[go: up one dir, main page]

RU2592911C1 - Roller cutter drilling tool - Google Patents

Roller cutter drilling tool Download PDF

Info

Publication number
RU2592911C1
RU2592911C1 RU2015120830/03A RU2015120830A RU2592911C1 RU 2592911 C1 RU2592911 C1 RU 2592911C1 RU 2015120830/03 A RU2015120830/03 A RU 2015120830/03A RU 2015120830 A RU2015120830 A RU 2015120830A RU 2592911 C1 RU2592911 C1 RU 2592911C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bearings
axial
housing
axial load
inner ring
Prior art date
Application number
RU2015120830/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Дмитриевич Богомолов
Виктор Прокопьевич Тациенко
Михаил Константинович Хуснутдинов
Олег Владиславович Любимов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ)
Priority to RU2015120830/03A priority Critical patent/RU2592911C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592911C1 publication Critical patent/RU2592911C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: invention relates to rolling drilling tools for drilling with straight stroke of wells with stepped bottom or for expansion of previously drilled wells. Roller cutter drilling tool comprises body, to which leading rock cutting elements are connected, or it has device for connection of leading drilling tool of smaller diameter and/or drill rod, as well as attached legs with trunnions, on each of which there is rolling cutter on bearings arranged through axial orifice, capable to accommodate radial and multidirectional axial load, wherein inner ring of bearing is capable of perception of rolling cutter reverse axial load, rested against housing. Each of bearings is radial-thrust one. Inner bearing race, capable of perception of rolling cutter reverse axial load is installed on trunnion with possibility of axial movement and rested against housing by means of one or more of disk springs. There are two bearings capable to take up from rolling cutter straight axial load, inner ring of one of them, near to top of rolling cutter is installed on trunnion with possibility of axial movement and rested against collar journal through one or more of disk springs. Journal on side opposite to leg, is installed in hole of housing so that by preliminary axial pre-load is formed in radial thrust bearings as result of compression of Belleville springs.
EFFECT: technical result consists in increase of strength of pins of cutters, increasing service life of bearings and reduced labour intensiveness of manufacturing of rock drilling tool.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение может быть использовано в горном деле для бурения прямым ходом скважин со ступенчатой формой забоя либо для расширения ранее пробуренной скважины.The present invention can be used in mining for direct drilling of wells with a stepped bottom shape or to expand a previously drilled well.

Известна подшипниковая опора бурового долота, содержащая лапы с цапфами, на которой консольно установлена шарошка на подшипниках, способных воспринимать радиальную и разнонаправленную осевую нагрузку, один из которых - периферийный замковый радиально-упорный, наружное кольцо которого уперто в замковое устройство, закрепленное на шарошке со стороны основания цапфы. Имеется радиально-упорный подшипник, способный воспринимать от шарошки прямую осевую нагрузку, внутреннее кольцо которого установлено на цапфе с возможностью осевого перемещения и уперто в ее бурт через тарельчатую пружину (пат. на изобретение США №2007/0034413, МПК Е21В 10/00, опубл. 15.02.2007).Known bearing support of a drill bit containing paws with trunnions, on which the cone is mounted on bearings capable of absorbing radial and multidirectional axial load, one of which is a peripheral radial thrust lock, the outer ring of which is abutted in the locking device mounted on the roller cone from the side trunnion base. There is an angular contact bearing capable of perceiving direct axial load from the roller cone, the inner ring of which is mounted on the trunnion with the possibility of axial movement and rested in its collar through a disk spring (US Pat. No. US2007 / 0034413, IPC Е21В 10/00, publ. February 15, 2007).

Недостатком данной конструкции является расположение замкового устройства на шарошке, что приводит к ослаблению тела шарошки, уменьшению диметра устанавливаемого подшипника. Это приводит к уменьшению прочности и долговечности шарошек и их опор.The disadvantage of this design is the location of the locking device on the cone, which leads to a weakening of the cone body, reducing the diameter of the installed bearing. This leads to a decrease in the strength and durability of cones and their supports.

Известен шарошечный расширитель, содержащий корпус в виде центрального ствола с присоединенными к нему лапами в виде обойм, опорные валы с подшипниками, которые разъемно установлены между обоймой и центральным стволом. Подшипники расположены в сквозном осевом отверстии шарошки, шарошка зафиксирована с помощью замкового шарикового подшипника (а.с. РФ №1808971, Е21В 10/28, опубл. 15.04.1993).Known cone extender, comprising a housing in the form of a Central barrel with paws attached to it in the form of cages, support shafts with bearings that are detachably mounted between the cage and the Central barrel. The bearings are located in the through axial bore of the roller cone, the roller cone is fixed using a ball lock (AS RF No. 1808971, ЕВВ 10/28, publ. 04/15/1993).

Недостатком данной конструкции является расположение замкового устройства в рабочей зоне подшипниковой опоры, что снижает ее долговечность.The disadvantage of this design is the location of the locking device in the working area of the bearing support, which reduces its durability.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является разборный шарошечный буровой инструмент, содержащий корпус, к которому присоединены опережающие породоразрушающие элементы или он имеет устройство для присоединения опережающего бурового инструмента меньшего диаметра и/или буровой штанги, а также прикреплены лапы с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка на расположенных в ее сквозном осевом отверстии подшипниках, способных воспринимать радиальную и разнонаправленную осевую нагрузку, при этом внутреннее кольцо подшипника, способного воспринимать от шарошки обратную осевую нагрузку, уперто в корпус или застопорено на конце лапы посредством съемного стопорящего резьбового элемента (пат. на полезную модель РФ №141747, МПК Е21В 10/28, опубл. 10.06.2014).Closest to the claimed technical solution is a collapsible cone drilling tool containing a housing to which leading rock cutting elements are attached or it has a device for attaching a smaller diameter leading drill tool and / or drill rod, as well as paws with trunnions attached to each of which are mounted cone on bearings located in its through axial bore, capable of absorbing radial and multidirectional axial load, while the inner ring a bearing capable of absorbing the axial axial load from the cutter is abutted in the housing or locked at the end of the paw by means of a removable locking threaded element (US Pat. Utility Model No. 141747, IPC Е21В 10/28, publ. 06/10/2014).

Недостатком данной конструкции является консольное крепление цапф шарошек, возможность значительного уменьшения предварительного натяга в случае радиально-упорных подшипников, если внутреннее кольцо одного из них уперто в корпус, или в результате выработки и износа, если оно застопорено на конце лапы посредством съемного стопорящего резьбового элемента. Это приводит к уменьшению прочности опор шарошек и долговечности подшипников, повышению требований к точности изготовления и монтажа.The disadvantage of this design is the cantilever mounting of the cones of the cones, the possibility of significantly reducing the preload in the case of angular contact bearings, if the inner ring of one of them is abutted in the housing, or as a result of working out and wear, if it is locked at the end of the paw by means of a removable locking threaded element. This leads to a decrease in the strength of the cones and the durability of the bearings, increasing the requirements for precision manufacturing and installation.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение прочности цапф шарошек и увеличение долговечности подшипников путем обеспечения двухопорного крепления цапф и поддержания предварительного натяга радиально-упорных подшипников с помощью пружин с одновременным уменьшением требований к точности изготовления и монтажа опор шарошек, а значит, уменьшения трудоемкости изготовления.The objective of the invention is to increase the strength of the trunnion trunnions and increase the durability of the bearings by providing two-pivot mounting trunnions and maintaining the preload of the angular contact bearings using springs while reducing the requirements for precision manufacturing and mounting of the cones, and thus reduce the complexity of manufacturing.

Для достижения указанного технического результата в шарошечном буровом инструменте, содержащем корпус, к которому присоединены опережающие породоразрушающие элементы или он имеет устройство для присоединения опережающего бурового инструмента меньшего диаметра и/или буровой штанги, а также прикреплены лапы с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка на расположенных в ее сквозном осевом отверстии подшипниках, способных воспринимать радиальную и разнонаправленную осевую нагрузку, при этом внутреннее кольцо подшипника, способного воспринимать от шарошки обратную осевую нагрузку, уперто в корпус, согласно изобретению каждый из подшипников является радиально-упорным, внутреннее кольцо подшипника, способного воспринимать от шарошки обратную осевую нагрузку, установлено на цапфе с возможностью осевого перемещения и уперто в корпус посредством одной или нескольких тарельчатых пружин, имеется два подшипника, способных воспринимать от шарошки прямую осевую нагрузку, внутреннее кольцо одного из них ближнего к вершине шарошки установлено на цапфе с возможностью осевого перемещения и уперто в бурт цапфы через одну или несколько тарельчатых пружин, цапфа со стороны, противоположной лапе, установлена в отверстие корпуса таким образом, что образован предварительный осевой натяг в радиально-упорных подшипниках в результате сжатия тарельчатых пружин.To achieve the indicated technical result, in a cone drilling tool containing a housing to which leading rock cutting elements are attached, or it has a device for attaching an advance drilling tool of smaller diameter and / or drill rod, and paws with trunnions are attached, on each of which a cone is mounted on bearings located in its through axial bore, capable of absorbing radial and multidirectional axial load, while the inner ring of the bearing, it is possible to perceive the axial load from the cone, rested against the housing, according to the invention, each bearing is angular contact, the inner ring of the bearing, capable of perceiving the inverse axial load from the cone, is mounted on the axle with the possibility of axial movement and is supported in the housing by means of one or several disk springs, there are two bearings capable of perceiving direct axial load from the cone, the inner ring of one of them closest to the cone top is mounted on the trunnion with the possibility of axial movement and rested against the collar of the trunnion through one or more cup springs, the trunnion from the side opposite the foot is installed in the bore of the housing in such a way that a preliminary axial tension is formed in angular contact bearings as a result of compression of the cup springs.

На фиг. 1 изображен шарошечный буровой инструмент сбоку; на фиг. 2 - местный осевой разрез подшипникового узла одной из шарошек.In FIG. 1 shows a cone drilling tool on the side; in FIG. 2 - local axial section of the bearing assembly of one of the cones.

Шарошечный буровой инструмент состоит из корпуса 1, к которому присоединены опережающие породоразрушающие элементы (на чертеже не показаны) или он имеет устройство для присоединения опережающего бурового инструмента меньшего диаметра и/или буровой штанги (на чертеже не показаны), например в виде резьбовой муфты 2.Roller cone drilling tool consists of a housing 1, to which leading rock cutting elements (not shown) are attached or it has a device for connecting smaller diameter leading tools and / or drill rods (not shown), for example, in the form of a threaded sleeve 2.

К корпусу 1 прикреплены лапы 3 с цапфами 4, на каждой из которых установлена шарошка 5 на подшипниках, расположенных в ее сквозном осевом отверстии, способных воспринимать радиальную и разнонаправленную осевую нагрузку. Подшипник 6, способный воспринимать от шарошки 5 обратную осевую нагрузку, выполнен радиально-упорным, его внутреннее кольцо установлено на цапфе 4 с возможностью осевого перемещения и уперто в корпус 1 посредством, например двух, тарельчатых пружин 7.Claws 3 with trunnions 4 are attached to the housing 1, on each of which a cone 5 is mounted on bearings located in its through axial bore, capable of absorbing radial and multidirectional axial loads. The bearing 6, capable of perceiving the reverse axial load from the roller cutter 5, is made radially thrust, its inner ring is mounted on the axle 4 with the possibility of axial movement and abutted into the housing 1 by means of, for example, two disk springs 7.

Имеется два радиально-упорных подшипника 8 и 9, способных воспринимать от шарошки 5 прямую осевую нагрузку. Внутреннее кольцо подшипника 8, ближнего к вершине шарошки 5, установлено на цапфе 4 с возможностью осевого перемещения и уперто в бурт цапфы 4 через, например одну, тарельчатую пружину 10.There are two angular contact bearings 8 and 9, capable of absorbing direct axial load from cone 5. The inner ring of the bearing 8, which is closest to the top of the roller cutter 5, is mounted on the axle 4 with the possibility of axial movement and rested against the shoulder of the axle 4 through, for example, one disc spring 10.

Цапфа 4 со стороны, противоположной лапе 3, установлена в отверстие корпуса 1 таким образом, что образован предварительный натяг в радиально-упорных подшипниках 6, 8 и 9 в результате сжатия тарельчатых пружин 7 и 10.The pin 4 from the side opposite to the foot 3 is installed in the hole of the housing 1 in such a way that a preload is formed in the angular contact bearings 6, 8 and 9 as a result of compression of the disk springs 7 and 10.

Для уплотнения подшипникового узла может быть применена уплотнительная шайба 11, которая может передавать осевое усилие предварительного натяга от тарельчатых пружин 7 к внутреннему кольцу радиально-упорного подшипника 8.To seal the bearing assembly, a sealing washer 11 can be used, which can transmit the axial force of the preload from the cup springs 7 to the inner ring of the angular contact bearing 8.

Работает шарошечный буровой инструмент следующим образом.Works cone drilling tool as follows.

На корпус 1 и лапы 3 передается осевое усилие и крутящий момент, в результате этого происходит вращение корпуса 1 и шарошек 5, с помощью которых разрушается забой скважины (на чертеже не показан).Axial force and torque are transmitted to the casing 1 and paws 3, as a result of which the casing 1 and cones 5 rotate, with the help of which the bottom hole is destroyed (not shown).

Опережающие породоразрушающие элементы (на чертеже не показаны) меньшего диаметра или присоединенный к резьбовой муфте 2 опережающий буровой инструмент (на чертеже не показан) производят бурение опережающего уступа скважины, освобождая место для расположения вершинной части шарошек 5, не имеющей породоразрушающего вооружения.The leading rock cutting elements (not shown in the drawing) of smaller diameter or the leading boring tool attached to the threaded sleeve 2 (not shown in the drawing) drill the leading ledge of the well, freeing up space for the top of the cone 5, which does not have rock cutting weapons.

Усилия от каждой шарошки 5 передаются на радиально-упорные подшипники 6, 8 и 9 и на цапфу 4, которая имеет две опоры: с одной стороны - лапу 3; с другой - корпус 1. В результате двухопорного крепления цапф 4 увеличивается их прочность.The forces from each cone 5 are transferred to angular contact bearings 6, 8 and 9 and to the pin 4, which has two bearings: on the one hand - paw 3; on the other, housing 1. As a result of the two-pivot mounting of the pins 4, their strength increases.

В результате предварительного сжатия тарельчатых пружин 7 и 10 образуется предварительный осевой натяг в радиально-упорных подшипниках 6, 8 и 9, что способствует их лучшей радиальной грузоподъемности при разнонаправленных внешних осевых усилий от шарошек 5. Прямое осевое усилие от шарошек 5, возникающее при бурении и направленное от их вершин, является большим, чем обратное, и воспринимается двумя радиально-упорными подшипниками 8 и 9, способными воспринимать от шарошки 5 прямую осевую нагрузку. Тарельчатая пружина 10 компенсирует погрешности базирования колец радиально-упорных подшипников 8 и 9, а также создает предварительный осевой натяг. Небольшие отклонения в точности изготовления или сборки не приводят к полной потере предварительного осевого натяга радиально-упорных подшипников 6, 8 и 9, а значит, увеличивается долговечность опор шарошек 5 и снижается трудоемкость изготовления шарошечного бурового инструмента.As a result of pre-compression of the disk springs 7 and 10, a preliminary axial preload is formed in the angular contact bearings 6, 8 and 9, which contributes to their better radial load capacity with multidirectional external axial forces from the cones 5. Direct axial force from the cones 5 that occurs during drilling and directed from their vertices is larger than the opposite, and is perceived by two angular contact bearings 8 and 9, capable of perceiving direct axial load from cone 5. Belleville spring 10 compensates for the errors in the base of the rings of angular contact bearings 8 and 9, and also creates a preliminary axial preload. Small deviations in the accuracy of manufacture or assembly do not lead to a complete loss of the preliminary axial preload of the angular contact bearings 6, 8 and 9, which means that the durability of the bearings of the cone 5 increases and the complexity of manufacturing the cone drilling tool is reduced.

Claims (1)

Шарошечный буровой инструмент, содержащий корпус, к которому присоединены опережающие породоразрушающие элементы или он имеет устройство для присоединения опережающего бурового инструмента меньшего диаметра и/или буровой штанги, а также прикреплены лапы с цапфами, на каждой из которых установлена шарошка на расположенных в ее сквозном осевом отверстии подшипниках, способных воспринимать радиальную и разнонаправленную осевую нагрузку, при этом внутреннее кольцо подшипника, способного воспринимать от шарошки обратную осевую нагрузку, уперто в корпус, отличающийся тем, что каждый из подшипников является радиально-упорным, внутреннее кольцо подшипника, способного воспринимать от шарошки обратную осевую нагрузку, установлено на цапфе с возможностью осевого перемещения и уперто в корпус посредством одной или нескольких тарельчатых пружин, имеется два подшипника, способных воспринимать от шарошки прямую осевую нагрузку, внутреннее кольцо одного из них, ближнего к вершине шарошки, установлено на цапфе с возможностью осевого перемещения и уперто в бурт цапфы через одну или несколько тарельчатых пружин, цапфа со стороны, противоположной лапе, установлена в отверстие корпуса таким образом, что образован предварительный осевой натяг в радиально-упорных подшипниках в результате сжатия тарельчатых пружин. Rolling cone drilling tool containing a housing to which leading rock cutting elements are attached, or it has a device for connecting smaller diameter leading boring tools and / or drill rods, and paws with trunnions are attached, on each of which a roller cutter is mounted on an axial hole located in its through hole bearings capable of absorbing radial and multidirectional axial load, while the inner ring of the bearing, capable of perceiving reverse axial load from the cone , abutted in the housing, characterized in that each of the bearings is angular contact, the inner ring of the bearing, capable of absorbing the inverse axial load from the cone, is mounted on the axle with the possibility of axial movement and abutted in the housing through one or more disk springs, there are two bearings capable of perceiving direct axial load from the cutter, the inner ring of one of them, closest to the top of the cutter, is mounted on the trunnion with the possibility of axial movement and rests against the trunnion collar through one whether multiple disc springs, pivot the side opposite the claw, installed in the opening of the housing so that is formed in Axial preload the angular contact bearings as a result of compression of the Belleville springs.
RU2015120830/03A 2015-06-01 2015-06-01 Roller cutter drilling tool RU2592911C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120830/03A RU2592911C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Roller cutter drilling tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120830/03A RU2592911C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Roller cutter drilling tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2592911C1 true RU2592911C1 (en) 2016-07-27

Family

ID=56557107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120830/03A RU2592911C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Roller cutter drilling tool

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592911C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655505C1 (en) * 2017-09-01 2018-05-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Drilling tools
US11946321B2 (en) 2022-08-04 2024-04-02 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Cutting element assemblies and downhole tools comprising rotatable and removable cutting elements and related methods

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2030722A (en) * 1933-12-01 1936-02-11 Hughes Tool Co Cutter assembly
SU1418528A1 (en) * 1987-01-23 1988-08-23 Предприятие П/Я А-1773 Shaft bearing
US5413183A (en) * 1993-05-17 1995-05-09 England; J. Richard Spherical reaming bit
RU2136836C1 (en) * 1998-07-06 1999-09-10 Королев Альберт Викторович Bearing support
RU2333341C2 (en) * 2006-09-04 2008-09-10 Николай Васильевич Грибенников Demountable rock drill with cone rollers on ball bearings with cages
RU2548274C1 (en) * 2014-01-31 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Demountable roller cutter drilling tool

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2030722A (en) * 1933-12-01 1936-02-11 Hughes Tool Co Cutter assembly
SU1418528A1 (en) * 1987-01-23 1988-08-23 Предприятие П/Я А-1773 Shaft bearing
US5413183A (en) * 1993-05-17 1995-05-09 England; J. Richard Spherical reaming bit
RU2136836C1 (en) * 1998-07-06 1999-09-10 Королев Альберт Викторович Bearing support
RU2333341C2 (en) * 2006-09-04 2008-09-10 Николай Васильевич Грибенников Demountable rock drill with cone rollers on ball bearings with cages
RU2548274C1 (en) * 2014-01-31 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Demountable roller cutter drilling tool

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655505C1 (en) * 2017-09-01 2018-05-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Drilling tools
US11946321B2 (en) 2022-08-04 2024-04-02 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Cutting element assemblies and downhole tools comprising rotatable and removable cutting elements and related methods

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130170778A1 (en) Angled bearing assembly
US9045941B2 (en) Hybrid bearings for downhole motors
CN101900161A (en) Drilling Equipment - Bearing Unit
RU2592911C1 (en) Roller cutter drilling tool
US20160040482A1 (en) Roller cutter with improved sealing
US10851589B2 (en) Integrated bearing section and method
EP3535473B1 (en) Radial ball bearing and method
US7798254B2 (en) Earth bit with hub and thrust units
RU2308591C1 (en) Cone bit bearing structure
RU2374419C1 (en) Cone bit support (versions)
RU2493349C1 (en) Drill bit and method of its assembly
RU2350734C1 (en) Roller-bit drill support
RU2215112C2 (en) Rolling-cutter drilling bit
US1918902A (en) Conical cutter drill
RU2548274C1 (en) Demountable roller cutter drilling tool
RU2474670C1 (en) Drilling bit bearing structure
US9915097B2 (en) Bearing section of a downhole drilling motor
RU2467148C1 (en) Method of mounting roller drill bit bearing
RU2302505C1 (en) Cone drill bearing
RU2468176C1 (en) Cone bit support
RU2306400C1 (en) Drill bit bearing structure
RU2499875C1 (en) Installation method of rolling drilling bit bearing structure
RU2472915C1 (en) Rolling drilling bit
CN201265597Y (en) Hard alloy bearing used for oil drilling machine
RU64677U1 (en) SWIVEL

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170602