[go: up one dir, main page]

RU2543824C1 - Rock drill bit - Google Patents

Rock drill bit Download PDF

Info

Publication number
RU2543824C1
RU2543824C1 RU2014103701/03A RU2014103701A RU2543824C1 RU 2543824 C1 RU2543824 C1 RU 2543824C1 RU 2014103701/03 A RU2014103701/03 A RU 2014103701/03A RU 2014103701 A RU2014103701 A RU 2014103701A RU 2543824 C1 RU2543824 C1 RU 2543824C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cone
bit
teeth
angle
slipping
Prior art date
Application number
RU2014103701/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Юрьевич Сериков
Виталий Анатольевич Ясашин
Николай Митрофанович Панин
Original Assignee
Дмитрий Юрьевич Сериков
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 Дмитрий Юрьевич Сериков filed Critical Дмитрий Юрьевич Сериков
Priority to RU2014103701/03A priority Critical patent/RU2543824C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2543824C1 publication Critical patent/RU2543824C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: drill bit comprises legs with inclined pins with shifted in plan axes, installed on them conic rolling cutters with milled, casted or hard-alloy teeth located in parallel or at an angle to the generatrix of the rolling cutter, and flushing assembly. The size of slipping of rolling cutter teeth at which the maximum volume of drilled-out rock by each cutting structure tooth during the whole period of operating time of a bit is achieved, is pre-determined by relations depending on the mode of a braking or slipping, rolling cutter rim radius, a angle between two neighbouring teeth of a rolling cutter rim.
EFFECT: improving a bit operating efficiency.
3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым шарошечным долотам с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями для разбуривания, преимущественно, мягких пород, не склонных к рейкообразованию.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to cone drill bits with milled, cast or carbide teeth for drilling, mainly soft rocks, not prone to rake formation.

Известно буровое трехшарошечное долото, включающее корпус, конусные шарошки с фрезерованными зубьями и промывочные гидромониторные узлы, расположенные в периферийной части межшарошечного пространства (см. И.К. Масленников, справочник «Буровой инструмент», М., Недра, 1989 г., с.36, рис.2.1.116).Known drilling three-cone bit, including a housing, conical cones with milled teeth and flushing hydromonitor units located in the peripheral part of the inter-conical space (see IK Maslennikov, reference book "Drilling tool", M., Nedra, 1989, p. 36, Fig. 2.1.116).

Недостатком указанного долота является сравнительно невысокая эффективность его работы, что связано с неоптимальной схемой размещения шарошек и зубьев на конической поверхности шарошек.The disadvantage of this bit is the relatively low efficiency of its work, which is associated with a suboptimal arrangement of cones and teeth on the conical surface of cones.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями, расположенными под углом к образующей шарошки, и узел промывки (см. патент РФ №2473770, кл. E21B 10/16, 2013 г).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a cone drill bit, including paws with inclined pins, conical cones mounted on them with milled, cast or carbide teeth, located at an angle to the cone, and a flushing unit (see RF patent No. 2473770, CL E21B 10/16, 2013).

Данное долото благодаря использованию лап со смещенными в плане цапфами относительно оси долота обеспечивает более эффективное разрушение горных пород за счет проскальзывания зубьев относительно поверхности забоя. Этому в определенной степени способствует и наклонное расположение зубьев относительно образующей конуса шарошки. Однако для получения максимального объема поражения забоя необходимо точно знать угол наклона зубьев по отношению к образующей шарошки, на основании которого определяется оптимальная величина проскальзывания.This bit due to the use of paws with trunnions offset in the plan relative to the axis of the bit provides more effective destruction of rocks due to slipping of teeth relative to the surface of the face. To a certain extent, this is facilitated by the inclined position of the teeth relative to the cone forming cone. However, to obtain the maximum volume of damage to the face, it is necessary to know the angle of inclination of the teeth with respect to the generatrix of the cone, on the basis of which the optimal value of slippage is determined.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы бурового долота за счет достижения максимального объема разрушаемой породы каждым зубом вооружения шарошки в течение всего времени работы долота.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the drill bit by achieving the maximum volume of destructible rock with each tooth of the cone armament during the entire life of the bit.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровом шарошечном долоте, включающем лапы с наклонными цапфами, установленные на них конические шарошки с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями, расположенными параллельно или под углом к образующей шарошки, и узел промывки, согласно изобретению, величина проскальзывания зубьев шарошки - Δ, работающих сответственно в режиме подтормаживания и пробуксовки, определяется по формулам:The technical result is achieved by the fact that in the drill cone bit, which includes paws with inclined pins, conical cones mounted on them with milled, cast or carbide teeth located parallel or at an angle to the forming cone, and the flushing unit, according to the invention, the amount of tooth slippage cones - Δ, working respectively in the mode of braking and slipping, is determined by the formulas:

Figure 00000001
;
Figure 00000001
;

Figure 00000002
;
Figure 00000002
;

где R - радиус венца шарошки, мм;where R is the radius of the crown of the cone, mm;

β - угол между двумя соседними зубьями венца шарошки, град.β is the angle between two adjacent teeth of the crown of the cone, deg.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен фрагмент общего вида долота, на фиг.2 - вид долота со стороны рабочего торца; на фиг.3 - траектория движения вершины зуба при вращении шарошки.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a fragment of a General view of the bit, in Fig.2 is a view of the bit from the side of the working end; figure 3 - the trajectory of the vertex of the tooth during rotation of the cone.

Буровое шарошечное долото содержит лапы 1 (см. фиг.1 и 2) с наклонными цапфами 2, на которых посредством подшипников установлены конические шарошки 3 с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями 4. В корпусе долота, образованного сварными лапами 1, размещен узел промывки 5, который в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород и размера долот может быть выполнен в виде одной центральной насадки или же нескольких гидромониторных насадок, размещенных в межшарошечных проемах. Для эффективного разрушения мягких пород, не склонных к рейкообразованию, шарошки 3 устанавливают со смещением осей в плане, как правило, по направлению вращения долота. В предложенном долоте могут быть использованы и другие схемы расположения шарошек. При этом сами шарошки 3 могут иметь как прямозубое, так и косозубое вооружение, что определяется в первую очередь физико-механическими свойствами разбуриваемых пород, а также созданием благоприятных условий для транспортировки разрушенной породы промывочной жидкостью в затрубное пространство.Drill roller bit contains paws 1 (see FIGS. 1 and 2) with inclined pins 2, on which conical cones 3 with milled, cast or hard-alloy teeth 4 are mounted by bearings. In the bit body formed by welded paws 1, a flushing unit 5 is placed which, depending on the physicomechanical properties of the drilled rocks and the size of the bits, can be made in the form of one central nozzle or several hydraulic nozzles placed in the inter-cone openings. For effective destruction of soft rocks that are not prone to rake formation, cones 3 are installed with a displacement of the axes in the plan, as a rule, in the direction of rotation of the bit. In the proposed bit can be used and other layouts of cones. At the same time, cones 3 themselves can have both spur and helical armaments, which is determined primarily by the physicomechanical properties of the drilled rocks, as well as by creating favorable conditions for transporting the destroyed rock with flushing fluid to the annulus.

Принцип работы бурового долота заключается в следующем. При вращении долота шарошки 3 перекатываются по поверхности забоя и разрушают породу под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента. Выполнение долота со смещенными в плане шарошками 3 способствует повышению эффективности разрушения горных пород благодаря проскальзыванию зубьев. Причем направление проскальзывания зубьев на различных венцах шарошек различно, при этом проскальзывание зубьев по направлению вращения шарошки предложено называть подтормаживанием, а против вращения шарошки - пробуксовкой (см. фиг.3). На этой фигуре показана траектория движения вершины зуба при перекатывании шарошки, а именно: на фиг.3.1 показана траектория зуба при пробуксовке вооружения, на фиг.3.2 - при чистом качении и на фиг.3.3 - при подтормаживании вооружения. На всех фигурах h - величина максимального углубления зуба, мм; a VCK - скорость скольжения зубьев вооружения по забою скважины, м/с; ω - угловая скорость вращения шарошки, с-1, а вход в соприкосновение с поверхностью забоя каждого последующего зуба должен быть в месте выхода из него предыдущего зуба.The principle of operation of the drill bit is as follows. When the bit is rotated, cones 3 roll over the surface of the face and destroy the rock under the influence of axial load and torque. The implementation of the bit with shifted cones 3 contributes to the efficiency of destruction of rocks due to slipping of the teeth. Moreover, the direction of slipping of the teeth on different crowns of the cones is different, while the slipping of the teeth in the direction of rotation of the cone is proposed to be called braking, and against the rotation of the cone - slipping (see figure 3). This figure shows the trajectory of the top of the tooth when rolling cones, namely: figure 3.1 shows the trajectory of the tooth during the slipping of weapons, figure 3.2 - with clean rolling and figure 3.3 - when braking weapons. In all figures, h is the magnitude of the maximum deepening of the tooth, mm; a V CK is the sliding speed of the teeth of the weapon along the bottom of the well, m / s; ω is the angular speed of rotation of the cone, s -1 , and the entrance into contact with the face of the face of each subsequent tooth should be at the place of exit of the previous tooth.

Объем разрушенной породы при каждом обороте долота зависит от величины проскальзывания - Δ зубьев шарошки. При этом максимальный объем выбуренной породы каждым зубом вооружения в течение всего времени работы долота, в случае работы его вооружения в режиме подтормаживания, определяется по формуле:The volume of the destroyed rock at each revolution of the bit depends on the amount of slippage - Δ of the cone teeth. In this case, the maximum volume of cuttings by each weapon of the weapon during the entire life of the bit, in the case of its weapons in the braking mode, is determined by the formula:

Figure 00000001
;
Figure 00000001
;

а при работе вооружения шарошек в режиме пробуксовки величина проскальзывания - Δ зубьев шарошки, при которой достигается максимальный объем выбуренной породы за тот же время, определяется по следующей формуле:and during the operation of the cone armament in slip mode, the amount of slippage - Δ of the cone teeth, at which the maximum volume of cuttings is achieved in the same time, is determined by the following formula:

Figure 00000002
;
Figure 00000002
;

где R - радиус венца шарошки, мм;where R is the radius of the crown of the cone, mm;

β - угол между двумя соседними зубьями венца шарошки, град.β is the angle between two adjacent teeth of the crown of the cone, deg.

Разрушенная порода направляется в сторону периферии скважины и далее в затрубное пространство как вооружением шарошек, так и промывочной жидкостью (направление движения потока показано стрелками). Там она подхватывается промывочной жидкостью и направляется далее в межшарошечное пространство, а оттуда в затрубное пространство. Из затрубного пространства обогащенная шламом промывочная жидкость направляется на поверхность. Это позволяет избежать повторного измельчения шлама и тем самым уменьшить износ вооружения и рост механической скорости бурения.Destroyed rock is directed towards the periphery of the well and then into the annulus as armament cone and flushing fluid (the direction of flow is shown by arrows). There it is picked up by the flushing fluid and sent further to the inter-conical space, and from there to the annulus. From the annulus, sludge-rich flushing fluid is directed to the surface. This avoids the re-grinding of sludge and thereby reduce weapons wear and increase the mechanical drilling speed.

Таким образом, предложенное долото благодаря использованию оптимальной величины проскальзывания обеспечивает более эффективное разрушение породы, позволяет повысить эффективность работы долота, а именно увеличить проходку на долото и механическую скорость бурения при одновременном снижении стоимости буровых работ.Thus, the proposed bit due to the use of optimal slippage provides a more effective destruction of the rock, improves the efficiency of the bit, namely to increase the penetration of the bit and the mechanical drilling speed while reducing the cost of drilling.

Claims (1)

Буровое шарошечное долото, включающее лапы с наклонными цапфами со смещенными в плане осями, установленные на них конические шарошки с фрезерованными, литыми или твердосплавными зубьями, расположенными параллельно или под углом к образующей шарошки, и узел промывки, отличающееся тем, что величина проскальзывания зубьев шарошки, при которой достигается максимальный объем выбуренной породы каждым зубом вооружения в течение всего времени работы долота, соответственно в режиме подтормаживания и пробуксовки, определяется по формуле:
Figure 00000003
;
Figure 00000004
,
где R - радиус венца шарошки, мм, β - угол между двумя соседними зубьями венца шарошки, град.
A cone drill bit, including paws with inclined trunnions with axially displaced axes, conical cones mounted on them with milled, cast or carbide teeth parallel or at an angle to the forming cone, and a flushing unit, characterized in that the amount of cone teeth slippage, at which the maximum volume of cuttings is achieved with each tooth of the weapon during the entire life of the bit, respectively, in the braking and slipping mode, is determined by the formula:
Figure 00000003
;
Figure 00000004
,
where R is the radius of the cone of the cone, mm, β is the angle between two adjacent teeth of the cone of the cone, deg.
RU2014103701/03A 2014-02-05 2014-02-05 Rock drill bit RU2543824C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014103701/03A RU2543824C1 (en) 2014-02-05 2014-02-05 Rock drill bit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014103701/03A RU2543824C1 (en) 2014-02-05 2014-02-05 Rock drill bit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2543824C1 true RU2543824C1 (en) 2015-03-10

Family

ID=53290304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014103701/03A RU2543824C1 (en) 2014-02-05 2014-02-05 Rock drill bit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2543824C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU277675A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт буровой техники DRILLING BALL CHIP
US2148372A (en) * 1936-03-21 1939-02-21 Hughes Tool Co Offset tricone bit
SU1719613A1 (en) * 1989-10-25 1992-03-15 Zaburdaev Aleksandr K Roller-cutter drilling bit
RU2473770C1 (en) * 2011-10-05 2013-01-27 Дмитрий Юрьевич Сериков Drilling rock bit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU277675A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт буровой техники DRILLING BALL CHIP
US2148372A (en) * 1936-03-21 1939-02-21 Hughes Tool Co Offset tricone bit
SU1719613A1 (en) * 1989-10-25 1992-03-15 Zaburdaev Aleksandr K Roller-cutter drilling bit
RU2473770C1 (en) * 2011-10-05 2013-01-27 Дмитрий Юрьевич Сериков Drilling rock bit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПАЛИЙ П.А. и др. Буровые долота. Справочник. Изд. 3-е. М.: Недра, 1971, всего 446 с., с.67-78 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2531720C2 (en) Hybrid drilling bit with high side front inclination angle of auxiliary backup cutters
US1747908A (en) Rotary drill bit
EP3207283B1 (en) Boring apparatus and method
US1790613A (en) A corpo
AU2013302857B2 (en) Reamer with improved performance characteristics in hard and abrasive formations
RU2394145C1 (en) Drilling cone bit with central flush
US7025155B1 (en) Rock bit with channel structure for retaining cutter segments
RU2427700C1 (en) Drill cone bit
RU2425945C1 (en) Three-cone rolling drilling bit
RU2394146C1 (en) Bore hydro-monitored cone bit
RU2543824C1 (en) Rock drill bit
RU2520974C1 (en) Roller bit
RU2390617C1 (en) Drilling triple cone rock bit
RU2473770C1 (en) Drilling rock bit
US8607899B2 (en) Rock bit and cutter teeth geometries
RU2543760C1 (en) Rock drill bit
RU2315850C1 (en) Blade drill bit to drill rock having alternating rigidity
RU190484U1 (en) Drill bit
RU2600225C1 (en) Roller reamer
RU2392411C1 (en) Drilling bit cutter
RU2543823C1 (en) Rock drill bit
RU2522608C1 (en) Rock drill bit
RU2543828C1 (en) Rock drill bit
RU2579823C1 (en) Drill disk bit
RU2695414C1 (en) Drilling bit