction of the periphery (or walls) of the well. At the upper point of the sinusoidal trajectory, the angle of inclination of the peripheral lateral wall of the groove 8 exceeds the angle of repose angle α 0 for drill cuttings. As a result of this, the sludge falls by gravity to the bottom of the chute 8, and then moves together with the chute to the area of the front end 12 of the blade 3. The front end 12 of the chisel blade rotates in the direction of rotation of the chute 8.

При этом лопасть долота выполнена в виде витка спирали, укрепленного на корпусе с угловым наклоном к горизонтали меньшим, чем угол α0 естественного откоса сыпучих материалов. В результате этого шлам равномерно перемещаеться по рабочей поверхности спирали вверх, где и попадет на спираль породоудаляющего шнека 4 и далее транспортируется на поверхность земли. После того, как глубина скважины достигнет заданной величины, буровой став с вращением извлекают из скважины. Буровую машину перемещают на ось следующей скважины. После чего цикл повторяют.In this case, the bit of the bit is made in the form of a spiral coil mounted on the body with an angular inclination to the horizontal less than the angle α 0 of the natural slope of bulk materials. As a result of this, the sludge evenly moves upward along the working surface of the spiral, where it will fall onto the spiral of the rock-removing screw 4 and then transported to the surface of the earth. After the depth of the well reaches a predetermined value, the drill string with rotation is removed from the well. The drilling machine is moved to the axis of the next well. After which the cycle is repeated.

В зависимости от условий эксплуатации, буровое шарошечное долото может быть переоснащено непосредственно на буровом участке путем замены съемного бандажа с одним видом вооружения, например твердосплавного, на другой, и наоборот.Depending on the operating conditions, the cone drill bit can be retrofitted directly at the drilling site by replacing a removable bandage with one type of weapon, for example carbide, with another, and vice versa.

Для этого буровое долото снимают с бурового става. Затем скобы 20 замкового устройства долота (например, фиг.2) извлекают из желобков 22. Бандаж 17 с вооружением, например, в виде клиновидных зубьев 25, снимают со ступицы 13 долота. Затем на ступицу устанавливают бандаж с вооружением в виде твердосплавных зубков 24 из комплекта сменного вооружения долота, входящего в состав изделия. Новый съемный бандаж фиксируют на ступице с помощью скоб 20. После проходки проблемного слоя в буримой скважине долото извлекают на поверхность. Бандаж с твердосплавным вооружением может быть заменен другим съемным бандажом с вооружением в виде клиновидных зубьев в той же последовательности операций сборки-разборки.For this, the drill bit is removed from the drill stand. Then the staples 20 of the locking device of the bit (for example, figure 2) are removed from the grooves 22. The bandage 17 with weapons, for example, in the form of sphenoid teeth 25, is removed from the hub 13 of the bit. Then, a bandage with weapons in the form of carbide teeth 24 from the set of replaceable weapons of the bit included in the product is installed on the hub. A new removable bandage is fixed on the hub using brackets 20. After penetrating the problem layer in the borehole, the bit is removed to the surface. The bandage with carbide weapons can be replaced by another removable bandage with weapons in the form of wedge-shaped teeth in the same sequence of assembly-disassembly operations.

В процессе бурения тяжелых (вечномерзлых и мерзлых) грунтов с включениями валунов и пропластков льда шнековыми буровыми машинами, когда возникает потребность в кратковременном использовании бурового шарошечного инструмента, оснащенного твердосплавным вооружением, производят переоснащение долота непосредственно на буровом участке путем установки съемного бандажа с соответсвующим типом вооружения.In the process of drilling heavy (permafrost and frozen) soils with inclusions of boulders and layers of ice with auger drilling machines, when there is a need for short-term use of a rolling cone tool equipped with carbide weapons, the bit is re-equipped directly on the drilling site by installing a removable bandage with the appropriate type.

Следует отметить, что современные шнековые буровые машины непригодны для бурения мерзлых грунтов со скальными включениями в виде гальки, гравия и валунов и не приспособлены для работы с шарошечными долотами. Предлагаемое новое техническое решение бурового шарошечного долота представляет собой органическое соединение одношарошечного долота и породоудаляющего шнека буровой машины. Такой буровой инструмент позволяет выполнять эффективное бурение скважин в грунтах различной прочности, в том числе в мерзлых, вечномерзлых и талых грунтах с включениями гальки, гравия и валунов, в грунтах со скальными включениями с помощью шнековых буровых машин в различное время, в том числе в зимнее период.It should be noted that modern screw drilling machines are unsuitable for drilling frozen soils with rock inclusions in the form of pebbles, gravel and boulders and are not suitable for working with cone bits. The proposed new technical solution of the cone drill bit is an organic combination of a single cone bit and a rock-removing screw of the drilling machine. Such a drilling tool allows efficient drilling of wells in soils of various strengths, including frozen, permafrost and thawed soils with inclusions of pebbles, gravel and boulders, in soils with rocky inclusions using screw drilling machines at different times, including in winter period.

Натурные испытания опытных образцов предложенного бурового шарошечного долота (фиг.8), показали высокую эффективность технологии шарошечно-шнекового бурения скважин в талых и вечномерзлых грунтах со скальными включениями в виде гальки, гравия и валунов, в бетоне и железобетоне, а также в горных породах, ниже средней твердости, в том числе трещиноватых. При этом, как показали испытания, стоимость буровых работ в районах вечной мерзлоты в 5-10 раз ниже, чем буровые работы известными буровыми шарошечными долотами.Field tests of the prototypes of the proposed cone drill bit (Fig. 8) showed high efficiency of the cone-auger drilling technology in thawed and permafrost soils with rock inclusions in the form of pebbles, gravel and boulders, in concrete and reinforced concrete, as well as in rocks, below average hardness, including fractured. At the same time, as tests have shown, the cost of drilling in permafrost areas is 5-10 times lower than drilling operations with well-known roller cone bits.

Кроме того, по сравнению с известными буровыми шарошечными долотами, отличительной особенностью предложенного технического решения является следующее:In addition, compared with the well-known roller cone bits, a distinctive feature of the proposed technical solution is the following:

- Угол α наклона рабочей (транспортирующей) поверхности лопасти к горизонтали меньше, чем угол α0 естественного откоса для грунтов и сыпучих материалов, например, бурового шлама. Поэтому в процессе вращения долота буровой шлам плавно поступает из желоба на нижний конец лопасти 3 и далее непрерывным потоком вверх по спирали породоудаляющего шнека 4, не накапливаясь в межвитковом пространстве спирали.- The angle α of inclination of the working (transporting) surface of the blade to the horizontal is less than the angle α 0 of the natural slope for soils and bulk materials, for example, drill cuttings. Therefore, in the process of rotation of the bit, the drill cuttings smoothly enter the trough to the lower end of the blade 3 and then in a continuous stream up the spiral of the rock-removing screw 4, without accumulating in the inter-turn space of the spiral.

- Шарошка долота может быть выполнена в виде быстросъемных бандажей с венцами вооружения в виде твердосплавных зубков или в виде левосторонних косозубых зубьев из твердого, износостойкого материала.- The bit cutter can be made in the form of quick-detachable bandages with armament crowns in the form of carbide teeth or in the form of left-handed helical teeth made of hard, wear-resistant material.

При этом, могут быть использованы породоразрушающие элементы с разными физико-механическими свойствами, геометрическими размерами, шагом установки и конфигурацией, что существенно расширяет технологические возможности долота, так как позволяет производить бурения различных типов горных пород одним и тем же долотом, на котором меняют венцы вооружение путем замены съемных бандажей в зависимости от условий эксплуатации. Причем технологическая операция смены вооружения может осуществляться непосредственно на буровой площадке силами персонала бурового станка, многократно в течение одной смены, без разборки бурового става или ступицы долота.At the same time, rock-destroying elements with different physicomechanical properties, geometric dimensions, installation pitch and configuration can be used, which significantly expands the technological capabilities of the bit, as it allows drilling of various types of rocks with the same bit on which the rims change armament by replacing removable bandages depending on operating conditions. Moreover, the technological operation of changing weapons can be carried out directly on the drilling site by the personnel of the drilling rig, many times during one shift, without disassembling the drill stand or bit hub.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить ресурс и эффективность работы бурового шарошечного долота, существенно расширить технологические возможности буровых машин за счет изменения физических параметров бурового инструмента и его вооружения в процессе эксплуатации, в 5-10 раз снизить стоимость буровых работ в районах вечной мерзлоты.Thus, the proposed technical solution allows to increase the resource and efficiency of the drill bit, significantly expand the technological capabilities of drilling machines by changing the physical parameters of the drilling tool and its armaments during operation, and reduce the cost of drilling in permafrost areas by 5-10 times.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Авторское свидетельство СССР №145867, МПК Е21В 9/08, опубл. 1962 г.).1. USSR author's certificate No. 145867, IPC Е21В 9/08, publ. 1962).

2. Авторское свидетельство СССР №1286726 А1, МПК4 Е21В 10/08, опубл. 30.01.1987.2. USSR Author's Certificate No. 1286726 A1, IPC 4 Е21В 10/08, publ. 01/30/1987.

3. Авторское свидетельство СССР №630393, МПК2 Е21В 9/08, опубл 30.10.1978 г.).3. USSR author's certificate No. 630393, IPC 2 Е21В 9/08, publ. 10/30/1978).

Claims (5)

1. Буровое шарошечное долото, содержащее корпус с наклонной цапфой, лопасть, которая является продолжением породоудаляющего шнека, и шарошку с венцами вооружения, изготовленную в виде усеченной сферы, на поверхности среза которой выполнен кольцевой желоб, сечение которого перекрыто нижним концом лопасти, повторяющим профиль желоба и образующим острый угол с поверхностью среза сферы, отличающееся тем, что лопасть долота выполнена в виде витка спирали, укрепленного на корпусе с угловым наклоном к горизонтали меньшим, чем угол естественного откоса сыпучих материалов, а шарошка выполнена составной и включает герметизированную ступицу с ободом, выполненным в виде сплошного диска со сферической диаметральной поверхностью и кольцевым желобом, расположенным на лицевой стороне диска, а также съемный бандаж, выполненный в виде пустотелой усеченной сферы, укрепленный коаксиально на ступице с обратной стороны обода таким образом, что сферические поверхности обода и бандажа имеют общий центр и, в совокупности, образуют полусферу шарошки, при этом сферические поверхности обода и бандажа оснащены венцами вооружения в виде твердосплавных зубков, а кромка обода, нижний конец и кромка спирали лопасти покрыты твердым износостойким материалом.1. A cone drill bit containing a body with an inclined pin, a blade, which is a continuation of the rock-removing screw, and a roller cone with arms crowns made in the form of a truncated sphere, on the cutting surface of which an annular groove is made, the cross section of which is overlapped by the lower end of the blade, repeating the profile of the groove and forming an acute angle with the cutting surface of the sphere, characterized in that the blade of the bit is made in the form of a spiral coil, mounted on the body with an angular inclination to the horizontal smaller than the angle of the natural on the slope of bulk materials, and the roller cutter is made integral and includes a sealed hub with a rim made in the form of a continuous disk with a spherical diametrical surface and an annular groove located on the front side of the disk, as well as a removable bandage made in the form of a hollow truncated sphere, mounted coaxially on the hub on the back of the rim so that the spherical surfaces of the rim and the band have a common center and, together, form the hemisphere of the cone, while the spherical surfaces of the rim and the braces are equipped with armament crowns in the form of carbide teeth, and the rim edge, lower end and spiral edge of the blade are coated with a hard wear-resistant material. 2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что диаметр обода ступицы выполнен меньшим, чем диаметр сферы шарошки, а бандаж укреплен на ступице с обратной стороны обода таким образом, что лицевая сторона обода и венец бандажа образуют кольцевой желоб, примыкающий к нижнему концу лопасти, при этом кромка венца бандажа с обеих сторон покрыта твердым износостойким материалом.2. Drill roller bit according to claim 1, characterized in that the diameter of the hub rim is made smaller than the diameter of the cone sphere, and the bandage is mounted on the hub on the back side of the rim so that the front side of the rim and the crown of the bandage form an annular groove adjacent to the lower end of the blade, while the edge of the crown of the bandage on both sides is covered with a hard wear-resistant material. 3. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что съемный бандаж укреплен на ступице при помощи замковых устройств, каждое из которых содержит U-образную скобу с параллельными свободными концами, которые запрессованы в парные радиальные отверстия, выполненные в стенке бандажа и в теле ступицы соосно, при этом радиальные крепежные отверстия в стенке бандажа выполнены сквозными, их входы попарно соединены желобками, а ответные им отверстия в теле ступицы выполнены глухими, при этом ширина и глубина желобков больше диаметра стержня U-образной скобы.3. Drill roller according to claim 1, characterized in that the removable bandage is mounted on the hub using locking devices, each of which contains a U-shaped bracket with parallel free ends that are pressed into paired radial holes made in the wall of the bandage and in the hub body is coaxial, while the radial mounting holes in the wall of the brace are made through, their inputs are pairwise connected by grooves, and the holes corresponding to them in the body of the hub are blind, while the width and depth of the grooves are larger than the diameter of the rod U- braznoy bracket. 4. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что венцы вооружения шарошки выполнены в виде твердосплавных зубков, имеющих головки, выполненные в виде лезвий клиновидного сечения, которые укреплены на соответствующих венцах таким образом, что продольная ось лезвия каждого зубка образует острый угол с соответствующей меридиональной плоскостью, проходящей через ось шарошки и продольную ось зубка, при этом величина угла наклона лезвия зубка к оси вращения шарошки меньше угла наклона цапфы к оси вращения долота.4. The roller cone bit according to claim 1, characterized in that the cones of the cone arms are made in the form of carbide teeth having heads made in the form of wedge-shaped blades that are mounted on the respective crowns in such a way that the longitudinal axis of the blade of each tooth forms an acute angle with the corresponding meridional plane passing through the axis of the cone and the longitudinal axis of the clove, while the angle of inclination of the clove blade to the axis of rotation of the cone is less than the angle of inclination of the journal to the axis of rotation of the bit. 5. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что венцы вооружения шарошки выполнены в виде левосторонних косозубых клиновидных зубьев, выполненных из твердого износостойкого материала, вершины которых образуют сферу, равную диаметру долота, а продольная ось каждого зуба образует острый угол с меридиональной плоскостью, пересекающей данный зуб, при этом величина острого угла меньше угла наклона цапфы к оси вращения долота.5. The roller cone bit according to claim 1, characterized in that the cones of the roller cone armament are made in the form of left-side helical wedge-shaped teeth made of hard wear-resistant material, the vertices of which form a sphere equal to the diameter of the bit, and the longitudinal axis of each tooth forms an acute angle with the meridional the plane crossing this tooth, while the acute angle is less than the angle of inclination of the journal to the axis of rotation of the bit.
RU2012155562A 2011-12-22 2012-12-19 Rolling drilling bit RU2623372C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201115201A UA101759C2 (en) 2011-12-22 2011-12-22 Roller-cutter drill bit
UAA201115201 2011-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012155562A RU2012155562A (en) 2014-06-27
RU2623372C2 true RU2623372C2 (en) 2017-06-26

Family

ID=59240676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012155562A RU2623372C2 (en) 2011-12-22 2012-12-19 Rolling drilling bit

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2623372C2 (en)
UA (1) UA101759C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU70963A1 (en) * 1947-04-24 1947-11-30 С.С. Стражников Conic roller cone chisel
SU112212A1 (en) * 1957-02-22 1957-11-30 Ю.Г. Силенок Sharoshka with a composite gear wreath for drills of large diameter
SU145867A1 (en) * 1961-07-08 1961-11-30 И.И. Барабашкин Roller bit with cutting blades
SU630393A1 (en) * 1977-03-09 1978-10-30 Институт Геотехнической Механики Ан Украинской Сср Rock roller bit
US5064007A (en) * 1988-11-23 1991-11-12 Norvic S.A. Three disc drill bit
RU2281378C2 (en) * 2004-10-27 2006-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет цветных металлов и золота" Method and device for drilling mud removal from hole

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU70963A1 (en) * 1947-04-24 1947-11-30 С.С. Стражников Conic roller cone chisel
SU112212A1 (en) * 1957-02-22 1957-11-30 Ю.Г. Силенок Sharoshka with a composite gear wreath for drills of large diameter
SU145867A1 (en) * 1961-07-08 1961-11-30 И.И. Барабашкин Roller bit with cutting blades
SU630393A1 (en) * 1977-03-09 1978-10-30 Институт Геотехнической Механики Ан Украинской Сср Rock roller bit
US5064007A (en) * 1988-11-23 1991-11-12 Norvic S.A. Three disc drill bit
RU2281378C2 (en) * 2004-10-27 2006-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет цветных металлов и золота" Method and device for drilling mud removal from hole

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012155562A (en) 2014-06-27
UA101759C2 (en) 2013-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5346025A (en) Drill bit with improved insert cutter pattern and method of drilling
US6367569B1 (en) Replaceable multiple TCI kerf ring
RU2531720C2 (en) Hybrid drilling bit with high side front inclination angle of auxiliary backup cutters
US4393948A (en) Rock boring bit with novel teeth and geometry
CN102392603B (en) Compound bit formed by rotary cutting bit and PDC (polycrystalline diamond compact) blades
CN102434105B (en) Composite bit with rotary cut rock-breaking function
CN102392605A (en) Compound bit formed by PDC (polycrystalline diamond compact) bits and rotary cutting bit
CN103261561A (en) A rock drill bit and a drilling assembly for percussive rock drilling
CN202493219U (en) Combined bit formed by peeling bits and PDC (Polycrystalline Diamond Compact) blades
RU2394145C1 (en) Drilling cone bit with central flush
RU2623372C2 (en) Rolling drilling bit
US7549490B2 (en) Arrangement of roller cone inserts
CN202441267U (en) Combined drill bit having rock-breaking function through rotary cutting
CN102400646B (en) Composite bit formed by rotary cut bit and roller bit
RU2696741C1 (en) Blade bit with wear-resistant cutting structure (embodiments)
RU2478767C2 (en) Crown bit
CN202441259U (en) Combined drill bit formed by rotary-cutting drill bit and cone drill bit
RU2334862C1 (en) Rotary drilling bit (versions)
CN202441266U (en) A combined bit formed by a PDC bit and a rotary cut bit
RU125617U1 (en) WELL CALIBRATOR
RU2442894C1 (en) Cutter for mining machinery
RU2332556C1 (en) Crown drilling bit
AU2018315044B2 (en) Tunnel boring machine
RU177284U1 (en) Starting milling cutter
RU140154U1 (en) MINING EXECUTIVE BODY

Legal Events

Date Code Title Description
FA93 Acknowledgement of application withdrawn (no request for examination)

Effective date: 20151221

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20160505

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171220