RU2199644C2

RU2199644C2 - Cone drill bit

Info

Publication number: RU2199644C2
Application number: RU2001108637A
Authority: RU
Inventors: Л.В. Морозов; В.В. Ремнёв
Original assignee: Открытое акционерное общество "Волгабурмаш"
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: drilling equipment with bubble aeration. SUBSTANCE: cone drill bit has passages in legs to supply air from central hole of nipple to bearing assemblies for their cooling. Air is discharged only partially through clearances between end face of cone and leg and major air current is guided into outlet passages going from base of pilot pin to back of leg outwards, is directed at angle upwards to wall of hole to improve face cleaning from cuttings. They have minimal total area of cross-sections of inlet passages of leg satisfying relation S_cl+ΣS_i≥S_in, where S_i is minimal area of cross-section of i-th outlet passage of leg; S_cl is area of clearance between end face of cone and leg; S_in is total area of inlet passages of leg. Design of cone drill bit with improved air circulation ensures more qualitative cooling of bearing assemblies and more efficient cleaning of face from cuttings which results in increased strength of bearing assembly, speed of drilling and driving. EFFECT: enhanced operational reliability of cone drill bit. 2 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к буровым шарошечным долотам с продувкой забоя сжатым воздухом или другим агентом. The invention relates to drilling equipment, and in particular to cone drill bits with a face blowing with compressed air or another agent.

Известно шарошечное долото [1] с продувкой забоя воздухом и воздушным охлаждением опоры. Known cone bit [1] with blowing the bottom of the face with air and air-cooled bearings.

Недостатком этого долота является то, что воздух выходит из опоры в зазор между торцем шарошки и лапой, отклоняет и рассеивает воздушный поток из гидромониторного канала, ухудшая тем самым очистку забоя. Кроме того, воздушный поток в опоре при выходе в зазоры между роликами резко отклоняется, ударяясь о поверхность лапы, что снижает его скорость, эффективность охлаждения опоры и, следовательно, ее стойкость. В процессе износа опоры происходит осевое смещение шарошки к спинке лапы, в результате чего уменьшается зазор между торцем шарошки и лапой, что влечет за собой ухудшение охлаждения опоры и ее преждевременный износ. The disadvantage of this bit is that the air leaves the support in the gap between the end of the cutter and the paw, deflects and scatters the air flow from the hydraulic monitor channel, thereby impairing the cleaning of the face. In addition, the air flow in the support when exiting into the gaps between the rollers sharply deviates, hitting the surface of the paw, which reduces its speed, cooling efficiency of the support and, therefore, its stability. In the process of bearing wear, the axial displacement of the cone to the back of the paw occurs, resulting in a decrease in the gap between the end of the cone and the paw, which entails a deterioration in the cooling of the support and its premature wear.

Известно долото [2] , в котором имеются гидромониторные каналы для очистки забоя воздушным потоком, каналы для охлаждения опоры и паз в лапе со стороны торца шарошки для выхода воздуха из опоры. A bit is known [2], in which there are hydraulic monitor channels for cleaning the face by air flow, channels for cooling the support and a groove in the paw from the side of the end of the cutter for air to escape from the support.

Недостатком этого долота является несовершенство системы циркуляции воздуха, которое проявляется в том, что воздушная струя, выходя из опоры, воздействует на струю воздуха из гидромониторного канала, отклоняя и рассеивая ее и тем самым снижая эффективность очистки забоя и механическую скорость бурения. Кроме того, воздушный поток, пройдя ролики, резко меняет свое направление, следствием чего является уменьшение скорости потока, эффективности охлаждения и стойкости опоры. В результате износа опоры уменьшается зазор между торцем шарошки и лапой, что также способствует перегреву опоры и преждевременному выходу ее из строя. The disadvantage of this bit is the imperfection of the air circulation system, which manifests itself in the fact that the air stream exiting the support acts on the air stream from the hydraulic monitor channel, deflecting and dispersing it and thereby reducing the efficiency of bottomhole cleaning and the mechanical drilling speed. In addition, the air flow, passing rollers, dramatically changes its direction, resulting in a decrease in flow rate, cooling efficiency and stability of the support. As a result of the wear of the support, the gap between the end of the cutter and the paw is reduced, which also contributes to overheating of the support and its premature failure.

Целью настоящего изобретения является повышение стойкости опоры и механической скорости бурения скважин долотами с продувкой забоя сжатым воздухом или другим агентом на основе улучшения конструкции системы циркуляции воздуха в опоре и призабойной зоне. The aim of the present invention is to increase the stability of the support and the mechanical speed of well drilling with bits with blowing the bottom with compressed air or another agent based on the improvement of the design of the air circulation system in the support and the bottomhole zone.

Указанная выше цель достигается тем, что основной поток воздуха из опоры направляется в выходные каналы, идущие от основания цапфы к спинке лапы наружу и направленные под углом вверх к стенке скважины для улучшения очистки забоя от шлама. The above goal is achieved by the fact that the main air flow from the support is directed to the outlet channels, going from the base of the trunnion to the back of the paw outward and directed at an angle upward to the wall of the well to improve cleaning of the bottom of the cuttings.

Такая конструкция долота позволяет решить задачу повышения стойкости их опор и проходки путем более эффективного охлаждения и очистки забоя. This design of the bit allows you to solve the problem of increasing the durability of their supports and sinking by more efficient cooling and cleaning the face.

Долото (1) (фиг. 1) включает несколько (обычно три) взаимосвязанных лап (2), каждая из которых имеет цапфу (3), на которой смонтирована шарошка (4) с твердосплавными зубками (13, 14) или фрезерованными зубьями с возможностью вращения. На цапфе (3) размещены роликовые (5) и шариковый (6) подшипники качения. Шарошка (4) закреплена на цапфе с помощью шарикового подшипника (6) и замкового пальца (7). Система циркуляции воздуха включает гидромониторный канал (12), входные каналы (8) в лапе, канавку в лапе для сбора воздуха (9) со стороны торца шарошки (10), выходные каналы (11) в лапе и паз (15) для выхода каналов. The bit (1) (Fig. 1) includes several (usually three) interlocking paws (2), each of which has a trunnion (3), on which a cone (4) is mounted with carbide teeth (13, 14) or milled teeth with the possibility of rotation. Roller (5) and ball (6) rolling bearings are located on the axle (3). The roller cutter (4) is fixed on the trunnion with a ball bearing (6) and a locking finger (7). The air circulation system includes a hydraulic monitor channel (12), inlet channels (8) in the paw, a groove in the paw for air collection (9) from the side of the cone end (10), output channels (11) in the paw and a groove (15) for the channel exit .

Как показано на фиг. 1, входной поток воздуха (а) разделяется на два потока: в гидромониторный канал (b) и в опору (с) долота. Струя воздуха (е) из гидромониторного канала (12) направлена вниз на забой, обеспечивая его очистку от шлама. Для охлаждения опоры в нее направляется воздух через каналы (8) в лапе, проходит через зазоры между телами качения и опорами подшипников и собирается в канавке (9) (см. фиг.1 и 2), откуда по каналам (11) направляется под углом вверх к спинке лапы. Для обеспечения беспрепятственного выхода потока воздуха (f) в спинке лапы выполнен специальный паз (15). Восходящий воздушный поток (f) обеспечивает вынос шлама из призабойной зоны. Выход воздуха из опор осуществляется частично и через зазоры между торцем (10) шарошки и лапой (2), но основной поток направляется в каналы (11), имеющие минимальную общую площадь поперечных сечений, удовлетворяющую соотношению:
S_з+ΣS_i≥S_вх,
где S_i - минимальная площадь поперечного сечения i-го выходного канала лапы, S_з - площадь зазора между торцем шарошки и лапой, S_вх - общая площадь сечений входных каналов лапы. Такое условие позволяет избежать возрастания давления и температуры воздуха в опоре, способствует повышению эффективности охлаждения элементов опоры.As shown in FIG. 1, the inlet air stream (a) is divided into two streams: into the hydraulic monitor channel (b) and into the support (c) of the bit. A stream of air (e) from the hydraulic monitor channel (12) is directed downward to the bottom, providing for its cleaning from sludge. To cool the support, air is directed into it through the channels (8) in the paw, passes through the gaps between the rolling bodies and bearings of the bearings and is collected in the groove (9) (see Figs. 1 and 2), from where it is directed at an angle through the channels (11) up to the back of the paw. To ensure unhindered air flow (f), a special groove (15) is made in the back of the paw. Upward air flow (f) allows the removal of sludge from the bottomhole zone. The air exit from the supports is carried out partially and through the gaps between the end face (10) of the cone and the paw (2), but the main flow is directed into the channels (11) having a minimum total cross-sectional area satisfying the relation:
S _s + ΣS _i ≥S _in ,
where S _i is the minimum cross-sectional area of the i-th output channel of the paw, S _z - the gap between the end of the cone and the paw, S _I - the total cross-sectional area of the input channels of the paw. This condition avoids the increase in pressure and air temperature in the support, improves the cooling efficiency of the support elements.

На фиг. 1 показано долото, в котором для выхода воздуха из опоры предусмотрены каналы в спинке лапы; на фиг. 2 показан разрез лапы А-А с канавкой для сбора воздуха. In FIG. 1 shows a bit in which channels are provided in the back of the paw for air to exit the support; in FIG. 2 shows a section through the legs AA with a groove for collecting air.

Возможность осуществления изобретения подтверждается положительными результатами стендовых испытаний буровых долот, изготовленных с применением основных принципов данного изобретения. The possibility of carrying out the invention is confirmed by the positive results of bench testing of drill bits made using the basic principles of this invention.

Источники информации
1. Нефтепромысловое оборудование. АО "Волгабурмаш": Каталог. - WSOY, Finland, 1996. - С. 27-29.Sources of information
1. Oilfield equipment. JSC "Volgaburmash": Catalog. - WSOY, Finland, 1996 .-- S. 27-29.

2. Патент США 4813502, кл. Е 21 В 10/18, опубл. 1989. 2. US patent 4813502, CL E 21 B 10/18, publ. 1989.

Claims

A cone drill bit having paws in the paws for supplying air from the central nipple opening to the cones for cooling them, characterized in that it has output channels for directing air flow, going from the base of the pivot to the back of the paw outward, angled upward to the wall wells to improve the cleaning of the bottom of the sludge and having a minimum total cross-sectional area that satisfies the ratio
S _s + ΣS _i ≥S _bx ,
where S _i is the minimum cross-sectional area of the i-th output channel of the paw;
S _z - the area of the gap between the end of the cone and the paw;
S _in - the total area of the input channels of the paw.