RU2291273C1 - Support for rolling cutter bit and method for mounting thereof - Google Patents

Abstract

FIELD: engineering of rock-destroying tools, namely, of supports for rolling cutter bits, containing pivot bolt and rolling cutter held on pivot bolt by locking unit.

SUBSTANCE: pivot bolt is made with circular recess, and locking unit - in form of collet bushing with circular clamp on internal surface at end portion on the side of collet leaves, mounted in circular recess of pivot bolt. Bushing is made with left thread on external surface, and rolling cutter - with corresponding thread on internal surface. Collet bushing is held in starting position without possible rotation relatively to pivot bolt by means of shear elements. Method for assembling the support includes mounting a packing ring and threaded collet bushing on pivot bolt, circular clamp of which bushing is positioned in corresponding recess of pivot bolt, mounting and locking of bushing relatively to pivot bolt by shear element, connection of bushing to rolling cutter by means of left thread on external surface of bushing and corresponding thread on internal surface of rolling cutter. After that hollow between leaves of collet bushing is filled with hard lubricant and shear element is cut.

EFFECT: increased reliability of operation, simplified construction.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот и способам их монтажа.The invention relates to a rock cutting tool, and in particular to bearings of rolling cutter bits and methods for their installation.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с породоразрушающими элементами (см. справочник "Буровые долота", Палий П.А. и Корнеев К.Е., Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.30).There is a known support of a cone bit containing a pin on which, by means of sliding and rolling bearings, one of which is lock, a roller cone with rock cutting elements is installed (see the Handbook “Drill bits”, Paliy P.A. and Korneev K.E., Moscow, Nedra, 1971, p. 175, fig. V1.30).

К недостаткам данного долота следует отнести значительное ослабление цапфы в зоне расположения замкового подшипника, связанное с использованием замкового пальца большого диаметра. Особо это сильно сказывается в долотах малого диаметра.The disadvantages of this bit include a significant weakening of the trunnion in the area of the location of the lock bearing associated with the use of a lock finger of large diameter. This is especially true for small diameter bits.

Наличие сварного шва на спинке лапы, которая соприкасается со стенками скважины, ведет к быстрому износу наружного торца пальца и к выходу из строя всей опоры. При наличии же герметизирующего элемента в опоре долота, устанавливаемого, как правило, у основания цапфы, при проведении сварочных работ наблюдаются случаи быстрого выхода его их из строя из-за значительного влияния высокой температуры. Все это снижает эффективность работы долота в целом.The presence of a weld on the back of the paw, which is in contact with the walls of the well, leads to rapid wear of the outer end of the finger and to the failure of the entire support. If there is a sealing element in the support of the bit, which is installed, as a rule, at the base of the pin, during welding, there are cases of rapid failure of them due to the significant influence of high temperature. All this reduces the overall performance of the bit.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом с резьбовым кольцом (см. авт. св. СССР №1588857, кл. Е 21 В 10/22, 1990 г.).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is the support of the cone bit containing the pin and cone fixed to the pin with a locking unit with a threaded ring (see ed. St. USSR No. 1588857, class E 21 B 10/22, 1990 .).

В данном долоте благодаря исключению канала под замковый палец значительно повышается прочность цапфы, а также исключаются все негативные явления, связанные с креплением замкового пальца сваркой.In this bit, due to the exclusion of the channel under the locking finger, the trunnion strength is significantly increased, and all the negative phenomena associated with the fastening of the locking finger by welding are also eliminated.

Недостатками его являются сложность конструкции и, как следствие, малая надежность в работе, а также трудоемкость монтажа и демонтажа. Все это усугубляется наличием пружинного элемента, который в скважинных условиях быстро выйдет из строя и может стать причиной заклинивания шарошки на цапфе.Its disadvantages are the complexity of the design and, as a consequence, the low reliability in operation, as well as the complexity of installation and dismantling. All this is exacerbated by the presence of a spring element, which in the well conditions will quickly fail and can cause jamming of the cone on the trunnion.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы долота путем повышения стойкости его опоры и упрощения конструкции.In accordance with the stated technical objective of the invention is to improve the efficiency of the bit by increasing the stability of its support and simplifying the design.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом с резьбовым кольцом, согласно изобретению цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а резьбовое кольцо замкового узла - в виде цанговой втулки с кольцевым буртом на внутренней поверхности концевого участка со стороны цанговых лепестков, установленным в кольцевой проточке цапфы, при этом втулка выполнена с левой резьбой на наружной поверхности и в исходном положении жестко соединена с цапфой срезным элементом, а шарошка выполнена с ответной резьбой на внутренней поверхности.The stated technical problem is solved in that in the support of a cone bit containing a pin and a cone fixed to the pin with a locking unit with a threaded ring, according to the invention, the pin is made with an annular groove, and the threaded ring of the locking unit is in the form of a collet sleeve with an annular collar on the inner surface the end section from the side of the collet petals installed in the annular groove of the journal, while the sleeve is made with left-hand thread on the outer surface and in the initial position is rigidly connected to the shear axle element, and the cone is made with a reciprocal thread on the inner surface.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что полость, образованная между внутренней поверхностью шарошки и между цанговыми лепестками, заполнена смазочным материалом.The task is also facilitated by the fact that the cavity formed between the inner surface of the cone and between the collet petals is filled with lubricant.

Решению задачи по снижению затрат времени на сборку долота способствует также и реализация предложенного способа монтаж опоры шарошечного долота, включающего установку и фиксацию резьбовой втулки с одним из соединяемых элементов (шарошкой) с возможностью вращения и жесткое соединение с другим соединяемым элементом (цапфой), согласно изобретению перед жестким соединением с одним из соединяемых элементов втулку фиксируют от проворота относительно цапфы, а после жесткого соединения резьбовой втулки с шарошкой фиксатор освобождают.The solution to the problem of reducing the time required to assemble the bit is also facilitated by the implementation of the proposed method of mounting the support of the cone bit, including installing and fixing the threaded sleeve with one of the connected elements (roller cone) with the possibility of rotation and rigid connection with another connected element (pin), according to the invention Before a rigid connection with one of the elements to be connected, the sleeve is fixed from rotation relative to the pin, and after a rigid connection of the threaded sleeve with a cone, the lock is released.

Выполнение цапфы с кольцевой проточкой, а резьбового кольца замкового узла - в виде цанговой втулки с кольцевым буртом, размещенным в кольцевой проточке цапфы, обеспечивает надежную фиксацию втулки относительно цапфы от осевого перемещения и легкость изготовления опоры и ее монтажа. Выполнение втулки и шарошки с ответными резьбами обеспечивает жесткое соединение шарошки и втулки и совместное вращение их относительно цапфы. Жесткое соединение втулки в исходном положении с цапфой упрощает сборку опоры. Заполнение свободной полости между лепестками цанговой втулки и шарошкой смазочным материалом уменьшает вероятность попадания шлама в опору долота и тем самым заклинивания опоры, особенно при длительном хранении долот в складских условиях.The execution of the trunnion with an annular groove, and the threaded ring of the locking assembly - in the form of a collet sleeve with an annular collar located in the annular groove of the trunnion, provides reliable fixation of the sleeve relative to the trunnion from axial movement and ease of manufacture of the support and its installation. The execution of the sleeve and cone with mating threads provides a rigid connection of the cone and the sleeve and their joint rotation relative to the journal. The rigid connection of the sleeve in the initial position with the pin simplifies the assembly of the support. Filling the free cavity between the petals of the collet sleeve and the cutter with lubricant reduces the likelihood of sludge getting into the support of the bit and thereby jamming the support, especially during prolonged storage of the bits in storage conditions.

Использование предложенного способа, связанного с применением специального фиксатора для соединения резьбовой втулки с цапфой при монтаже опоры, позволяет значительно повысить производительность сборки долот и исключить вероятность возникновения аварийных ситуаций на забое скважины, возникающих в известном способе (авт. св. СССР №1588857) из-за возможности разрушения пружины замкового узла.Using the proposed method associated with the use of a special fixture for connecting the threaded sleeve with a pin during the installation of the support, can significantly increase the performance of the assembly of bits and eliminate the likelihood of emergencies at the bottom of the well arising in the known method (ed. St. USSR No. 1588857) for the possibility of breaking the spring of the lock assembly.

В целом это позволяет увеличить срок службы как опоры, так и долота в целом и тем самым повысить производительность долота и снизить стоимость буровых работ.In general, this allows to increase the service life of both the support and the bit as a whole, and thereby increase the performance of the bit and reduce the cost of drilling operations.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид опоры долота; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 depicts a General view of the support bit; figure 2 - section aa in figure 1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 с закрепленной на ней шарошкой 2 посредством замкового узла с резьбовым кольцом. Цапфа 1 выполнена с кольцевой проточкой 3, а резьбовое кольцо замкового узла - в виде цанговой втулки 4 с кольцевым буртом 5 на внутренней поверхности со стороны цанговых лепестков 6. Кольцевой бурт 5 размещен в кольцевой проточке 3 цапфы 1. Другой конец втулки 4 выполнен с левой резьбой 7 на наружной поверхности, посредством которой она соединяется с шарошкой 2, выполненной с ответной резьбой 8 на внутренней ее поверхности. Полость 11 между лепестками 6 цанговой втулки 4 и внутренней полостью шарошки 2 заполняется смазочным материалом, преимущественно твердой смазкой, например графитом. Допускается использование и других смазок. В исходном положении втулка 4 фиксируется относительно цапфы 1 срезным элементом 9. Для герметизации опоры предусмотрено уплотнительное кольцо 10, устанавливаемое в совмещенных кольцевых канавках цапфы 1 и шарошки 2.The support of the cone bit includes a pin 1 with a cone 2 fixed thereon by means of a locking assembly with a threaded ring. The pin 1 is made with an annular groove 3, and the threaded ring of the locking assembly is in the form of a collet sleeve 4 with an annular collar 5 on the inner surface from the side of the collet petals 6. An annular collar 5 is placed in the annular groove 3 of the axle 1. The other end of the sleeve 4 is made with the left thread 7 on the outer surface, through which it connects to the cone 2, made with a mating thread 8 on its inner surface. The cavity 11 between the petals 6 of the collet sleeve 4 and the inner cavity of the roller cutter 2 is filled with a lubricant, mainly a solid lubricant, such as graphite. Other lubricants are also allowed. In the initial position, the sleeve 4 is fixed relative to the journal 1 by a shear element 9. To seal the support, a sealing ring 10 is installed, which is installed in the combined annular grooves of the journal 1 and the cone 2.

Монтаж опоры долота осуществляется следующим образом. Вначале на цапфе 1 устанавливают уплотнительное кольцо 10 и цветовую втулку 4, кольцевой бурт 5 которой размещают в ответной проточке 3 цапфы 1. Затем втулку 4 фиксируют относительно цапфы 1 срезным элементом 9 и посредством левой резьбы 7, 8 соединяют с шарошкой 2. При этом полость между цанговыми лепестками 6 заполняют твердой смазкой, например графитом или другой смазкой, которая благодаря уплотнительному кольцу 10 сохраняется длительное время. На заключительном этапе соединения шарошки 2 с втулкой 4 элементы 9, фиксирующие втулку 4 относительно цапфы 1, срезают и шарошка тем самым приводится в рабочее положение.The installation of the support of the bit is as follows. First, a sealing ring 10 and a color sleeve 4 are installed on the pin 1, the annular collar 5 of which is placed in the reciprocal groove 3 of the pin 1. Then the sleeve 4 is fixed relative to the pin 1 by a shear element 9 and connected to the roller cone 2 using a left-hand thread 7. between the collet petals 6 is filled with a solid lubricant, such as graphite or other grease, which is stored for a long time due to the sealing ring 10. At the final stage of connecting the cone 2 with the sleeve 4, the elements 9 fixing the sleeve 4 relative to the pin 1 are cut off and the cone is thereby brought into working position.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 2 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью, подаваемой через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается опорными элементами долота, в том числе цанговой втулкой 4, выполняющей роль плавающего подшипника, чем обеспечивается значительное снижение трения между контактирующими поверхностями шарошки 2 и цапфы 1 и тем самым увеличивается работоспособность как всей опоры, так и долота в целом. Этому способствует также и использование свободной полости между лепестками 6 цанговой втулки 4 под смазку. В процессе бурения шарошки долота вращаются против часовой стрелки и поэтому постоянно происходит довинчивание резьбового соединения втулки 4 с шарошкой 2. Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ в первую очередь за счет применения форсированных режимов бурения.The principle of operation of the bit support is as follows. Under the action of axial load and torque transmitted from the surface through the drill pipe string, rock cutting elements of the cone 2 are introduced into the rock and destroy it. The destroyed rock is removed from the bottom of the well by the flushing fluid supplied through the flushing system of the bit. During drilling, the axial load is perceived by the supporting elements of the bit, including the collet sleeve 4, which acts as a floating bearing, which provides a significant reduction in friction between the contacting surfaces of the roller cutter 2 and pin 1 and thereby increases the working capacity of both the entire support and the bit as a whole. This also contributes to the use of the free cavity between the petals 6 of the collet sleeve 4 for lubrication. In the process of drilling, the cutters of the bit rotate counterclockwise and therefore the screw connection of the sleeve 4 with the cutter 2 is constantly tightened. All this allows to increase the technical and economic performance of drilling operations primarily due to the use of forced drilling modes.

Claims (3)

1. Опора шарошечного долота, содержащая цапфу и шарошку, закрепленную на цапфе замковым узлом с резьбовым кольцом, отличающаяся тем, что цапфа выполнена с кольцевой проточкой, а резьбовое кольцо замкового узла - в виде цанговой втулки с кольцевым буртом на внутренней поверхности концевого участка со стороны цанговых лепестков, установленным в кольцевой проточке цапфы, при этом цанговая втулка выполнена с левой резьбой на наружной поверхности и в исходном положении жестко соединена с цапфой срезным элементом, а шарошка выполнена с ответной резьбой на внутренней поверхности.1. Support cone bit containing a pin and a cone, mounted on the pin with a locking unit with a threaded ring, characterized in that the pin is made with an annular groove, and the threaded ring of the locking unit is in the form of a collet sleeve with an annular collar on the inner surface of the end section from the side collet petals installed in the annular groove of the journal, while the collet sleeve is made with left-hand thread on the outer surface and in the initial position is rigidly connected to the journal with a shear element, and the cone is made with the response thread on the inner surface. 2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что полость, образованная между внутренней поверхностью шарошки и между цанговыми лепестками, заполнена смазочным материалом.2. Support roller cone according to claim 1, characterized in that the cavity formed between the inner surface of the cone and between the collet petals is filled with lubricant. 3. Способ монтажа опоры шарошечного долота, включающий установку и фиксацию резьбовой втулки относительно цапфы, соединение резьбовой втулки с шарошкой, отличающийся тем, что в качестве резьбовой втулки используют цанговую втулку, при этом вначале на цапфе устанавливают уплотнительное кольцо и цанговую втулку, кольцевой бурт которой размещают в ответной проточке цапфы, фиксацию цанговой втулки относительно цапфы осуществляют срезным элементом, а соединение цанговой втулки с шарошкой осуществляют посредством левой резьбы на наружной поверхности цанговой втулки и ответной резьбы на внутренней поверхности шарошки, после чего полость между лепестками цанговой втулки заполняют твердой смазкой и срезают срезной элемент.3. A method of mounting a cone of a cone bit, including installing and fixing a threaded sleeve relative to a pin, connecting a threaded sleeve with a cone, characterized in that a collet sleeve is used as a threaded sleeve, with a sealing ring and a collet sleeve, the annular collar of which are installed on the axle first. placed in the reciprocal groove of the trunnion, the collet sleeve is fixed relative to the trunnion with a shear element, and the collet sleeve is connected to the roller cone by means of a left-hand thread the surfaces of the collet sleeve and the mating thread on the inner surface of the cone, after which the cavity between the petals of the collet sleeve is filled with solid lubricant and the shear element is cut.

Images