WO2008030205A1 - Drill bit provided with a sealed bearing support - Google Patents

Drill bit provided with a sealed bearing support Download PDF

Info

Publication number
WO2008030205A1
WO2008030205A1 PCT/UA2007/000049 UA2007000049W WO2008030205A1 WO 2008030205 A1 WO2008030205 A1 WO 2008030205A1 UA 2007000049 W UA2007000049 W UA 2007000049W WO 2008030205 A1 WO2008030205 A1 WO 2008030205A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cone
pin
bearing
drill bit
seal
Prior art date
Application number
PCT/UA2007/000049
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Igor Aleksandrovich Kupchinsky
Original Assignee
Igor Aleksandrovich Kupchinsky
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 Igor Aleksandrovich Kupchinsky filed Critical Igor Aleksandrovich Kupchinsky
Publication of WO2008030205A1 publication Critical patent/WO2008030205A1/en

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/08—Roller bits
    • E21B10/22—Roller bits characterised by bearing, lubrication or sealing details

Definitions

  • the invention relates to roller cone bits for drilling oil and similar wells, and more particularly to a device for bearing support of a drill bit and its sealing.
  • Such a chisel includes sections, each of which consists of a paw with a trunnion, cones and rotary supports of the cone on the trunnion, and the radial load on the cone is perceived mainly by rolling bearings - peripheral roller and lock ball, whose treadmills are performed in the axle and cone bodies, and balls are introduced through the oblique channel in the paw.
  • the bearing chamber here is protected by a seal between the journal and the roller cone, and the seal is made in the form of a rubber disk spring
  • the main disadvantages of the support design of the presented analogue of the drill bit are the complexity of the lock ball bearing, the relatively low load capacity determined by the use of rolling bearings, and the rapid abrasive wear of the bearings due to the fact that the sealing device in the form of a rubber disk spring does not have sufficient elasticity to ensure tightness of the bearing chamber.
  • common features are a paw with a trunnion, a cone, a bearing support and a seal between the trunnion and a cone.
  • the features common to this analogue are a paw with a pin, a cone, a bearing support with a peripheral plain bearing and a seal between the pin and the cone.
  • Drill bits are also known, the support of which contains a peripheral plain bearing, a lock ball bearing and is sealed with a seal between a pin and a roller cone made in the form of an end pair of fixed and rotating metal rings (see, for example, the above Hughes Christensen catalog - ULTRAMAX technology).
  • the metal rings are pressed tightly against each other along the end surfaces by means of an elastomeric shock absorber located axially between the pin and the stationary end ring, so that the shock absorber does not experience friction and corresponding heating during operation of the bit, and the heat generation in the seal is generally reduced due to less coefficient of friction of metal on metal in the end pair with respect to friction of an elastomer on metal.
  • This allows you to increase the speed of rotation of the bit (with a corresponding increase in heat generation in the bearings), but only to the extent that the heat resistance of the elastomeric shock absorber allows, so that the frequency of rotation of the bit remains relatively limited.
  • the features common to the last analogue are a paw with a pin, a cone, a bearing support with a peripheral sliding bearing and sealing of the bearing chamber by means of a mechanical seal in the form of fixed and rotating metal rings pressed against each other by flat surfaces by means of a shock absorber.
  • the closest analogue to the proposed invention is a drill bit containing a paw with a pin, a roller cone, peripheral and thrust sliding bearings, a ring that can lock the roller cone on the axle with sliding possibility, and a seal between the axle and the roller cone (see, for example, the Hughes Christensen catalog of Drill Bits,
  • the advantages of the prototype are the exclusion from the support of a ball lock bearing, which is difficult to manufacture and the peripheral sliding bearing of increased width (due to the absence of a ball lock bearing).
  • Known essential features of the prototype with respect to the invention are one at least a paw with a pin, a cone, a radial and thrust sliding bearings, a ring that locks the cone on the pin with the possibility of sliding, and a seal between the pin and the cone.
  • Known essential features of the proposed drill bit with a sealed bearing support are one, at least, a paw with a pin, a roller cutter, a sliding bearing and a seal between the pin and roller cone, containing an end pair of rotating and non-rotating metal rings and an annular shock absorber.
  • - support is formed by a sliding bearing mounted on the pin, the outer radial and opposite to the axle base end surfaces of which are movably mated with the mating surfaces of the cone, and the end surface of this bearing on the side of the axle base is movably mated with the mating surface of the sleeve inserted and connected to the cone from the side of the axle ;
  • the implementation of the shock absorber of the seal in the form of a metal annular membrane, which is connected around the perimeter of its inner circumference with a rotating end metal ring and connected with a roller cone along the perimeter of the outer circumference, allows eliminating the elastomer from the seal design, which seals the bearing chamber, thereby eliminating heat generation restrictions in bearings and providing the possibility of increasing the speed and load on the drill bit.
  • the implementation of the sliding bearing of two parts allows us to simplify the manufacturing technology of the bearing support as a whole.
  • the accompanying drawing illustrates a separate example of a structural implementation of the invention.
  • the drawing is a fragment of the section of the drill bit by the meridional plane along one of the sections of the bit and includes parts and elements directly related to the essence of the invention. Other details and elements of the drill bit in this drawing are not shown or are shown partially and fragmentarily, such as, for example, cone gears, tail paws, etc.
  • the drill bit includes at least one paw 1 with a pin 2, a cone 3 with gear, in this example, an armament 4 (shown fragmentarily), a sliding bearing 5, mounted on the cone by means of a key b and split a spring ring 7, a sleeve 8, inserted and connected to a roller cone (for example, by welding), and a seal that seals the bearing chamber, comprising a fixed end ring 9, inserted into the end of the legs 1, a rotating end ring 10, and a shock absorber in the form of an annular th metal membrane 11, which in its inner diameter is connected to the rotating ring 10 (for example, by welding), and in its outer diameter is connected to the sleeve 8 (also, for example, by welding).
  • Channel 12 connects the bearing chamber to a commonly used lubricating device (not shown).
  • the stationary mechanical seal ring 9 on the glue is inserted into the groove made in the end of the foot 1.
  • the sleeve 8 is assembled on the pin 2 with the membrane H and the mechanical seal ring 10.
  • the key b is inserted into the groove on the pin
  • the sliding bearing 5 is put on and stops on the trunnion with a split spring ring 7.
  • the cone 3 is put on the bearing 5, into which the sleeve 8 is inserted all the way, connected to the cone (for example, by welding).
  • the elastic annular membrane 11 bends and presses the mechanical seal ring 10 against the sealing mechanical ring 9 with a predetermined force.
  • the resulting bearing chamber together with a lubricating device (not shown), is filled with viscous grease.
  • the elastic separation diaphragm of the lubricating device together with the described seal provide sealing of the bearings, their protection from the abrasive-containing, during drilling, external environment.
  • the presented bearing support does not contain elastomeric elements, therefore, does not require temperature restrictions and can operate at increased speeds and loads. Work on increased loads is also facilitated by the design of sliding 5 - with relatively developed areas of contact radial and end surfaces.
  • the design presented can provide an increase in the mechanical drilling speed and, taking into account improved sealing and an increase in the life of the sealing device, an increase in the traveling drilling and penetration rate by one bit, which means a very significant increase in drilling efficiency.

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)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

The invention relates to roller bits which are used for drilling oil and similar wells, mainly at high rotational frequencies, high loads applied to a bit and high temperatures of a working medium. The invention is characterised in that the inventive bearing support comprises exclusively plane bearings and is sealed by means of a face seal which is provided with a metal membrane shock absorber and is devoid of elastomer elements. Said invention makes it possible to substantially increase the speed of rotation, the loads applied to the bit, the fitness to work and the service life of the bit at high temperatures in a well and in the chamber of a bearing support.

Description

БУРОВОЕ ДОЛОТО DRILL BIT
С ГЕРМЕТИЗИРОВАННОЙ ОПОРОЙ СКОЛЬЖЕНИЯWITH SEALED SLIDING BRACKET
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к шарошечным долотам для бурения нефтяных и подобных скважин, более конкретно - к устройству подшипниковой опоры бурового долота и её герметизации.The invention relates to roller cone bits for drilling oil and similar wells, and more particularly to a device for bearing support of a drill bit and its sealing.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известны шарошечные буровые долота с герметизированными подшипниковыми опорами, применяемые для бурения нефтяных и подобных скважин (см., например, Масленников И.К. Буровой инструмент. Справочник. - M.: Недра,Known cone drill bits with sealed bearings, used for drilling oil and similar wells (see, for example, Maslennikov IK Drilling tool. Reference book. - M .: Nedra,
1989, cc.65-69). Такое долото включает секции, каждая из которых состоит из лапы с цапфой, шарошки и опоры вращения шарошки на цапфе, причём радиальная нагрузка на шарошку воспринимается главным образом подшипниками качения - периферийным роликовым и замковым шариковым, беговые дорожки которого выполняются в телах цапфы и шарошки, а шарики вводятся через косой канал в лапе. От абразивного шлама, образующегося в процессе бурения, подшипниковая камера здесь защищается уплотнением между цапфой и шарошкой, причём уплотнение выполнено в виде обрезиненной тарельчатой пружины1989, cc.65-69). Such a chisel includes sections, each of which consists of a paw with a trunnion, cones and rotary supports of the cone on the trunnion, and the radial load on the cone is perceived mainly by rolling bearings - peripheral roller and lock ball, whose treadmills are performed in the axle and cone bodies, and balls are introduced through the oblique channel in the paw. From the abrasive sludge generated during drilling, the bearing chamber here is protected by a seal between the journal and the roller cone, and the seal is made in the form of a rubber disk spring
.К основным недостаткам конструкции опоры представленного аналога бурового долота являются сложность выполнения замкового шарикового подшипника, относительно низкая нагрузочная способность, определяемая применением подшипников качения, и быстрый абразивный износ подшипников вследствие того, что уплотнительное устройство в виде обрезиненной тарельчатой пружины не обладает эластичностью, достаточной для обеспечения герметичности подшипниковой камеры. В заявляемом изобретении по отношению к этому аналогу общими признаками являются лапа с цапфой, шарошка, подшипниковая опора и уплотнение между цапфой и шарошкой..The main disadvantages of the support design of the presented analogue of the drill bit are the complexity of the lock ball bearing, the relatively low load capacity determined by the use of rolling bearings, and the rapid abrasive wear of the bearings due to the fact that the sealing device in the form of a rubber disk spring does not have sufficient elasticity to ensure tightness of the bearing chamber. In the claimed invention with respect to this analogue, common features are a paw with a trunnion, a cone, a bearing support and a seal between the trunnion and a cone.
Известны опоры буровых долот с применением подшипника скольжения в качестве периферийного и герметизацией подшипниковой камеры посредством эластомерного кольца круглого поперечного сечения, установленного между цапфой и шарошкой радиально (cм.,нaпpимep, там же, cc.69-70; также долота серии STAR2 - "Каталог буровых долот" компании Хьюз Кристенсен, 2001г). Этот аналог отличается от предыдущего большей нагрузочной способностью за счёт периферийного подшипника скольжения, однако частота вращения и ресурс опоры долота этого аналога ограничиваются относительно низкой теплостойкостью радиального уплотнения, в котором генерируется тепло за счёт трения между цапфой и вращающимся вместе с шарошкой уплотнением. К тому же нагрузочная способность опоры здесь частично ограничивается замковым подшипником качения, который занимает определённое место в осевом размере опоры, не допуская развития ширины периферийного подшипника скольжения.Known for the support of drill bits using a sliding bearing as a peripheral and sealing the bearing chamber by means of an elastomeric ring of circular cross section mounted radially between the pin and the cutter (see, for example, ibid., Cc.69-70; also the STAR2 series bits - "Catalog drill bits "company Hughes Christensen, 2001). This analogue differs from the previous one in the greater load capacity due to the peripheral sliding bearing, however, the rotation frequency and bearing life of the bit of this analogue are limited by the relatively low heat resistance of the radial seal, in which heat is generated due to friction between the journal and the seal rotating together with the cutter. In addition, the bearing capacity here is partially limited by the lock rolling bearing, which occupies a certain place in the axial dimension of the bearing, preventing the development of the width of the peripheral sliding bearing.
Общим недостатком по отношению к предыдущему аналогу является здесь сложное устройство замкового подшипника (аналогичное первому аналогу).A common drawback with respect to the previous analogue is the complicated arrangement of the lock bearing (similar to the first analogue).
В заявляемом изобретении общими по отношению к этому аналогу признаками являются лапа с цапфой, шарошка, подшипниковая опора с периферийным подшипником скольжения и уплотнение между цапфой и шарошкой.In the claimed invention, the features common to this analogue are a paw with a pin, a cone, a bearing support with a peripheral plain bearing and a seal between the pin and the cone.
Известны также буровые долота, опора которых содержит периферийный подшипник скольжения, замковый шариковый подшипник и герметизирована уплотнением между цапфой и шарошкой, выполненным в виде торцовой пары неподвижного и вращающегося металлических колец (см., например, вышеуказанный каталог компании Хьюз Кристенсен - технология ULTRAMAX). Здесь металлические кольца плотно прижаты друг к другу по торцовым поверхносмтям посредством эластомерного амортизатора, расположенного в осевом направлении между цапфой и неподвижным торцовым кольцом, так что амортизатор не испытывает трения и соответствующего нагрева при работе долота, а генерация тепла в уплотнении в целом уменьшена за счёт меньшего коэффициента трения металла по металлу в торцовой паре по отношению к трению эластомера по металлу. Это позволяет увеличить частоту вращения долота (с соответствующим увеличением генерации тепла в подшипниках), но лишь в тех пределах, которые допускает теплостойкость эластомерного амортизатора, так что частота вращения долота остаётся относительно ограниченной.Drill bits are also known, the support of which contains a peripheral plain bearing, a lock ball bearing and is sealed with a seal between a pin and a roller cone made in the form of an end pair of fixed and rotating metal rings (see, for example, the above Hughes Christensen catalog - ULTRAMAX technology). Here, the metal rings are pressed tightly against each other along the end surfaces by means of an elastomeric shock absorber located axially between the pin and the stationary end ring, so that the shock absorber does not experience friction and corresponding heating during operation of the bit, and the heat generation in the seal is generally reduced due to less coefficient of friction of metal on metal in the end pair with respect to friction of an elastomer on metal. This allows you to increase the speed of rotation of the bit (with a corresponding increase in heat generation in the bearings), but only to the extent that the heat resistance of the elastomeric shock absorber allows, so that the frequency of rotation of the bit remains relatively limited.
К недостаткам этого аналога относятся частичное ограничение нагрузочной способности со стороны замкового шарикового подшипника и сложность его устройства (аналогичная предыдущим аналогам).The disadvantages of this analogue include a partial restriction of the load capacity on the part of the lock ball bearing and the complexity of its device (similar to the previous analogues).
В заявляемом изобретении общими по отношению к последнему аналогу признаками являются лапа с цапфой, шарошка, подшипниковая опора с периферийным подшипником скольжения и герметизация подшипниковой камеры посредством торцового уплотнения в виде неподвижного и вращающегося металлических колец, прижатых друг к другу встречными плоскими поверхностями посредством амортизатора.In the claimed invention, the features common to the last analogue are a paw with a pin, a cone, a bearing support with a peripheral sliding bearing and sealing of the bearing chamber by means of a mechanical seal in the form of fixed and rotating metal rings pressed against each other by flat surfaces by means of a shock absorber.
По технической сути, достигаемому техническому результату и совокупности существенных признаков наиболее близким к предлагаемому изобретению аналогом является буровое долото, содержащее лапу с цапфой, шарошку, периферийный и упорный подшипники скольжения, кольцо, с возможностью скольжения запирающее шарошку на цапфе, и уплотнение между цапфой и шарошкой (см., например, каталог "Буровые долота" компании Хьюз Кристенсен,In technical essence, the achieved technical result and the set of essential features, the closest analogue to the proposed invention is a drill bit containing a paw with a pin, a roller cone, peripheral and thrust sliding bearings, a ring that can lock the roller cone on the axle with sliding possibility, and a seal between the axle and the roller cone (see, for example, the Hughes Christensen catalog of Drill Bits,
1993г - технология ATJ) - прототип.1993 - ATJ technology) - prototype.
Достоинствами прототипа являются исключение из опоры сложного в производстве шарикового замкового подшипника и периферийный подшипник скольжения увеличенной ширины (за счёт отсутствия шарикового замкового подшипника).The advantages of the prototype are the exclusion from the support of a ball lock bearing, which is difficult to manufacture and the peripheral sliding bearing of increased width (due to the absence of a ball lock bearing).
К недостаткам прототипа относятся:The disadvantages of the prototype include:
- относительно низкая осевая нагрузочная способность кольца, запирающего шароошку на цапфе, определяющая его ненадёжность и возможность среза нагрузками на шарошку со стороны стенки буримой выработки и потерю шарошки в выработке;- relatively low axial load capacity of the ring locking the cone on the trunnion, determining its unreliability and the possibility of cutting off the cone loads from the side of the wall of the drill hole and loss of cone in the hole;
- значительная генерация тепла в радиальном эластомерном уплотнении при работе долота и относительно низкая теплостойкость эластомеров, что ограничивает возможность эффективной работы долота - на повышенных нагрузках и частотах вращения, когда в подшипниках возникает повышенная генерация тепла;- significant heat generation in the radial elastomeric seal during operation of the bit and relatively low heat resistance of elastomers, which limits the possibility of effective operation of the bit - at increased loads and speeds, when increased heat generation;
- невозможность применения в термальных скважинах, где температура горных пород и бурового раствора превышают температурную стойкость эластомера уплотнения.- the impossibility of use in thermal wells, where the temperature of the rocks and drilling fluid exceed the temperature resistance of the seal elastomer.
Известными существенными признаками прототипа по отношению к предлагаемому изобретению являются одна, по меньшей мере, лапа с цапфой, шарошка, радиальный и упорный подшипники скольжения, кольцо, с возможностью скольжения запирающее шарошку на цапфе, и уплотнение между цапфой и шарошкой.Known essential features of the prototype with respect to the invention are one at least a paw with a pin, a cone, a radial and thrust sliding bearings, a ring that locks the cone on the pin with the possibility of sliding, and a seal between the pin and the cone.
Раскрытие изобретения В основу изобретения поставлены задачи:SUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on the objectives of:
- обеспечения возможности повышения частоты вращения и нагрузок на буровое долото с герметизированной подшипниковой опорой скольжения; - обеспечения возможности работы бурового долота в термальных скважинах (с высокими температурами буримых горных пород и бурового раствора);- providing the possibility of increasing the rotational speed and loads on the drill bit with a sealed sliding bearing; - enabling the drill bit to work in thermal wells (with high temperatures of drill rocks and drilling fluid);
- обеспечения надёжного замкового сочленения шарошки с цапфой в подшипниковой опоре скольжения без замкового подшипника качения.- ensuring reliable locking articulation of the roller cone with the pin in the sliding bearing without the rolling lock bearing.
Известными существенными признаками предлагаемого бурового долота с герметизированной подшипниковой опорой являются одна, по меньшей мере, лапа с цапфой, шарошка, подшипниковая опора скольжения и уплотнение между цапфой и шарошкой, содержащее торцовую пару вращающегося и невращающегося металлических колец и кольцевой амортизатор.Known essential features of the proposed drill bit with a sealed bearing support are one, at least, a paw with a pin, a roller cutter, a sliding bearing and a seal between the pin and roller cone, containing an end pair of rotating and non-rotating metal rings and an annular shock absorber.
Независимыми существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:Independent significant distinguishing features of the invention are:
- образование опоры посаженным на цапфу подшипником скольжения, наружная радиальная и противоположная основанию цапфы торцовая поверхности которого подвижно сопряжены с ответными поверхностями шарошки, а торцовая поверхность этого подшипника со стороны основания цапфы подвижно сопряжена с ответной поверхностью втулки, вставленной и соединённой с шарошкой со стороны основания цапфы;- support is formed by a sliding bearing mounted on the pin, the outer radial and opposite to the axle base end surfaces of which are movably mated with the mating surfaces of the cone, and the end surface of this bearing on the side of the axle base is movably mated with the mating surface of the sleeve inserted and connected to the cone from the side of the axle ;
- выполнение уплотнения между цапфой и шарошкой в виде торцовой пары вращающегося и невращающегося металлических колец и амортизатора, выполненного в виде металлической кольцеобразной мембраны, которая по периметру своей внутренней окружности соединена с вращающимся торцовым металлическим кольцом, а по периметру наружной окружности связана с шарошкой;- the implementation of the seal between the pin and the cone in the form of an end pair of rotating and non-rotating metal rings and a shock absorber, made in the form of a metal annular membrane, which is connected around the perimeter of its inner circumference to the rotating end metal ring and connected to the perimeter of the outer circumference cone;
Зависимыми существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения являются :Dependent significant distinguishing features of the invention are:
- связь металлической кольцеобразной мембраны с шарошкой посредством втулки, вставленной и соединённой с шарошкой со стороны основания цапфы; - выполнение подшипника скольжения из двух частей: периферийной, большего диаметра, и концевой, меньшего диаметра.- the connection of the metal annular membrane with a cone by means of a sleeve inserted and connected to the cone from the side of the base of the journal; - the implementation of the sliding bearing of two parts: peripheral, larger diameter, and end, smaller diameter.
Образование опоры посаженным на цапфу подшипником скольжения, наружная радиальная и противоположная основанию цапфы торцовая поверхности которого подвижно сопряжены с ответными поверхностями шарошки, а торцовая поверхность этого подшипника со стороны основания цапфы подвижно сопряжена с ответной поверхностью втулки, вставленной и соединённой с шарошкой со стороны основания цапфы, позволяет увеличить площади опорных контактных поверхностей и усиливает нагрузочную способность опоры в отношении как радиальных, так и осевых нагрузок, а в совокупности с втулкой, вставленной и соединённой с шарошкой со стороны основания цапфы, образует надёжное запирание шарошки на цапфе при действии на шарошку осевых нагрузок со стороны стенки буримой выработки. Выполнение амортизатора уплотнения в виде металлической кольцеобразной мембраны, которая по периметру своей внутренней окружности соединена с вращающимся торцовым металлическим кольцом, а по периметру наружной окружности связана с шарошкой, позволяет исключить из конструкции уплотнения, герметизирующего подшипниковую камеру, эластомер, устранив тем самым ограничения на генерацию тепла в подшипниках и обеспечивая возможность повышения частоты вращения и нагрузки на буровое долото. Выполнение подшипника скольжения из двух частей (периферийной, большего диаметра, и концевой, меньшего диаметра) позволяет упростить технологию изготовления подшипниковой опоры в целом.The formation of a support by a sliding bearing mounted on a trunnion, the outer radial and opposite to the trunnion base end surfaces of which are movably mated to the mating surfaces of the roller cone, and the end surface of this bearing on the trunnion base side is movably mated to the mating surface of the sleeve inserted and connected to the roller cutter from the trunnion base side, allows you to increase the area of the contact contact surfaces and enhances the load capacity of the support in relation to both radial and axial loads, and in conjunction with a sleeve inserted and connected to the cone from the side of the axle base, it forms a reliable locking of the cone on the axle under the action of axial loads on the cone from the side of the wall of the drill hole. The implementation of the shock absorber of the seal in the form of a metal annular membrane, which is connected around the perimeter of its inner circumference with a rotating end metal ring and connected with a roller cone along the perimeter of the outer circumference, allows eliminating the elastomer from the seal design, which seals the bearing chamber, thereby eliminating heat generation restrictions in bearings and providing the possibility of increasing the speed and load on the drill bit. The implementation of the sliding bearing of two parts (peripheral, larger diameter, and end, smaller diameter) allows us to simplify the manufacturing technology of the bearing support as a whole.
Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing
На прилагаемом чертеже иллюстрирован отдельный пример конструктивной реализации предлагаемого изобретения. Чертёж представляет фрагмент разреза бурового долота меридиональной плоскостью по одной из секций долота и включает детали и элементы, непосредственно относящиеся к существу предлагаемого изобретения. Прочие детали и элементы бурового долота на данном чертеже не показаны или показаны частично и фрагментарно, как, например, зубчатое вооружение шарошки, хвостовая часть лапы и т.п.The accompanying drawing illustrates a separate example of a structural implementation of the invention. The drawing is a fragment of the section of the drill bit by the meridional plane along one of the sections of the bit and includes parts and elements directly related to the essence of the invention. Other details and elements of the drill bit in this drawing are not shown or are shown partially and fragmentarily, such as, for example, cone gears, tail paws, etc.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
В соответствии с существенными признаками изобретения, буровое долото включает одну, по меньшей мере, лапу 1 с цапфой 2, шарошку 3 с зубчатым, в данном примере, вооружением 4 (показано фрагментарно), подшипник скольжения 5, закреплённый на шарошке посредством шпонки б и разрезного пружинного кольца 7, втулку 8, вставленную и соединённую с шарошкой (например, сваркой), и герметизирующее подшипниковую камеру уплотнение, содержащее неподвижное торцовое кольцо 9, вставленное в торец лапы 1, вращающееся торцовое кольцо 10, и амортизатор в виде кольцевой металлической мембраны 11, которая по своему внутреннему диаметру соединена с вращающимся кольцом 10 (например, сваркой), а по наружному диаметру соединена с втулкой 8 (также, например, сваркой). Канал 12 соединяет подшипниковую камеру с обычно применяемым смазкоподающим устройством (на чертеже не показано). Вариант выполнения подшипника скольжения из двух частей (периферийной и концевой) отдельным чертежом не иллюстрирован, как достаточно понятный и в остальном аналогичный приведенному чертежу.In accordance with the essential features of the invention, the drill bit includes at least one paw 1 with a pin 2, a cone 3 with gear, in this example, an armament 4 (shown fragmentarily), a sliding bearing 5, mounted on the cone by means of a key b and split a spring ring 7, a sleeve 8, inserted and connected to a roller cone (for example, by welding), and a seal that seals the bearing chamber, comprising a fixed end ring 9, inserted into the end of the legs 1, a rotating end ring 10, and a shock absorber in the form of an annular th metal membrane 11, which in its inner diameter is connected to the rotating ring 10 (for example, by welding), and in its outer diameter is connected to the sleeve 8 (also, for example, by welding). Channel 12 connects the bearing chamber to a commonly used lubricating device (not shown). An embodiment of a sliding bearing of two parts (peripheral and end) by a separate drawing is not illustrated, as it is sufficiently clear and otherwise similar to the drawing.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
При сборке неподвижное торцовое уплотнительное кольцо 9 на клее вставляется в канавку, выполненную в торце лапы 1. Затем на цапфу 2 надевается втулка 8 в сборе с мембраной Н и уплотнительным торцовым кольцом 10. Далее в канавку на цапфе вставляется шпонка б, одевается подшипник скольжения 5 и стопорится на цапфе разрезным пружинным кольцом 7. Затем на подшипник 5 надевается шарошка 3, в которую до упора вставляется втулка 8, соединяемая с шарошкой (например, сваркой). При этом упругая кольцевая мембрана 11 прогибается и с заданным усилием прижимает уплотнительное торцовое кольцо 10 к уплотнительному торцовому кольцу 9.During assembly, the stationary mechanical seal ring 9 on the glue is inserted into the groove made in the end of the foot 1. Then, the sleeve 8 is assembled on the pin 2 with the membrane H and the mechanical seal ring 10. Then, the key b is inserted into the groove on the pin, the sliding bearing 5 is put on and stops on the trunnion with a split spring ring 7. Then, the cone 3 is put on the bearing 5, into which the sleeve 8 is inserted all the way, connected to the cone (for example, by welding). In this case, the elastic annular membrane 11 bends and presses the mechanical seal ring 10 against the sealing mechanical ring 9 with a predetermined force.
Образовавшаяся подшипниковая камера вместе со смазкоподающим устройством (не показанным) заполняется вязкой смазкой. Эластичная разделительная диафрагма смазкоподающего устройства совместно с описанным уплотнением обеспечивают герметизацию подшипников, их защиту от абразивосодержащей, при бурении, наружной среды. Представленная подшипниковая опора не содержит эластомерных элементов, не требует поэтому температурных ограничений и может работать на повышенных частотах вращения и нагрузках. Работе на повышенных нагрузках способствует также конструкция скольжения 5 — с относительно развитыми площадями контактных радиальной и торцовой поверхностей.The resulting bearing chamber, together with a lubricating device (not shown), is filled with viscous grease. The elastic separation diaphragm of the lubricating device together with the described seal provide sealing of the bearings, their protection from the abrasive-containing, during drilling, external environment. The presented bearing support does not contain elastomeric elements, therefore, does not require temperature restrictions and can operate at increased speeds and loads. Work on increased loads is also facilitated by the design of sliding 5 - with relatively developed areas of contact radial and end surfaces.
Ближайший к основанию цапфы торец подшипника 5 совместно с ответным торцом втулки 8 и разрезным кольцом 7 образуют замок шарошки на цапфе и противостоят осевым нагрузкам на шарошку со стороны стенки буримой выработки.The end face of the bearing 5 closest to the base of the axle together with the counter end of the sleeve 8 and the split ring 7 form a cone lock on the trunnion and withstand axial loads on the cone from the side of the drill hole wall.
Технический результатTechnical result
За счёт возможности работы бурового долота на повышенных частотах вращения и нагрузках представленная конструкция может обеспечить повышение механической скорости бурения и, с учётом улучшения герметизации и увеличения моторесурса уплотнительного устройства, повышение рейсовой скорости бурения и проходки на одно долото, что означает весьма значительное повышение эффективности бурения.Due to the possibility of the drill bit working at higher speeds and loads, the design presented can provide an increase in the mechanical drilling speed and, taking into account improved sealing and an increase in the life of the sealing device, an increase in the traveling drilling and penetration rate by one bit, which means a very significant increase in drilling efficiency.
Отсутствие эластомерных элементов в уплотнении обеспечивает также возможность работы представленного шарошечного бурового долота в экстремальных температурных условиях: при бурении сверхглубоких и термальных скважин. The absence of elastomeric elements in the seal also provides the possibility of operation of the presented cone drill bit in extreme temperature conditions: when drilling ultra-deep and thermal wells.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Буровое долото с герметизированной опорой скольжения, включающее, по меньшей мере, одну лапу с цапфой, шарошку, подшипниковую опору скольжения и уплотнение между цапфой и шарошкой, отличающееся тем, что опора образована посаженным на цапфу подшипником, наружная радиальная поверхность и противоположная основанию цапфы торцовая плоская поверхности подвижно сопряжены с ответными поверхностями шарошки, а торцовая плоская поверхность этого подшипника со стороны основания цапфы подвижно сопряжена с ответной поверхностью втулки, вставленной и соединённой с шарошкой со стороны основания цапфы.1. A drill bit with a sealed sliding support, including at least one paw with a pin, a roller cone, a sliding bearing and a seal between the pin and the roller cone, characterized in that the support is formed by a bearing mounted on the pin, the outer radial surface and opposite to the base of the pin the end face flat surfaces are movably mated with the mating surfaces of the cone, and the end face flat surface of this bearing on the side of the axle base is movably mated with the mating surface of the sleeve, inserted Noah and connected to the cone from the side of the base of the journal.
2. Буровое долото с герметизированной опорой скольжения, включающее, по меньшей мере, одну лапу с цапфой, шарошку, подшипниковую опору скольжения и уплотнение между цапфой и шарошкой, отличающееся тем, что указанное уплотнение выполнено в виде торцовой пары вращающегося и невращающегося металлических колец и амортизатора, выполненного в виде кольцеобразной мембраны, которая по периметру своей внутренней окружности соединена с вращающимся торцовым металлическим кольцом, а по периметру наружной окружности связана с шарошкой.2. A drill bit with a sealed sliding support, including at least one paw with a pin, a roller cone, a sliding bearing and a seal between the pin and a roller cone, characterized in that said seal is made in the form of an end pair of rotating and non-rotating metal rings and a shock absorber made in the form of an annular membrane, which is connected with a rotating end metal ring along the perimeter of its inner circumference, and connected with a cone along the perimeter of the outer circumference.
3. Буровое долото с герметизированной опорой скольжения по п. 2, отличающееся тем, что указанная кольцеобразная мембрана по периметру своей наружной окружности связана с шарошкой посредством втулки, вставленной и соединённой с шарошкой со стороны основания цапфы.3. A drill bit with a sealed sliding support according to claim 2, characterized in that said annular membrane along the perimeter of its outer circumference is connected to the roller cutter by means of a sleeve inserted and connected to the roller cutter from the side of the axle base.
4. Буровое долото по п. 1, отличающееся тем, что подшипник скольжения выполнен в виде двух отдельных частей: периферийной, большего диаметра, и концевой, меньшего диаметра. 4. The drill bit according to claim 1, characterized in that the sliding bearing is made in the form of two separate parts: peripheral, larger diameter, and trailer, smaller diameter.
PCT/UA2007/000049 2006-09-05 2007-08-30 Drill bit provided with a sealed bearing support WO2008030205A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA200609591 2006-09-05
UAA200609591 2006-09-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008030205A1 true WO2008030205A1 (en) 2008-03-13

Family

ID=39157525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2007/000049 WO2008030205A1 (en) 2006-09-05 2007-08-30 Drill bit provided with a sealed bearing support

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2008142657A (en)
WO (1) WO2008030205A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010093340A2 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 Kupchinsky Igor Aleksandrovich Sealed bearing for a drilling bit rolling cutter
RU2658692C2 (en) * 2013-05-03 2018-06-22 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед Drill bit with a dynamic metal seal
CN114576274A (en) * 2022-02-18 2022-06-03 北京中煤矿山工程有限公司 Sliding bearing structure of hobbing cutter for breaking rock of extremely hard rock

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU973781A1 (en) * 1980-11-28 1982-11-15 за вители Rotary drill bit unit
GB2117430A (en) * 1982-03-26 1983-10-12 Trend Rock Bit Alberta Ltd Rotary earth boring bit
RU2136836C1 (en) * 1998-07-06 1999-09-10 Королев Альберт Викторович Bearing support
GB2390381A (en) * 2002-07-01 2004-01-07 Baker Hughes Inc Anti-mud packing seal gland

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU973781A1 (en) * 1980-11-28 1982-11-15 за вители Rotary drill bit unit
GB2117430A (en) * 1982-03-26 1983-10-12 Trend Rock Bit Alberta Ltd Rotary earth boring bit
RU2136836C1 (en) * 1998-07-06 1999-09-10 Королев Альберт Викторович Bearing support
GB2390381A (en) * 2002-07-01 2004-01-07 Baker Hughes Inc Anti-mud packing seal gland

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010093340A2 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 Kupchinsky Igor Aleksandrovich Sealed bearing for a drilling bit rolling cutter
WO2010093340A3 (en) * 2009-02-16 2010-10-07 Kupchinsky Igor Aleksandrovich Sealed bearing for a drilling bit rolling cutter
RU2658692C2 (en) * 2013-05-03 2018-06-22 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед Drill bit with a dynamic metal seal
CN114576274A (en) * 2022-02-18 2022-06-03 北京中煤矿山工程有限公司 Sliding bearing structure of hobbing cutter for breaking rock of extremely hard rock
CN114576274B (en) * 2022-02-18 2024-03-26 北京中煤矿山工程有限公司 Sliding bearing structure of rock-breaking hob for extremely hard rock

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008142657A (en) 2010-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5842701A (en) Dual functioning seal for rock bits
US6279671B1 (en) Roller cone bit with improved seal gland design
US8033920B1 (en) High torque, flexible, dual, constant velocity, ball joint assembly for mud motor used in directional well drilling
US4199156A (en) Sealing ring for drilling tool cutters
RU2405904C2 (en) Drilling assembly for well (versions) and support mechanism and turbine power plant for drilling assembly
US8020638B2 (en) Seal with dynamic sealing surface at the outside diameter
RU2556579C2 (en) Roller bit for drilling hard rocks that features mechanical seal and fine heat characteristics
US4629338A (en) Seal and bearing apparatus for bits
GB2415210A (en) Seal for roller cone drill bit
WO2012039700A1 (en) High torque, flexible, dual, constant velocity, ball joint assembly for mud motor used in directional well drilling
US3550972A (en) Rock bit assembly
WO2008030205A1 (en) Drill bit provided with a sealed bearing support
US4178045A (en) Abrasion resistant bearing seal
CA2901188C (en) Rock bit having a flexible metal faced seal
AU632588B2 (en) Improved rotary drill bits
US20100102513A1 (en) Seal assembly for a rotary earth bit
RU2346134C2 (en) Rolling cutter bit reamer
US10718165B2 (en) Roller reamer integral pressure relief assembly
CN109964000B (en) Radial ball bearing and method
WO2010093340A2 (en) Sealed bearing for a drilling bit rolling cutter
RU2011782C1 (en) Cone drill bit
US20200165872A1 (en) Downhole motor bearing pack
CN220434653U (en) Hobbing cutter drill bit with metal sealing structure
RU2291272C1 (en) Rolling cutter drilling bit support
RU2658958C1 (en) Drill bit

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07794305

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008142657

Country of ref document: RU

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07794305

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1