SU1745861A1

SU1745861A1 - Roller-cutter for drilling bit

Info

Publication number: SU1745861A1
Application number: SU904814556A
Authority: SU
Inventors: Александр Константинович Забурдаев; Виктор Иванович Поздняков; Роман Иосифович Гук
Original assignee: Л. К. Забурдаев. В. И. Поздн ков и Р. И. Гук
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1992-07-07

Abstract

,Изобретение относитс к буровому по- родорззрушающому инструменту. Цель изо- .бретени - повышение эффективности работы шарошки (Ш) за счет усилени динамического воздействи . Ш бурового долота содержит клиновидные зубь вершинного венца (ВВ) 2, среднего венца (СВ) 3 и периферийного венца 4. Зубь на СВ 3 выполнены с уменьшенной высотой и расположены чередованием с зубь ми нормальной высоты . Вершины зубьев с уменьшенной высотой расположены на линии, соедин ющей вершины соседних зубьев. Зубь В В 2 выполнены в плоскости расположени зубьез нормальной высоты СВ 3. При перекатыва- нии Ш1 под осевой нагрузкой по поверхности забо в процессе бурени скважинь- благодар конструктивному выполнению зубьев СВ 3 и зубьев В В 2 в одной диамет-- ральной плоскости зубь посто нно без отрыва от забо контактируют с горной породой, обеспечива равномерное разрушение породы по радиусу скважины, снижа мри этом удельную нагрузку на оди.; контактирующий зуЬ, что повышает его надежность . Разрушение породы осущсстсл - етс путем реализации зффекта дроблени . который усиливаетс по сравьпншо с прототипом . Таким образом, в новой конструкции шарошки повышаетс надежность фрезерованных зубьев и ускор етс процесс раэру-. шени горной породы. При этом увеличиваютс проходк на долото и механическа скорость бурени за рейс. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. сл сThe invention relates to a drilling tool. The goal of izobreteni is to increase the efficiency of the cone (III) by increasing the dynamic effect. The worm bit contains a wedge-shaped teeth of the apex crown (BB) 2, an average crown (CB) 3 and a peripheral crown 4. The tooth on the CB 3 is made with a reduced height and arranged alternating with the teeth of a normal height. The tops of the teeth with a reduced height are located on the line connecting the tops of the adjacent teeth. The teeth of В В 2 are made in the plane of arrangement of the tooth of the normal height of the CB 3. When Rolling Ш1 under the axial load on the bottom surface during the drilling of wells, due to the constructive implementation of the CB 3 teeth and the В В 2 teeth in the same diametral plane, the tooth is permanent without contact with the rock, they ensure uniform destruction of the rock along the well radius, reducing the specific load on one; contacting zu, which increases its reliability. The destruction of the rock is accomplished through the realization of the crushing effect. which is enhanced by comparison with the prototype. Thus, in the new design of the roller cutter, the reliability of the milled teeth increases and the raeru- process is accelerated. sheni rock. This increases the penetration rate of the bit and the mechanical speed of drilling per trip. 1 hp f-ly, 5 ill. cl

Description

фиг. 5FIG. five

Изобретение относитс к технике и тех- юлогии бурени нефт ных, газовых и дру- их скважин и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации буровых шарошечных долот. The invention relates to techniques and techniques for drilling oil, gas and other wells and can be used in the design, manufacture and operation of roller cone bits.

Известна шарошка бурового долота с фрезерованными зубь ми, имеюща смещение своей оси относительно оси долота в направление его вращени , сконструированна дл бурени пород с реализацией режу щесд вига ющего действи .The known drill bit of a drill bit with milled teeth, having its axis displaced relative to the axis of the bit in the direction of its rotation, designed for drilling rocks with the implementation of a cutting action.

Недостаток конструкции шарошки заключаетс в низком показателе надежности (часовой стойкости) фрезерованных зубьев, что выражаетс в их поломке и абразивном износе, резко снижающем первоначальную агрессивность клиновидных зубьеп.The lack of construction of the roller cutter lies in the low reliability index (time resistance) of the milled teeth, which is expressed in their breakage and abrasive wear, which sharply reduces the initial aggressiveness of the wedge-shaped teeth.

Наиболее близок к изобретению вл етс шарошка бурового долота с фрезерованными зубь ми, имеюща смещение своей оси относительно оси долота в направлении его вращени , сконструированна дл бурени пород с реализацией дроб ще-сдвигающего действи .Closest to the invention is a bit of a drill bit with milled teeth, having a displacement of its axis relative to the axis of the bit in the direction of its rotation, designed for drilling rocks with a crushing-shearing action.

Недостаток известной шарошки заключаетс в том. что разный угловой шаг размещени зубьев на вершинном венце по сравнению со средним венцом приводит к периодическому отрыву от забо зубьев вершинного венца шарошки, что снижает эффективность разрушени породы в этой части забо , а также вызывает неравномерное нагружение контактирующих зубьев между венцами, интенсифициру их износ. Кроме того, малый шаг зубьев по венцам шарошки, создава эффект дроблени , сокращает врем взаимодействи зуба с породой и снижает динамической удар его о породу, что затрудн ет процесс создани усталостных напр жений в зоне контакта зуба с породой и последующего усталостного разрушени особенно твердой и крепкой породы. Все это существенно снижает показатели надежности фрезерованного вооружени (часовую стойкость и назначени механическую скорость за рейс) шарошечного долота в целом в процессе бурени скважин.A disadvantage of the known roller cutter is. that a different angular pitch of placement of teeth on the tip crown compared to the middle crown leads to periodic separation from the bottom of the teeth of the crown cutting tip, which reduces the efficiency of rock destruction in this part of the bottom, and also causes uneven loading of the contacting teeth between the crowns, intensifying their wear. In addition, a small tooth pitch on the rims of the cone, creating a crushing effect, shortens the time of tooth interaction with the rock and reduces its dynamic impact on the rock, which complicates the process of creating fatigue stresses in the contact zone of the tooth with the rock and subsequent fatigue failure of especially hard and strong breeds. All of this significantly reduces the reliability of milled weapons (hour resistance and assignment of mechanical speed per trip) of the roller bit as a whole during the drilling process.

. Цель изобретени - повышение эффективности работы шарошки за счет усилени динамического воздействи на забой скважины и увеличени стойкости зубьев.. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the roller cutter by increasing the dynamic effect on the bottom hole and increasing the durability of the teeth.

Указанна цель достигаетс тем, что в шарошке бурового долота, содержащей клиновидные зубь , расположенные на средних и вершинных венцах, зубь на средних венцах выполнены с уменьшенной высотой и расположены чередованием с зубь ми нормальной высоты, причем вершины зубьев с уменьшенной высотой расположены на линии, соедин ющей вер иины соседних зубьев вершинного венца выполнены в плоскост х расположени зубьев нормальной высоты средних венцов. .This goal is achieved by the fact that in a drill bit of a drill bit containing wedge-shaped teeth located on the middle and apical crowns, the teeth on the middle crowns are made with a reduced height and arranged alternating with a tooth of a normal height, with the tips of the teeth with a reduced height being located on the line, the connection The adjacent vertices of the adjacent teeth of the apical rim are made in the planes of the arrangement of the teeth of the normal height of the middle rims. .

На фиг. 1 показана шарошка с учетом ееFIG. 1 shows a roller cutter with its view

пространственного расположени в конструкции бурового долота; на фиг. 2 - схема взаимодействи зубьев известной шарошки с поверхностью забо скважины забо сква0 жины и конструктивные параметры этихspatial arrangement in the design of the drill bit; in fig. 2 is a diagram of the interaction of the teeth of a known roller cutter with the bottom hole surface of the well and the design parameters of these

зубьев; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг, 2; на фиг. 4 и 5 - схема взаимодействи зубьев . предлагаемой шарошки.teeth; in fig. 3 shows section A-A in FIG. 2; in fig. 4 and 5 is a tooth interaction diagram. proposed cones.

Шарошка бурового долота 1 содержитThe bit of drill bit 1 contains

5 клиновидные зубь 2-4 вершинного, среднего и периферийного венцов, выступающие над корпусом шарошки на высоту h. В иззе- стной шарошке зубь 2 вершинного венца имеют значительно больший угловой шаг/J i5 wedge-shaped teeth 2-4 of the apical, middle, and peripheral rims protruding above the roller cutter body to a height h. In a rolling cutter, the teeth of the 2 apex of the crown have a significantly larger angular pitch / J i

0 по сравнению с угловым шагом (5 ч, зубьев 3 .среднего венца, т.е. /3 1 . что объ сн етс малыми геометрическими размерами вершинного венца. Это приводит к тому, что зубь среднего 3 и вершинного 2 венцов0 compared to the angular pitch (5 hours, the teeth of the middle 3. of the crown, i.e. / 3 1., Which is explained by the small geometrical dimensions of the top crown. This leads to the fact that the tooth of the middle 3 and the top 2 crowns

5 шарошки не попадают в одну диаметральную плоскость, что вызывает периодический отрыв от забо зубьев 2 вершинного венца шарошки S. и, как следствие, снижает эффективность разрушени породы в этой5, the cutters do not fall into the same diametrical plane, which causes a periodic separation from the bottom of the teeth of the 2 apical rim of the cutter S. and, as a result, reduces the efficiency of rock destruction in this

0 части забо . Кроме того, такой отрыв приводит к неравномерному перераспределению наг рузки между другими венцами зубьев 3 и 4. что усиливает их износ, а также, в силу перекоса шарошки из-за отсутстви опор5 ной точки (точка т, фиг. 2), отрицательно сказываетс на элементах опоры шарошки.0 parts In addition, this separation leads to an uneven redistribution of load between the other rims of teeth 3 and 4. which increases their wear, and also, due to skewing of the cone due to the absence of a support point (point t, fig. 2), has a negative effect on elements support roller cutters.

В предлагаемой конструкции шарошки - (фиг. 4) в количественном отношении зубьев на среднем венце расположено в 2 разаIn the proposed design of the cutter - (Fig. 4) in terms of the teeth on the middle crown is located 2 times

0 больше, чем на вершинном венце1,т.е./ 1 . 2/3 2. При этом зубь на средних венцах расположены чередованием зубьев 3 с нормальной высотой h и зубьев 3 с уменьшенной высотой h1. ограниченной пр мой0 more than on the top crown1, i.e. / 1. 2/3 2. At the same time, the teeth on the middle crowns are alternated by teeth 3 with a normal height h and teeth 3 with a reduced height h1. limited pr my

5 линией cd. соедин ющей вершины двух соседних зубьев 3 с нормальной высотой h. Причем зубь 2 на вершинном венце шарошки выполнены в плоскост х расположени зубьев 3 нормальной высоты средних5 line cd. connecting vertices of two adjacent teeth 3 with a normal height h. Moreover, the teeth 2 on the apical rim of the cones are made in the planes of the arrangement of the teeth 3 of the normal height of the middle

0 венцов (плоскости по линии сто. dno и. т.д.).0 crowns (the plane along the line of one hundred. Dno and. Etc.).

Така конструкци новой шарошки дает следующие преимущества по сравнению-с известной шарошкой.- Such a construction of a new cutter provides the following advantages over the known cutter.

5 Большой шаг зубьев 3 среднего венца IB в шарошке новой конструкции 9фиг. 4) по сравнению с шагом зубьев 3 среднего венца tA в известной шарошке 9фиг. 2) (IB tA) обеспечивает большой ударный импульс.5 Large tooth pitch 3 middle IB crown in a roller cone of a new design 9fig. 4) compared to the pitch of the teeth 3 of the middle crown tA in the famous cone 9fig. 2) (IB tA) provides a large shock pulse.

«3"3

что необходимо дл создани зон предраз- рушени о массиве горной породы забо .what is needed to create predvrashrasheniya zones of the rock massif.

Конструктивное выполнение зубьев 3 и 3 среднего венца в шарошке новой конструкции (фиг. 4) обеспечивает большое оре- 5Constructive execution of the teeth 3 and 3 of the middle crown in the roller cone of the new design (Fig. 4) provides a large 5-

-м взаимодействи зубьев 4 с нормальной высотой h, т.е. (фиг. 46) (р л (фиг. 2). Это ведет созданию усталостных напр жений в зоне контакта 3 среднего венцэ новой конструкции шарошки с породой и О последующему ее усталостному и устачост- interaction of teeth 4 with normal height h, i.e. (Fig. 46) (p L (Fig. 2). This leads to the creation of fatigue stresses in the contact zone 3 of the middle crown of the construction of the cone with the rock and O, followed by its fatigue and ustachost-

но-объемному разрушению. but-bulk destruction.

Без уменьшени количества зубьео на среднем венце в шарошке, что необходимо дл реализации эффекта дроблени , в кон- 15 струкции шарошки повышаетс надежностьWithout reducing the number of teeth on the middle crown in the roller cutter, which is necessary to realize the crushing effect, the reliability of

зубьев среднего венца, так как в фазе наибольшего изгиба с породой контактируют одновременно 3 зуба, что уменьшает удельную нагрузку на один зуб. 20the teeth of the middle crown, as in the phase of greatest bending, 3 teeth simultaneously contact the rock, which reduces the specific load on one tooth. 20

В конструкции шарошки дополнительно повышаетс надежность зубьео среднего - венца, поскольку зубь З1 с уменьшенной высотой h в момент контакта с породой работа ют толь ко на осевое сжатие, а предел 25 прочности металла на сжатие значительно выше предела прочности на изгиб. . Выполнение зубьев 2 на вершинном венце шарошки предлагаемой конструкции в одних и тех же диаметральных плоскост х 30 с зубь ми 3 нормальной высоты среднего венца устран ет отрыв от забо зубьев 2 вершинного венца при перекатывании ша- рошки. Это обеспечивает равномерное по- рэжение породы по профилю забо , 35 равномерное нагружение контактирующих с породой зубьев вершинного, среднего 3 и периферийного 4 венцов, равномерное распределение нагрузки между элементамиIn the construction of the roller cutter, the reliability of the middle-end crown rim is further increased, since the Z1 tooth with a reduced height h at the moment of contact with the rock works only on axial compression, and the limit 25 of the compressive strength of the metal is much higher than the bending strength. . The execution of the teeth 2 on the apical crown of the planes of the proposed design in the same diametrical 30 with the teeth 3 of the normal height of the middle crown eliminates the detachment from the bottom of the teeth 2 of the apical crown when rolling the pellet. This ensures uniform rock displacement along the bottom profile, 35 uniform loading of vertex, middle 3 and peripheral 4 crowns in contact with the rock, uniform load distribution between elements.

. опоры шарошки, что повышает надежность 40 вооружени и опоры шарошки и усиливает эффективность разрушени горной породы на забое скважины. . roller cutter supports, which increases the reliability of the weapon and roller cutter supports and enhances the effectiveness of rock destruction at the well bottom.

. Шарошка оаботает следующим образом .45 При перекатывании шарошки под осе . вой нагрузкой по поверхности забо в процессе бурени скважины, благодар конструктивному выполнению зубьев 3 среднего венца и зубьев 2 вершинного вен- 50 ца в одной диаметральной плоскости, зубь . The roller cutter works as follows .45 When rolling the roller cutter under the wasp. load on the surface of the bottomhole drilling process, due to the constructive implementation of the teeth 3 of the middle rim and the teeth 2 of the tip veneer-50 c in the same diametral plane, the tooth

2-4 посто нно без отрыва от забо контак тируют с горной породой, обеспечива равномерное разрушение породы по радиусу скважины, снижа при этом удельную на- 55 2–4 constantly, without interruption from the bottom of the bottomhole, contact with the rock, ensuring uniform rock destruction along the well radius, thus reducing the specific gravity by 55

грузку на один контактирующих зуб. что повышает его надежность. Разрушение породы осуществл етс путем реализации эффекта дроблени , который усиливаетс большим шагом IB зубьев 3 среднего венца. что обеспечивает большой ударным импульс , необходимый дл создани зон пред- разрушени . Выполнение зубьев среднего венца путем чередовани зубьев 3 с нормальной высотой h и зубьев З1 с уменьшенной высотой h , ограниченной пр мой линией cd, соедин ющей вершины двух соседних зубьеа 3 с нормальной высотой h. обеспечивает работу зубьев З1 только на осевое сжатие и распределение при этом осевой натруски между трем одновременно контактирующими зубь ми, вместо двух что повышает их надежность. При этом большое врем взаимодействи зубьев 3 в новой конструкции шарошки( 9°А) обеспечивает создание усталостных напр жений в зоне контакта зубьев с породой и последующему ее усталостному и усталостно-объемному разрушению.weight on one contacting tooth. which increases its reliability. The destruction of the rock is accomplished by implementing a crushing effect, which is enhanced by the large pitch IB of the teeth 3 of the middle crown. which provides a large shock pulse needed to create pre-destruction zones. The teeth of the middle rim are made by alternating the teeth 3 with a normal height h and teeth Z1 with a reduced height h limited by a straight line cd connecting the tops of two adjacent teeth 3 with a normal height h. ensures the operation of teeth Z1 only on axial compression and the distribution of axial natrus between three simultaneously contacting teeth, instead of two, which increases their reliability. At the same time, a large interaction time of the teeth 3 in the new design of the cone (9 ° A) ensures the creation of fatigue stresses in the zone of contact of the teeth with the rock and its subsequent fatigue and volume fatigue destruction.

Таким образом, в предлагаемой конструкции шарошки повышаетс надежность фрезерованных зубьев и ускор етс процесс разрушени горной породы. При зтом увеличиваетс проходка на долото и механическа скорость бурени зг .Thus, in the proposed cutter design, the reliability of the milled teeth increases and the process of rock destruction is accelerated. With this, the penetration of the chisel and the mechanical drilling rate of the sand are increased.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано практически в любой конструкции шарошечного доло1а с фрезерованным вооружением. .The proposed technical solution can be implemented in virtually any roller cone with milled arms. .

Claims

1. A drill bit containing wedge-shaped teeth located on the middle and apical crowns, in order to increase the efficiency of the operation of the cutter. due to the increased dynamic impact on the bottom hole, the teeth on the middle rims are made with a reduced height and are alternated with the teeth of a normal height, with the tips of the teeth with a reduced height located on the line connecting the tops of adjacent teeth.

2. Ball under item 1. Distinguished from the fact that, in order to increase the efficiency of the cutter by increasing the durability of the teeth, the teeth of the tip crown are made in the planes of the teeth of the normal height of the middle crowns.

(ABOUT

WITH

Yu

.

A-A

:: -

Jarofil Zabo