RU2579087C1 - Bit for jet-turbine drilling - Google Patents
Bit for jet-turbine drilling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579087C1 RU2579087C1 RU2015106648/03A RU2015106648A RU2579087C1 RU 2579087 C1 RU2579087 C1 RU 2579087C1 RU 2015106648/03 A RU2015106648/03 A RU 2015106648/03A RU 2015106648 A RU2015106648 A RU 2015106648A RU 2579087 C1 RU2579087 C1 RU 2579087C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- teeth
- rotation
- cone
- peripheral
- rtd
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области бурения скважин большого диаметра, а именно к долотам для реактивно-турбинного бурения (РТБ) шарошечного типа.The invention relates to the field of drilling of large diameter wells, namely to bits for reactive turbine drilling (RTB) cone type.
Известно долото для РТБ, содержащее корпус с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки с основными и периферийными венцами, армированными твердосплавными зубками и калибрующей поверхностью (см. Жиленко Н.П. и др. Справочное пособие по реактивно-турбинному бурению, М.; Недра, 1987, с. 77-81, рис. 42).A bit for RTB is known, containing a body with inclined trunnions and cones fixed on them with main and peripheral crowns reinforced with carbide teeth and a calibrating surface (see Zhilenko N.P. et al. Reference Guide for Jet Turbine Drilling, M .; Nedra , 1987, p. 77-81, Fig. 42).
Недостатком этого долота является высокая энергоемкость процесса разрушения породы из-за нерациональной схемы расположения зубков, а также повышенный расход твердого сплава, ведущий к росту стоимости 1 м проходки.The disadvantage of this bit is the high energy intensity of the rock destruction process due to the irrational arrangement of the teeth, as well as the increased consumption of hard alloy, leading to an increase in the cost of 1 m of penetration.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является долото для реактивно-турбинного бурения, содержащее корпус с наклонными цапфами и закрепленные на них шарошки со ступенчато расположенными венцами, из которых вершинные и основные являются опережающими (см. патент РФ №2090733, кл. Е21В 10/16, 1997 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a jet-turbine drilling bit containing a body with inclined pins and cones fixed to them with stepwise arranged crowns, of which the top and main are leading (see RF patent No. 2090733, cl. ЕВВ 10/16, 1997).
Недостатком данного долота является низкая эффективность их работы. Это связано с тем, что конструкция указанных долот не до конца учитывает особенности работы при РТБ, связанные с движением шарошек не только вокруг цапф, но и в переносном движении долота вокруг оси вращения агрегата РТБ.The disadvantage of this bit is the low efficiency of their work. This is due to the fact that the design of these bits does not fully take into account the features of operation during RTB associated with the movement of cones not only around the trunnions, but also in the portable movement of the bit around the axis of rotation of the RTB unit.
В соответствии с изложенным техническим результатом изобретения является повышение проходки и механической скорости бурения способом РТБ.In accordance with the stated technical result of the invention is to increase the penetration and mechanical drilling speed by the RTB method.
Указанный технический результат достигается тем, что в долоте для РТБ, содержащем корпус с наклонными цапфами, на которых закреплены шарошки с фрезерованным, литым или твердосплавным зубчатым вооружением, согласно изобретению, все венцы шарошек выполнены с разнонаправленными относительно оси шарошки зубьями, причем периферийные венцы имеют противоположно направленный угол наклона зубьев по сравнению с углами наклона зубьев других венцов, при этом крутящие моменты, создаваемые одновременно проскальзывающими наклонными зубьями периферийных и остальных венцов на каждой шарошке, в момент ее максимального осевого скольжения, обусловленного вращением агрегата РТБ, когда ее ось вращения располагается вдоль направления вращения агрегата РТБ, связаны соотношениемThe specified technical result is achieved by the fact that in the drill bit for RTB, containing a housing with inclined trunnions, on which the cones with milled, cast or carbide gear arms are fixed, according to the invention, all cones of the cones are made with teeth opposite to the cone axis, and the peripheral crowns are opposite directional angle of inclination of the teeth compared to the angle of inclination of the teeth of other crowns, while the torques created simultaneously by the sliding inclined teeth of the periphery malarial and other rims on each cone, at the point of maximum axial sliding due to the rotation of RTB unit when its rotation axis is along the machine direction of rotation RTB are related by
где МП - крутящий момент, создаваемый зубьями периферийного венца; МВ - крутящий момент, создаваемый зубьями вершинного венца; МОС - крутящий момент, создаваемый зубьями промежуточных венцов.where M P - torque created by the teeth of the peripheral crown; M In - torque created by the teeth of the crown; M OS - torque created by the teeth of the intermediate crowns.
Такое выполнение геометрии вооружения долота сводит к минимуму проворот шарошек под действием крутящего момента, возникающего при проскальзывании наклонных зубьев вооружения шарошки по забою вдоль оси ее вращения при движении долота, связанным с вращением агрегата РТБ, и тем самым позволяет увеличить суммарную площадь поражения забоя за счет максимального использования работы сбегающих и набегающих граней всех без исключения зубьев, одновременно находящихся в соприкосновении с поверхностью забоя.This implementation of the geometry of the armament of the bit minimizes the rotation of the cone under the action of the torque that occurs when the inclined teeth of the cone cone along the axis of rotation slip during the movement of the bit associated with the rotation of the RTB unit, and thereby allows to increase the total area of destruction of the bottom due to the maximum using the work of the runaway and run-down faces of all teeth without exception, which are simultaneously in contact with the surface of the face.
На фиг. 1 изображен общий вид долота с разнонаправленным косозубым вооружением для РТБ; на фиг. 2 изображена принципиальная схема движения шарошки при РТБ, на фиг. 3 - схема поражения забоя прямозубым и косозубым вооружениями шарошек в месте максимального проскальзывания вдоль оси шарошки в направлении движения агрегата РТБ.; на фиг. 4 - принципиальная схема косозубого вооружения шарошек для РТБ.In FIG. 1 shows a general view of a bit with multidirectional helical gear for RTB; in FIG. 2 shows a schematic diagram of the motion of the cone during RTB, in FIG. 3 is a diagram of the defeat of the face by spur and helical arms of cones in the place of maximum slippage along the axis of the cone in the direction of movement of the RTB assembly .; in FIG. 4 is a schematic diagram of helical cone gear for RTB.
Долото для РТБ включает корпус 4 с наклонными цапфами 5, на которых закреплены шарошки 6 с вершинными 3, основными (промежуточными) 2 и периферийными 1 венцами, оснащенными разнонаправленными фрезерованными или литыми стальными зубьями или твердосплавными зубками.The RTB bit includes a
Все венцы шарошек выполнены с разнонаправленными (см. пример на фиг. 4) относительно оси шарошки зубьями (например, под углами α, β, γ). Как показано на фиг. 4, периферийные венцы имеют угол α наклона зубьев, направленный в противоположную сторону по сравнению с углами наклона β и γ зубьев других венцов. При этом крутящие моменты, создаваемые одновременно проскальзывающими наклонными зубьями периферийных и остальных венцов на каждой шарошке, в момент ее максимального осевого скольжения, обусловленного вращением агрегата РТБ, когда ее ось вращения располагается вдоль направления вращения агрегата РТБ, связаны соотношениемAll the cones of the cones are made with different directions (see the example in Fig. 4) with respect to the cone axis with teeth (for example, at angles α, β, γ). As shown in FIG. 4, the peripheral crowns have an angle α of inclination of the teeth directed in the opposite direction compared to the angles of inclination β and γ of the teeth of other crowns. In this case, the torques created by simultaneously sliding the inclined teeth of the peripheral and remaining crowns on each cone, at the moment of its maximum axial sliding, caused by the rotation of the RTB unit, when its axis of rotation is located along the direction of rotation of the RTB unit, are related by
где МП - крутящий момент, создаваемый зубьями периферийного венца; МВ - крутящий момент, создаваемый зубьями вершинного венца; МОС - крутящий момент, создаваемый зубьями промежуточных венцов.where M P - torque created by the teeth of the peripheral crown; M In - torque created by the teeth of the crown; M OS - torque created by the teeth of the intermediate crowns.
Принцип работы долота заключается в следующем. Агрегат РТБ, включающий несколько параллельно работающих турбобуров с долотами, спускают в скважину и начинают процесс бурения. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемых долоту от агрегата РТБ, твердосплавные зубки или стальные зубья внедряются в породу и разрушают ее. При этом вооружение долота совершает относительное вращение вокруг цапф 5 (фиг. 1) и переносное движение вокруг оси вращения агрегата для РТБ. Последнее сопровождается значительным проскальзыванием вооружения шарошек 6 по забою скважины, причем как вдоль оси шарошек, так и в перпендикулярном направлении.The principle of operation of the bit is as follows. The RTB unit, which includes several parallel-working turbodrills with bits, is lowered into the well and the drilling process begins. Under the influence of axial load and torque transmitted to the bit from the RTB unit, carbide teeth or steel teeth are introduced into the rock and destroy it. In this case, the armament of the bit performs relative rotation around the pins 5 (Fig. 1) and the portable movement around the axis of rotation of the unit for RTB. The latter is accompanied by a significant slippage of the weapons of the
На фиг. 2 представлено движение вооружения шарошки в момент «перекатывания» ее в точках А и В. Здесь движение долота вокруг оси вращения агрегата не может быть компенсировано дополнительным увеличением или уменьшением частоты вращения шарошки, так как ее ось вращения располагается вдоль направления вращения агрегата (
На (фиг. 3.1) представлена схема поражения забоя прямозубым вооружением шарошки, находящейся в точке В. В данном случае общая площадь поражения забоя вооружением шарошки в горизонтальной плоскости будет определяться как сумма площадей прямоугольников, образованных шириной торцевой части зубьев а и величиной скольжения Δ. Как видно на схеме, эффективность работы вооружения в этом направлении минимальна. Значительно увеличить площадь поражения забоя и тем самым повысить эффективность бурения можно путем оснащения шарошек косозубым вооружением (фиг. 3.2).In (Fig. 3.1), a diagram of the bottom face defeat by the straight-cutter arms of the cone located at point B. In this case, the total area of the bottom strike by the cone arms in the horizontal plane will be determined as the sum of the areas of the rectangles formed by the width of the tooth end part a and the slip value Δ. As can be seen in the diagram, the effectiveness of weapons in this direction is minimal. Significantly increase the area of destruction of the face and thereby increase the efficiency of drilling can be done by equipping the cone with helical gear (Fig. 3.2).
Оценить прирост площади поражения забоя при использовании косозубого вооружения в сравнении с прямозубым, можно путем определения разницы площадей соответствующих фигур: S1=аΔ; S2=bΔ; S3=S1+bΔtgα (фиг. 3).To assess the increase in the area of destruction of the face when using helical gear in comparison with spur gear, you can by determining the difference in the area of the corresponding figures: S 1 = a Δ; S 2 = bΔ; S 3 = S 1 + bΔtgα (FIG. 3).
Оснащение шарошек разнонаправленным косозубым вооружением позволяет существенно увеличить площади поражения забоя зубьями шарошек, а также интенсифицировать процессы удаления выбуренного шлама из зоны разрушения породы.Equipping the cone with multidirectional helical arms makes it possible to significantly increase the area of impact of the face with the cone teeth, as well as to intensify the processes of removing drill cuttings from the rock destruction zone.
Однако для того чтобы обеспечить максимальную эффективность работы косозубого вооружения в условиях РТБ, необходимо при проектировании вооружения обеспечить определенную ориентацию зубьев различных венцов вооружения (фиг. 4) с помощью выбора углов наклона зубьев к оси вращения шарошки соответствующих венцов, где:However, in order to maximize the effectiveness of helical-arms operation in RTB conditions, it is necessary, when designing weapons, to provide a certain orientation of the teeth of various weapon crowns (Fig. 4) by choosing the angle of inclination of the teeth to the axis of rotation of the cone of the corresponding crowns, where:
α, β, γ - углы наклона зубьев к оси вращения шарошки соответствующих венцов.α, β, γ - the angle of inclination of the teeth to the axis of rotation of the cones of the respective crowns.
Соответственно
В связи с этим, чтобы предотвратить дополнительный проворот шарошки от воздействия этих сил и тем самым обеспечить работу набегающей и сбегающей граней зубьев при их продольном перемещении, необходимо, чтобы выполнялось следующее условиеIn this regard, in order to prevent the additional rotation of the cone from the influence of these forces and thereby ensure the running and running edges of the teeth during their longitudinal movement, it is necessary that the following condition is met
где:Where:
То есть необходимо, чтобы крутящий момент, действующий на шарошку со стороны одного зуба, находящегося во взаимодействии с породой забоя, периферийного венца, был примерно равен сумме крутящих моментов, возникающих от зубьев промежуточных и вершинного венцов. Преобразовав примерное равенство в соотношение, примерно равное единице, с достаточной степенью точности можно сказать, что для того, чтобы предотвратить дополнительный проворот шарошки от воздействия сил породы на зубья и тем самым обеспечить работу набегающей и сбегающей граней зубьев при их продольном перемещении необходимо, чтобы крутящие моменты, создаваемые одновременно проскальзывающими наклонными зубьями периферийных и остальных венцов на каждой шарошке, в момент ее максимального осевого скольжения, обусловленного вращением агрегата РТБ, связаны соотношениемThat is, it is necessary that the torque acting on the cone from the side of one tooth, which is in interaction with the face rock, the peripheral crown, is approximately equal to the sum of the torques arising from the teeth of the intermediate and vertex crowns. Having transformed the approximate equality into a ratio of approximately equal to unity, with a sufficient degree of accuracy, we can say that in order to prevent the additional rotation of the cone from the influence of the rock forces on the teeth and thereby ensure the running and running edges of the teeth during their longitudinal movement, it is necessary that moments created simultaneously by the slanting inclined teeth of the peripheral and other crowns on each cone, at the moment of its maximum axial sliding due to rotation RTB unit, are related by
где МП - крутящий момент, создаваемый зубьями периферийного венца (для примера на фиг. 4
При этом за момент максимального осевого скольжения шарошки при РТБ следует считать, как говорилось ранее, «перекатывание» шарошки долота по забою в точках А и В на фиг. 2, когда ось вращения шарошки располагается вдоль направления вращения агрегата РТБ.Moreover, for the moment of maximum axial slip of the cone during RTB, it should be considered, as mentioned earlier, that the cone of the cone bit along the face at points A and B in FIG. 2, when the axis of rotation of the cone is located along the direction of rotation of the RTB unit.
Выполнение этого условия позволит максимально использовать работу сбегающих и набегающих граней всех без исключения зубьев, одновременно находящихся в соприкосновении с поверхностью забоя при проскальзывании вооружения шарошки, связанном с вращением агрегата РТБ.Fulfillment of this condition will allow maximum use of the work of the runaway and runaway faces of all teeth, without exception, at the same time in contact with the surface of the face when slipping cone weapons associated with the rotation of the RTB unit.
Таким образом, применение предложенного долота позволит повысить эффективность бурения скважин способом РТБ за счет увеличения разрушающей способности вооружения и снижения энергоемкости процесса разрушения породы, что в конечном итоге даст возможность повысить проходку и механическую скорость и снизить стоимость буровых работ.Thus, the use of the proposed bit will increase the efficiency of drilling wells using the RTB method by increasing the destructive ability of weapons and reducing the energy consumption of the rock destruction process, which ultimately will make it possible to increase penetration and mechanical speed and reduce the cost of drilling operations.
Claims (1)
где МП - крутящий момент, создаваемый зубьями периферийного венца; МВ - крутящий момент, создаваемый зубьями вершинного венца; МОС - крутящий момент, создаваемый зубьями промежуточных венцов. A jet-turbine drilling (RTB) bit containing a body with inclined trunnions, on which cones are mounted with peripheral, vertex and intermediate crowns equipped with milled, cast or carbide gear armaments, characterized in that all cones of the cones are made with different directions relative to the cone axis teeth, and the peripheral crowns have an oppositely directed angle of inclination of the teeth compared with the angle of inclination of the teeth of other crowns, while the torques created simultaneously creeping inclined teeth of the peripheral and other crowns on each cone, at the moment of its maximum axial sliding, due to the rotation of the RTB unit, when its axis of rotation is located along the direction of rotation of the RTB unit, are related by the ratio:
where M P - torque created by the teeth of the peripheral crown; M In - torque created by the teeth of the crown; M OS - torque created by the teeth of the intermediate crowns.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106648/03A RU2579087C1 (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Bit for jet-turbine drilling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106648/03A RU2579087C1 (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Bit for jet-turbine drilling |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2579087C1 true RU2579087C1 (en) | 2016-03-27 |
Family
ID=55657037
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015106648/03A RU2579087C1 (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Bit for jet-turbine drilling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2579087C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2148372A (en) * | 1936-03-21 | 1939-02-21 | Hughes Tool Co | Offset tricone bit |
SU825835A1 (en) * | 1978-12-04 | 1981-04-30 | Уфимский Нефтяной Институт | Rotary drilling bit |
SU1214902A1 (en) * | 1983-07-15 | 1986-02-28 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Roller bit for planetary drilling |
RU2090733C1 (en) * | 1994-12-29 | 1997-09-20 | Виталий Анатольевич Ясашин | Drill bit for reactive turbodrilling |
RU2425945C1 (en) * | 2010-07-29 | 2011-08-10 | Дмитрий Юрьевич Сериков | Three-cone rolling drilling bit |
RU2520974C1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-06-27 | Дмитрий Юрьевич Сериков | Roller bit |
-
2015
- 2015-02-27 RU RU2015106648/03A patent/RU2579087C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2148372A (en) * | 1936-03-21 | 1939-02-21 | Hughes Tool Co | Offset tricone bit |
SU825835A1 (en) * | 1978-12-04 | 1981-04-30 | Уфимский Нефтяной Институт | Rotary drilling bit |
SU1214902A1 (en) * | 1983-07-15 | 1986-02-28 | Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Roller bit for planetary drilling |
RU2090733C1 (en) * | 1994-12-29 | 1997-09-20 | Виталий Анатольевич Ясашин | Drill bit for reactive turbodrilling |
RU2425945C1 (en) * | 2010-07-29 | 2011-08-10 | Дмитрий Юрьевич Сериков | Three-cone rolling drilling bit |
RU2520974C1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-06-27 | Дмитрий Юрьевич Сериков | Roller bit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aksenov et al. | Impact of the number of blades of the geokhod cutting body on cutting forces | |
RU2579087C1 (en) | Bit for jet-turbine drilling | |
Talalay et al. | Anti-torque systems of electromechanical cable-suspended drills and test results | |
RU2425945C1 (en) | Three-cone rolling drilling bit | |
RU2611776C1 (en) | Boring bit for reactive turbodrilling | |
RU2620108C1 (en) | Bit for reactive turbodrilling | |
RU2390617C1 (en) | Drilling triple cone rock bit | |
RU2543828C1 (en) | Rock drill bit | |
RU2473770C1 (en) | Drilling rock bit | |
RU190484U1 (en) | Drill bit | |
RU2090733C1 (en) | Drill bit for reactive turbodrilling | |
RU2520974C1 (en) | Roller bit | |
RU2392411C1 (en) | Drilling bit cutter | |
RU2522608C1 (en) | Rock drill bit | |
RU2094587C1 (en) | Rolling cutter of drill bit | |
RU2543824C1 (en) | Rock drill bit | |
RU2628363C2 (en) | Method for balancing loads in bit with polycrystalline diamond equipment | |
RU2513650C2 (en) | Multistep rolling cutter drilling tool | |
RU2543760C1 (en) | Rock drill bit | |
RU135699U1 (en) | DRILLING PART OF THE DRILLING TOOL (OPTIONS) | |
SU1657594A1 (en) | Diamond crown bit | |
RU2569117C1 (en) | Rock crusher | |
RU148333U1 (en) | DIAMOND CROWN FOR DRILLING | |
Mellor | Mechanics of Cutting and Boring: Kinematics of axial rotation machines | |
RU190616U1 (en) | HYBRID DRILLING BIT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170228 |