RU71370U1 - DRILL BIT DRILL - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к породоразрушающему инструменту для бурения скважин. Шарошка бурового долота содержит корпус (1) с элементами вооружения в виде вставных твердосплавных зубков (2). На периферийном венце зубки расположены в три ряда. Поверхность породоразрушающей вершины зубка с торца выполнена вогнутой на величину 0,3...1,5 мм в зависимости от формы и размера породоразрушающей вершины зубков по ее кромке и от свойств горных пород. Расстояние между центрами зубков и шаг зубьев шарошки долота определено по расчетным формулам. Обеспечивается повышение эффективности передачи энергии от зуба долота разрушаемой горной породе на забое скважины. 5 ил.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to a rock cutting tool for drilling wells. The cutter of the drill bit contains a housing (1) with armament elements in the form of inserted carbide teeth (2). On the peripheral crown, the teeth are arranged in three rows. The surface of the rock-cutting top of the clove from the end is concave to a value of 0.3 ... 1.5 mm, depending on the shape and size of the rock-cutting top of the cloves along its edge and on the properties of rocks. The distance between the centers of the teeth and the pitch of the teeth of the bit cutter is determined by the calculation formulas. EFFECT: increased efficiency of energy transfer from a tooth to a bit of destructible rock at the bottom of a well. 5 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к породоразрушающему инструменту для бурения скважин.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to a rock cutting tool for drilling wells.

Шарошки изготавливают с элементами вооружения, в основном, со вставными зубками (не исключается вариант выполнения шарошки с фрезерованными зубьями с породоразрушающими вершинами (ПВЗ) с различной формой).The cones are made with weapons elements, mainly with inserted teeth (the embodiment of the cone with milled teeth with rock cutting tops (PVZ) with various shapes is not excluded).

Известна шарошка бурового долота, содержащая корпус с элементами вооружения в виде фрезерованных зубьев или вставных зубков, при этом элементы вооружения выполнены с несколькими породоразрушающими вершинами, расположенными с возможностью одновременного силового воздействия на разрушаемую породу и выполненными с разным вылетом над наружной поверхностью шарошки, при этом одна из вершин с набегающей стороны выше противоположной на величину амплитуды осевых зубцовых вибраций долота /Пат. 2153569 РФ, МПК Е21В 10/16, опубл. 1995/.Known cone drill bit containing a housing with weapons elements in the form of milled teeth or insertion teeth, while the weapons elements are made with several rock-cutting peaks located with the possibility of simultaneous force impact on destructible rock and made with different projections above the outer surface of the cone, with one from the peaks on the running side above the opposite by the magnitude of the amplitude of the axial gear vibrations of the bit / Pat. 2153569 RF, IPC Е21В 10/16, publ. 1995 /.

В процессе углубления скважины объем разрушенной за одно взаимодействие одного или четырех зубков долота с породой оказывается меньше, чем это возможно при существующем техническом уровне.In the process of deepening the well, the volume of one bit or four teeth of the bit destroyed by one interaction with the rock is less than is possible with the existing technical level.

При известных конструкциях шарошек не полностью используется эффект взаимодействия зубьев шарошки на объем выбуриваемых частиц породы на забое скважины. Для усиления такого эффекта центры ПВЗ должны находиться на расстоянии до 18...21 мм без снижения прочности тела шарошек. Кроме того, начальная площадь контакта ПВЗ с породой должна быть определенной расчетной величины, что часто не реализуют в шарошках с зубками с заостренными головками, когда энергия N_з1, передаваемая породе на забое скважины в начальный момент контакта зубка с породой, меньше необходимой. При малой осевой деформации породы под зубом долота обычно незначительна доля энергии N_зi, расходуемой на отрыв части породы между смежными зубками.With well-known designs of roller cutters, the effect of the interaction of the teeth of the roller cutter on the volume of rock particles drilled at the bottom of the well is not fully used. To enhance this effect, the PVZ centers should be at a distance of 18 ... 21 mm without reducing the strength of the cone body. In addition, the initial contact area of the PVZ with the rock should be of a certain calculated value, which is often not realized in cone with teeth with pointed heads, when the energy N _s1 transferred to the rock at the bottom of the well at the initial moment of contact of the tooth with the rock is less than necessary. With small axial deformation of the rock under the tooth of the chisel, the fraction of energy N _Зi , spent on separation of a part of the rock between adjacent teeth, is usually insignificant.

Для увеличения N3; необходима гарантированная реализация 2-х, 3-х скачков разрушения породы (СРП) /Мавлатов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра, 1978. - С.64-75/, что можно достичь в предлагаемой конструкции шарошки при определенной форме ПВЗ и ее расположении относительно оси долота, тела шарошки и относительно центра смежных ПВЗ. При этом расположение центров зубков и их ПВЗ должно быть эффективным и в пределах, обусловленных прочностью долота, конструкцией шарошки, диаметром и конструкцией шарошечного долота (двух-шести шарошечных). С применением твердосплавных зубков значительно снижена возможность To increase N3; a guaranteed implementation of 2, 3 jumps of rock destruction (PSA) is needed / Mavlatov M.R. Rock destruction during well drilling. - M .: Nedra, 1978. - P.64-75 /, which can be achieved in the proposed design of the cone with a certain shape of the PVZ and its location relative to the axis of the bit, the body of the cone and relative to the center of adjacent PVZ. At the same time, the arrangement of the centers of the teeth and their PVZ should be effective to the extent determined by the strength of the bit, the design of the cone, the diameter and construction of the cone bit (two to six cone bits). The use of carbide teeth significantly reduced the possibility of

влияния жидкости, попадающей под ПВЗ на величину осевой деформации породы под ПВЗ, что можно восполнить применением предлагаемой конструкции ПВЗ. При этом усиливаются эффективность реализации 2-го СРП и возможности проявления последующих 3-го и 4-го СРП.the influence of fluid falling under the PVZ on the value of the axial deformation of the rock under the PVZ, which can be made up by using the proposed PVZ design. At the same time, the effectiveness of the implementation of the 2nd PSA and the possibility of manifestation of the subsequent 3rd and 4th PSAs are enhanced.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снижение стоимости 1 м бурения при строительстве скважин.The task to which the claimed technical solution is directed is to reduce the cost of 1 m of drilling during well construction.

При осуществлении технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности передачи энергии от зуба долота разрушаемой горной породе на забое скважины.When implementing a technical solution, the problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the efficiency of energy transfer from a tooth to a bit of destructible rock at the bottom of a well.

Указанный технический результат достигается тем, что шарошка бурового долота содержит корпус с элементами вооружения в виде вставных твердосплавных зубков, при этом на периферийном венце шарошки указанные зубки расположены в три ряда, при этом расстояние между центрами зубков определено по формуле:The specified technical result is achieved by the fact that the cutter of the drill bit contains a housing with armament elements in the form of inserted carbide teeth, while on the peripheral crown of the cutter these teeth are arranged in three rows, while the distance between the centers of the teeth is determined by the formula:

l*=(4...4,5)b_z,l * = (4 ... 4,5) b _z ,

где: b_z - ширина зубка по кромке породоразрушающей вершины зубка, а шаг зубьев шарошки долота определен по формуле:where: b _z is the width of the clove along the edge of the rock-cutting top of the clove, and the pitch of the teeth of the bit cutter is determined by the formula:

t_i=(πd_шi)/z_i,t _i = (πd _shi) / z _i,

где: d_шi - диаметр шарошки по ее периферийному венцу или по ближнему с периферийным венцом, z_i - количество зубков на соответствующих венцах шарошки. При этом поверхность породоразрушающей вершины зубка с торца выполнена вогнутой на величину 0,3...1,5 мм. Вылет зубков над поверхностью шарошки среднего из трех рядов на периферийном венце меньше вылета зубков двух других (крайних) рядов на величину 0,3...1,5 мм, в зависимости от свойств горных пород.where: d _шi is the diameter of the cone along its peripheral rim or near with the peripheral rim, z _i is the number of teeth on the corresponding cones of the cone. Moreover, the surface of the rock-cutting top of the tooth from the end is made concave to a value of 0.3 ... 1.5 mm. The flight of teeth over the surface of the cone of the middle of three rows on the peripheral crown is less than the flight of teeth of two other (extreme) rows by 0.3 ... 1.5 mm, depending on the properties of the rocks.

На фиг.1 представлен общий вид шарошки.Figure 1 presents a General view of the cone.

На фиг.2 представлена схема расположения зубков на периферийном и ближних к нему венце шарошки.Figure 2 presents the arrangement of the cloves on the peripheral and adjacent to the crown of the cone.

На фиг.3 представлена схема зубка, предлагаемая вершина которого выполнена в форме квадрата.Figure 3 presents a diagram of the clove, the proposed top of which is made in the form of a square.

На фиг.4 изображена схема головки зубка с ПВЗ прямоугольной формы.Figure 4 shows a diagram of the head of the clove with a PVZ of rectangular shape.

На фиг.5 - схема головки зубка с вогнутой поверхностью ПВЗ в разрезе.Figure 5 - diagram of the head of the clove with a concave surface of the PVZ in section.

Шарошка бурового долота содержит корпус 1 с элементами вооружения, выполненными в виде твердосплавных зубков 2 с их расположением в три ряда на периферийных венцах и в один ряд на ближних (зубки 4) к периферийному венцу. Вылеты h_в над поверхностью шарошки зубков 3 среднего ряда 5 на периферийных венцах The cutter of the drill bit contains a housing 1 with weapons elements made in the form of carbide teeth 2 with their arrangement in three rows on the peripheral crowns and in one row on the near ones (teeth 4) to the peripheral crown. Departures h _in above the cone of the teeth of the teeth 3 of the middle row 5 on the peripheral crowns

выполняют меньшими, чем вылеты зубков в двух других (крайних) рядах 6 (фиг.3) на величину 0,3...1,5 мм, в зависимости от свойств горных пород.perform less than flights of cloves in two other (extreme) rows 6 (Fig. 3) by a value of 0.3 ... 1.5 mm, depending on the properties of the rocks.

Поверхность 7 породоразрушающих вершин зубков 3 и 4 с торца выполняют вогнутой на величину Δ=0,3...1,5 мм в зависимости от формы и размера ПВЗ по ее кромке 8, а также от свойств породы. Наружные грани по периметру породоразрушающих вершин зубков 3 и 4 заострены или закруглены по расчетному радиусу r_z (фиг.6).The surface 7 of the rock-cutting vertices of the teeth 3 and 4 from the end is concave by a value of Δ = 0.3 ... 1.5 mm, depending on the shape and size of the PVZ along its edge 8, as well as on the properties of the rock. The outer faces around the perimeter of the rock-cutting vertices of the teeth 3 and 4 are pointed or rounded along the calculated radius r _z (Fig.6).

Расстояние l* между центрами ближних ПВЗ и шаг t_i зубков шарошки долота определяют по формулам:L * The distance between the centers of the near and EOP step t _i cloves cutter bit is determined by the formulas:

где: b_z - ширина зубка по кромке ПВЗ;where: b _z is the width of the clove along the edge of the PVZ;

d_шi - диаметр шарошки по ее периферийному венцу или по соседним с периферийным венцом;d _шi - diameter of the cone along its peripheral rim or adjacent to the peripheral rim;

z_i - количество зубков на соответствующих венцах шарошки.z _i - the number of teeth on the corresponding crowns.

Ширину b_z и длину l_z (при прямоугольной форме кромки ПВЗ) зубка по кромке ПВЗ выполняют так, чтобы обеспечить начальную площадку контакта вооружения долота с забоем в момент времени приложения проектного усилия на долото.The width b _z and the length l _z (with the rectangular shape of the edge of the PVZ) of the tooth along the edge of the PVZ are performed so as to provide the initial contact area of the bit’s armament with the face at the time of application of the design effort to the bit.

В процессе углубления (бурения) скважины с вращением бурового долота и приложением осевого усилия к нему осуществляется силовой контакт твердосплавных зубков 2 с горной породой на забое скважины. При этом одновременный силовой контакт с забоем происходит, как правило, у 3-5 зубков. От характера интенсивности такого контакта, формы ПВЗ и твердости пород на забое скважины зависит количество скачков разрушения породы СПР, глубина лунки разрушения породы при каждом СРП. При этом глубина разрушения породы выше ядра разрушения породы, количество энергии на отрыв частиц породы и в итоге объем выбуриваемой породы в единицу времени увеличивается. При отличающейся форме торца ПВЗ проявляется эффект асимметричности при создании формы лунки, и, следовательно, подводимая к зубку 2 энергия реализуется более разнообразно и часто эффективней, чем при более симметричной форме ПВЗ. При вогнутой поверхности ПВЗ поток, подведенной к забою энергии, направлен вглубь породы ближе к оси зубка, т.е. подведенная к забою энергия расходуется более концентрированно, чем при существующем выполнении ПВЗ. При этом ПВЗ зубков 3 крайних рядов 6 на периферийных венцах входят в силовой контакт с забоем раньше ПВЗ зубков 3 среднего ряда 5, опережают образование лунок и псевдосжиженных ядер в лунках, под ними раньше образуются трещины в породе возле ядер 2-го и 3-го скачков, после чего под действием ПВЗ среднего ряда 5 образуются лунки и псевдосжиженные In the process of deepening (drilling) the well with the rotation of the drill bit and the application of axial force to it, force contact of the carbide teeth 2 with the rock is carried out at the bottom of the well. In this case, simultaneous force contact with the face occurs, as a rule, in 3-5 teeth. The nature of the intensity of such a contact, the shape of the PVZ and the hardness of the rocks at the bottom of the well determines the number of jumps in rock failure of the SPR, the depth of the hole in rock destruction for each PSA. In this case, the depth of rock destruction is higher than the core of rock destruction, the amount of energy for separation of rock particles and, as a result, the volume of rock drilled per unit time increases. With a different shape of the end face of the PVZ, the asymmetry effect is manifested when creating the shape of the hole, and, therefore, the energy supplied to the tooth 2 is realized more variably and often more efficiently than with the more symmetrical form of the PVZ. With a concave PVZ surface, the flow brought to the bottom of the energy is directed deeper into the rock closer to the axis of the tooth, i.e. energy brought to the slaughter is spent more concentrated than with the existing implementation of the PVZ. In this case, the PVZ of the teeth of the 3 extreme rows 6 on the peripheral crowns come into force contact with the face earlier than the PVZ of the teeth of the 3 middle row 5, outstrip the formation of holes and fluidized nuclei in the holes, and cracks in the rock are formed under them near the nuclei of the 2nd and 3rd jumps, after which, under the action of PVZ of the middle row 5, holes and fluidized are formed

ядра 1-го и 2-го скачков разрушения породы. В результате порода под зубками 3 разрушается быстрей от усилий и напряжений на разрыв снизу от действия зубков 3 двух крайних рядов 6 на периферийном венце и от усилий, переданных сверху через зубки 3 среднего ряда 5.kernels of the 1st and 2nd jumps of rock destruction. As a result, the rock under the teeth 3 collapses faster from the efforts and tensile stresses from below from the action of the teeth 3 of the two extreme rows 6 on the peripheral crown and from the forces transmitted from above through the teeth 3 of the middle row 5.

При разрушении породы зубками, расположенными на средних венцах шарошки требуется меньше энергии, чем при разрушении породы зубками 3 периферийных венцов, поэтому на таких венцах достаточно иметь один ряд зубков с вогнутыми по торцу ПВЗ.When the rock is destroyed by the teeth located on the middle cones of the cone, less energy is required than when the rock is destroyed by the teeth of the 3 peripheral crowns, therefore, on such crowns it is sufficient to have one row of teeth with a PVZ concave at the end.

Для повышения эффективности расходования энергии, подведенной к зубкам долота на периферийных венцах, расстояние l* между центрами зубков (и ПВЗ) должно быть расчетным и таким, чтобы реализовать эффект взаимовлияния от действия ПВЗ соседних (смежных) зубков.In order to increase the efficiency of energy consumption, supplied to the chisels of the bit on the peripheral crowns, the distance l * between the centers of the cloves (and PVZ) should be calculated and such that to realize the effect of mutual influence from the PVZ effect of adjacent (adjacent) teeth.

С применением зубков с вогнутой ПВЗ в начальное время силового контакта зубков с породой под ПВЗ оказывается определенный объем жидкости, что способствует снижению прочности породы при первом СРП, а также ускоренному образованию псевдосжиженного ядра из породы, что при продолжении силового контакта ПВЗ с забоем скважины ускоряет образование псевдосжиженных ядер 2-го, 3-го и даже 4-го СРП.With the use of cloves with concave PVZ in the initial time of forceful contact of the teeth with the rock, a certain volume of liquid appears under the PVZ, which helps to reduce the strength of the rock during the first PSA, as well as the accelerated formation of a fluidized core from the rock, which, when the PVZ contacts with the bottom of the well, accelerates the formation fluidized cores of the 2nd, 3rd and even 4th PSA.

Claims (1)

Шарошка бурового долота, содержащая корпус с элементами вооружения в виде вставных твердосплавных зубков, отличающаяся тем, что на периферийном венце шарошки указанные зубки расположены в три ряда, при этом расстояние между центрами зубков определено по формулеA drill bit cone containing a body with armament elements in the form of carbide insert teeth, characterized in that said teeth are arranged in three rows on the peripheral crown of the cone, and the distance between the centers of the teeth is determined by the formula l*=(4...4,5)b_z,l * = (4 ... 4,5) b _z , где b_z - ширина зубка по кромке породоразрушающей вершины зубка, where b _z is the width of the clove along the edge of the rock cutting top of the clove, шаг зубьев шарошки долота определен по формулеthe pitch of the teeth of the cone bit is determined by the formula t_i=(πd_шi)/z_i,t _i = (πd _shi) / z _i, где d_шi - диаметр шарошки по ее периферийному венцу или ближним с периферийным венцом;where d _шi is the diameter of the cone along its peripheral crown or neighbors with the peripheral crown; z_i - количество зубков на соответствующих венцах шарошки, z _i - the number of cloves on the respective cone crowns, причем поверхность породоразрушающей вершины зубка с торца выполнена вогнутой на величину 0,3...1,5 мм, а вылет зубков над поверхностью шарошки среднего из трех рядов на периферийном венце меньше вылета зубков двух других рядов на величину 0,3...1,5 мм.

moreover, the surface of the rock-cutting top of the tooth from the end is concave by a value of 0.3 ... 1.5 mm, and the flight of teeth over the surface of the cone of the middle of three rows on the peripheral crown is less than the flight of teeth of two other rows by a value of 0.3 ... 1 5 mm.