SU1765348A1

SU1765348A1 - Drilling head

Info

Publication number: SU1765348A1
Application number: SU904875475A
Authority: SU
Inventors: Акбар Камилович Рахимов; Григорий Андреевич Подварков; Борис Леонтьевич Стеклянов; Александр Владимирович Торгашов; Юрий Николаевич Соколов; Анатолий Андреевич Логинов; Борис Петрович Филатов
Original assignee: Среднеазиатский государственный научно-исследовательский и проектный институт газовой промышленности
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-09-30

Abstract

Область использовани : бурение нефт ных , газовых и других скважин с отбором керна породоразрушающим инструментом. Техническа сущность: дл повышени эффективности работы бурильной головки вооружение шарошки усилено по объему. Это достигнуто за счет того, что внутреннее основание шарошки выпотнено в виде выпуклой поверхности. Цапфа выполнена с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности. При работе повышаетс износостойкость вершинной части шарошки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.Area of use: drilling of oil, gas and other wells with coring of rock cutting tools. Technical essence: to increase the efficiency of the drill head, the cutting edge armament is reinforced in volume. This is achieved due to the fact that the inner base of the cone is expelled in the form of a convex surface. The pin is made with a concave surface congruent convex surface. During operation, the wear resistance of the apical part of the cone is increased. 1 hp f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относитс к области бурени скважин, в частности к породоразруша- ющему инструменту дл бурени нефт ных, газовых и других скважин с отбором керна.The invention relates to the field of drilling, in particular, to a rock-destroying tool for drilling oil, gas and other wells with coring.

Известны четырехшарошечные бурильные головки с закрепленными на лапах коническими шарошками, которые обращены вовнутрь Недостатком этих бурильных головок вл етс то, что вершинные венцы шарошек, представленные одним-двум твердосплавными зубками, наход щимис на оси вращени шарошек, в отличие от других венцов работают в режиме резани , наход сь в посто нном контакте с породой забо . По этой причине приход ща с на вершинные венцы контактна работа разрушени в несколько раз выше по сравнению с другими венцами, что обуславливает опережающий износ вершинных венцов. При бурении в абразивных породах наступлениеFour-pointed drill heads are known with tapered cones fixed on their paws facing inwards. The disadvantage of these drill heads is that the tip crowns of the cones, represented by one or two hard-alloy teeth located on the axis of rotation of the cones, unlike other rims, work in cutting mode. , being in constant contact with the rock of the slab. For this reason, the contact work of destruction on the top crowns is several times higher in comparison with other crowns, which leads to advanced wear of the top crowns. When drilling in abrasive rocks

полного износа вершинных венцов приводит к быстрому истиранию тела шарошек с выламыванием и выпадением зубкового вооружени последующих венцов. В результате вершины шарошек срезаютс вплоть до обнажени цапф биоильной головки, а процесс выбуривани керна идет с образованием в призабойной части породного конуса, на котором бурильна головка в конце концов заклиниваетс . Таким образом, проходка на бурильную головку (за рейс) ограничиваетс опережающим износом вершинных венцов шарошек. По мере развити описанного процесса снижаетс и механическа скорость проходки.Full wear of the top crowns leads to rapid abrasion of the body of the cones with breaking out and dropping out of the armament of subsequent crowns. As a result, the tips of the cutters are cut down to the exposure of the pins of the bioeline head, and the process of drilling the core proceeds with the formation of a cone in the bottom-hole part, on which the boring head eventually wedges. Thus, the penetration of the drill head (per flight) is limited by the advanced wear and tear of the apical rims of the cutters. As the process described develops, the mechanical rate of penetration decreases.

Известна бурильна головка, снабженна шарошками с вогнутой вершинной частью , закрепленными на цилиндрических цапфах. Недостатком этой бурильной головки вл етс то, что величина радиуса кривизны вогнутой сферической поверхностиA known drill head is provided with cones with a concave apical part attached to cylindrical pins. The disadvantage of this drill head is that the magnitude of the radius of curvature of the concave spherical surface

sjsj

о ел соabout ate with

4 004 00

вершинной части шарошек не позвол ет разместить требуемый объем твердосплавного вооружени дл обеспечени сопоставимой износостойкости вершинной и периферийной частей шарошек. Величина радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части шарошки лимитируетс толщиной этой части тела шарошки , толщина же в свою очередь ограничена длиной цилиндрической цапфы, на которой закреплена шарошка. Таким образом , хот техническое решение по прототипу и повышает износостойкость вершинных венцов шарошек бурильной головки по сравнению с аналогом, однако оно не достаточно эффективно дл условий бурени в крепких абразивных породах. (Об этом свидетельствует полученный опыт отработки опытной партии бурильных головок , изготовленных в соответствии с техническим решением, прин тым за прототип ).the apical part of the cutters does not allow to place the required amount of carbide weapons to ensure comparable wear resistance of the apical and peripheral parts of the cones. The radius of curvature of the concave spherical surface of the apical part of the cone is limited by the thickness of this part of the body of the cone, while the thickness in turn is limited by the length of the cylindrical journal on which the cone is attached. Thus, although the technical solution of the prototype increases the wear resistance of the tip crowns of the cone of the drill head in comparison with the analog, but it is not sufficiently effective for drilling conditions in strong abrasive rocks. (This is evidenced by the experience gained in working out an experimental batch of drill heads manufactured in accordance with the technical solution adopted for the prototype).

Целью изобретени вл етс повышение эффективности работы бурильной головки за счет возможности усилени вооружени по объему.The aim of the invention is to increase the efficiency of the drill head due to the possibility of increasing the weapon volume.

Поставленна цель достигаетс тем, что у бурильной головки одержащей цапфу, закрепленную на цапфе шарошку с внутренним основанием, обращенным к цапфе и вогнутой вершинной частью с зубками.рас- положенными на поверхности вогнутой вер- шинной части шарошки, внутреннее основание шарошки выполнено в виде выпуклой поверхности, а цапфа поторцу обра- щенному к внутреннему основанию шарошки,выполнена с вогнутой поверхностью , конгруэнтной выпуклой поверхности внутреннему основанию шарошки, причем выпукла поверхность внутреннего основани шарошки выполнена в виде конической поверхности или сферической поверхности или цилиндрической поверхности.The goal is achieved by the fact that the drill head has a pin, fixed on the pin a roller cutter with an internal base facing the pin and a concave apical part with teeth located on the surface of the concave apex portion of the roller cone, is made in the form of a convex surface , and the axle is wicked towards the inner base of the cone, is made with a concave surface, the inner base of the cone is congruent to the convex surface, and the convex surface of the inner base is aroshki formed as a conical surface or a spherical surface or a cylindrical surface.

На чертеже показана бурильна головка , продольный разрез.The drawing shows a drill head, a longitudinal section.

Бурильна головка состоит из корпуса 1 с вогнутой вершинной частью 2, на которой размещено вооружение 3 Внутреннее основание корпуса 1 выполнено в виде выпуклой поверхности 4, обращенной к цапфе 5. Причем выпукла поверхность 4 выполнена в виде конуса или сферы, или цилиндра. Цапфа 5 снабжена вогнутой поверхностью, конгруэнтной поверхности 4 корпуса 1.The drill head consists of a housing 1 with a concave apical part 2 on which the armament 3 is placed. The inner base of the housing 1 is made in the form of a convex surface 4 facing the trunnion 5. Moreover, the convex surface 4 is made in the form of a cone or sphere, or a cylinder. The pin 5 is provided with a concave surface congruent to the surface 4 of the housing 1.

Бурильна головка работает следующим образом.The drill head works as follows.

При вращении головки каждый венец шарошки разрушает свой кольцевой участок забо . Шарошка формирует столбик керна, имеющий в призабойной части форму сферы. Вооружение, помещенное на вогнутой поверхности вершинной частиWhen the head is rotated, each crown of the roller cutter destroys its annular bottom section. The roller cutter forms a core column, which has the shape of a sphere in the bottom-hole part. Armament placed on the concave surface of the top part

шарошки, наход сь посто нно в контакте с породой забо в форме сферической поверхности , разрушают эту часть забо в более благопри тных услови х. Вследствие этого минимум удельных объемных работ разрушени возможно сместить на кольцевые участки забо скважины, которые перекрываютс основными (средними) венцами, т.е. по вл етс возможность варьировать схемой вооружени по всей поверхности шарошки , За счет охвата призабойной части керна сферическими поверхност ми шарошек обеспечиваетс повышение сохранности керна от разрушени усили ми изгиба, кручени , радиальной вибрации (так как наthe cones being constantly in contact with the rock in the form of a spherical surface destroy this part of the blade in more favorable conditions. As a result, the minimum of specific volume fracture works can be shifted to annular areas of the bottom hole, which overlap the main (middle) crowns, i.e. This makes it possible to vary the armament scheme over the entire surface of the cone; By covering the bottom face of the core with spherical surfaces of the cones, the preservation of the core from destruction by bending, torsion, and radial vibrations is increased (since

начальной стадии формировани керна его диаметр превышает номинальный). За счет увеличени радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части ша- рошки, достигаемого выполнениемthe initial stage of core formation, its diameter exceeds the nominal). Due to the increase in the radius of curvature of the concave spherical surface of the vertex part of the globule, achieved by

внутреннего основани шарошки выпуклой, а цапфы по торцу, обращенному к внутреннему основанию шарошки, выполненной с вогнутой поверхностью, конгруэнтной выпуклой поверхности внутреннему основанию шарошки, и соответственно размещени на этой поверхности более мощного по объему по сравнению с прототипом , обеспечиваетс повышение износостойкости вершинной части шарошки.the inner base of the cutter is convex, and the trunnion on the end facing the inner base of the cutter, made with a concave surface, the congruent convex surface of the inner base of the cutter, and accordingly placing more powerful in terms of this surface than the prototype, increases the wear resistance of the apical part of the cutter.

Форма выполнени выпуклой поверхности (коническа , сферическа или цилиндрическа ), выбираетс в зависимости от необходимости объема размещени вооружени .The shape of the convex surface (conical, spherical or cylindrical), is chosen depending on the need for the placement volume of the weapon.

Бурильна головка имеет следующие преимущества.The drill head has the following advantages.

За счет увеличени радиуса кривизны вогнутой сферической поверхности вершинной части возможно размещение более мощного вооружени по объему и повышение износостойкости этой наиболее нагруженной (в отношении контактной работы разрушени ) части шарошки.By increasing the radius of curvature of the concave spherical surface of the apical part, it is possible to place more powerful weapons in volume and increase the wear resistance of this most loaded (in terms of contact fracture work) part of the cone.

Благодар увеличению кривизны отмеченной части шарошки обеспечиваетс более рациональное формирование геометрии вооружени шарошки.By increasing the curvature of the marked part of the cutter, a more rational formation of the geometry of the cutter arms is provided.

За счет увеличени радиуса кривизны отмеченной части шарошки обеспечиваетс возможность более эффективного разрушени соответствующего забойного участка, так как здесь имеет место обуривание сфе- ры с постепенным переходом к номинальному диаметру керна, т е. имеет место ступенчатое разрушение породыBy increasing the radius of curvature of the marked part of the roller cone, it is possible to more effectively destroy the corresponding downhole area, since here the sphere is drowned with a gradual transition to the nominal core diameter, i.e.

За счет увеличени радиуса кривизны отмеченной части шарошки керн на началь- ной стадии формируетс в виде сферы значительно большего диаметра, чем его номинальный диаметр, а бурильна головка по соответствующим поверхност м шарошек центрируетс на сферическом пород- ном целике. При этом повышаетс сохранность керна от разрушени By increasing the radius of curvature of the marked part of the cone, the core at the initial stage is formed as a sphere with a much larger diameter than its nominal diameter, and the drill head is centered on the spherical rock pillar along the corresponding surfaces of the cones. This increases the safety of the core from destruction

За счет того, что внутреннее основание корпуса шарошки выполнено в виде выпук- лой поверхности, обращенной к цапфе, а цапфа выполнена с соответствующей (конгруэнтной ) вогнутой поверхностью, обеспечена требуема прочность корпуса шарошки при увеличенном радиусе кривиз- ны вогнутой сферической поверхности вершинной частиDue to the fact that the inner base of the body of the cutter is made in the form of a convex surface facing the trunnion, and the trunnion is made with a corresponding (congruent) concave surface, the required strength of the body of the cutter is ensured with an increased radius of curvature of the concave spherical surface of the apical part

Редактор З.ХодаковаEditor Z. Khodakova

Составитель-А Скалунов Техред М.МоргенталCompiled-A Skalunov Tehred M. Morgenth

Claims

1. A boring head containing a trunnion, a roller cutter mounted on the trunnion with an internal base facing the trunnion and a concave apical part and teeth located on the surface of the concave apical part of the roller cone, so that, in order to improve the efficiency of the boring head, the expense of increasing armament in terms of volume, the inner base of the cone is made in the form of a convex surface, and the pin on the end facing the inner base of the cone is made with a concave surface congruent to the convex surface of the inside trennogo base cones.

2. The drill head is pop1, characterized in that the convex surface of the inner base of the cone is made in the form of a conical surface, or a spherical surface, or a cylindrical surface.

Proofreader N Gunko