RU2394147C1

RU2394147C1 - Diamond bit

Info

Publication number: RU2394147C1
Application number: RU2009127350/03A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Суслов (RU); Евгений Иванович Суслов; Николай Митрофанович Панин (RU); Николай Митрофанович Панин; Юрий Евдокимович Будюков (RU); Юрий Евдокимович Будюков
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2010-07-10

Abstract

FIELD: mining. ^ SUBSTANCE: bit consists of case and matrix divided with flash slots into working sectors with tilted front edge reinforced with diamond elements. The essence of the invention is like follows: cutting elements of each sector correspond to two groups of diamonds of adjacent granularity. Also diamonds of smaller fraction are placed on the front facet of the sector; ratio of their weight to weight of diamonds of the adjacent fraction is not more, than 20 %. ^ EFFECT: increased efficiency of bit operation by means of increased cut and mechanical speed of drilling due to optimal equipping matrix sectors on base of physical-mechanical properties of drilled rock. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна.The invention relates to the field of rock cutting tools, namely to drill bits with diamond weapons for drilling wells with coring.

Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, армированные алмазами (см. авт.св. СССР №308181, кл. Е21В 10/48, 1970 г.).A well-known diamond drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by flushing grooves into separate sectors reinforced with diamonds (see ed. St. USSR No. 308181, CL E21B 10/48, 1970).

Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, обусловленная большой площадью поверхности алмазосодержащей матрицы. Другим недостатком данной коронки является неравномерный выход секторов из строя, что связано с частым сколом их передней грани. Это особенно часто наблюдается при бурении по трещиноватым и перемежающимся по твердости породам, сопровождающимся вибрацией бурового снаряда.The disadvantage of this crown is the low mechanical drilling speed due to the large surface area of the diamond-containing matrix. Another disadvantage of this crown is the uneven failure of sectors, which is associated with frequent cleavage of their front face. This is especially often observed when drilling through fractured and alternating hardness rocks, accompanied by vibration of the drill.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с наклонной передней гранью (см. авт.св. СССР №1717786, кл. Е21В 10/48, 1992 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a diamond drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by flushing grooves into working sectors reinforced with cutting elements with an inclined front face (see ed. St. USSR No. 1717786, class. ЕВВ 10/48 , 1992).

Данная коронка обеспечивает более равномерный износ матрицы. Однако из-за не оптимальной схемы армировки секторов матрицы коронка работает в режиме истирания, что снижает как проходку из-за значительного нагрева матрицы, так и механическую скорость бурения - из-за высокой энергоемкости процесса разрушения породы.This crown provides more uniform matrix wear. However, due to the not optimal scheme for reinforcing the matrix sectors, the crown works in the abrasion mode, which reduces both penetration due to significant matrix heating and the mechanical drilling speed due to the high energy intensity of the rock destruction process.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет оптимальной схемы вооружения секторов матрицы с учетом физико-механических свойств разбуриваемых пород.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the crown by increasing the penetration and mechanical drilling speed due to the optimal armament scheme of the matrix sectors, taking into account the physicomechanical properties of the drilled rocks.

Указанный технический результат достигается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с наклонной передней гранью, согласно изобретению режущие элементы каждого сектора представлены двумя группами алмазов смежной зернистости, при этом алмазы более мелкой фракции размещены со стороны передней грани сектора, причем соотношение их массы к массе алмазов смежной фракции составляет не более 20%.The specified technical result is achieved in that in a diamond drill bit including a housing and a matrix divided by flushing grooves into working sectors reinforced with cutting elements with an inclined front face, according to the invention, the cutting elements of each sector are represented by two groups of diamonds of adjacent grain size, while diamonds of a finer fraction placed from the front of the sector, and the ratio of their mass to the mass of diamonds of the adjacent fraction is not more than 20%.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид коронки, на фиг.2 - вид А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 depicts a General view of the crown, figure 2 - view a in figure 1.

Предложенная алмазная буровая коронка содержит цилиндрический стальной корпус 1 с присоединительной резьбой 7 и матрицу, разделенную промывочными пазами 3 на армированные режущими элементами рабочие секторы 2 с наклонной передней гранью 4. Режущие элементы рабочих секторов 2 представлены двумя группами алмазов смежной зернистости, например зернистость первой группы 90-60 шт./кар., а второй группы - 120/90 шт./кар. При этом алмазы более мелкой фракции 5 размещены со стороны передней грани 4 каждого сектора 2, а алмазы более крупной фракции 6 - со стороны задней части сектора 2. Причем соотношение массы алмазов более мелкой фракции (120/90 шт./кар.) к массе алмазов смежной более крупной фракции 6 составляет не более 20%. В зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород секторы 2 армируются алмазами различных фракций, но при обязательном соблюдении условия использования для армировки передней 4 и задней частей 6 секторов алмазов смежных фракций. Соблюдение этого условия позволяет повысить качество изготовления коронок и упростить технологию их изготовления благодаря близким физико-механическим свойствам алмазов смежных фракций и использованию наиболее оптимальных режимов (по температуре и прессовке), применяемых при их изготовлении. При этом основная часть алмазов мелкой фракции 5 расположена на наклонной поверхности 4 секторов 2.The proposed diamond drill bit contains a cylindrical steel body 1 with a connecting thread 7 and a matrix divided by flushing grooves 3 into working sectors 2 with an inclined front face 4. The cutting elements of the working sectors 2 are represented by two groups of diamonds of adjacent grain size, for example, the grain size of the first group 90 -60 pcs. / Car., And the second group - 120/90 pcs. / Car. At the same time, diamonds of a smaller fraction 5 are placed on the side of the front face 4 of each sector 2, and diamonds of a larger fraction 6 are placed on the side of the back of sector 2. Moreover, the ratio of the mass of diamonds of a smaller fraction (120/90 pcs / ct.) To the mass diamonds of adjacent larger fraction 6 is not more than 20%. Depending on the physicomechanical properties of the drilled rocks, sectors 2 are reinforced with diamonds of various fractions, but subject to the conditions of use for reinforcing the front 4 and rear parts of 6 sectors of diamonds of adjacent fractions. Observance of this condition makes it possible to improve the quality of crown manufacturing and simplify the technology of their production due to the close physicomechanical properties of diamonds of adjacent fractions and the use of the most optimal modes (in temperature and pressing) used in their manufacture. In this case, the main part of the small fraction 5 diamonds is located on the inclined surface of 4 sectors 2.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы секторов 2 внедряются в породу и производят ее разрушение. Разрушенная порода выносится в затрубное пространство, а затем на поверхность промывочной жидкостью, нагнетаемой через бурильную колонну и коронку.The principle of operation of the crown is as follows. Under the action of axial load and torque, the cutting elements of sectors 2 are introduced into the rock and produce its destruction. The destroyed rock is carried into the annulus and then onto the surface by flushing fluid pumped through the drill string and crown.

При этом благодаря расположению алмазов более мелкой фракции 5 на передней грани 4 секторов 2 они создают на забое по всей ширине торца коронки мелкие бороздки, которые представляют собой зоны предварительного разрушения. Наличие таких зон повышает эффективность работы рабочих элементов более крупной фракции 6, размещенных на горизонтальном торце секторов 2 непосредственно за алмазами более мелкой фракции 5. Использование массы алмазов более мелкой фракции 5 в соотношении не более 20% от массы смежной фракции связано с тем, что основную часть работы выполняют именно алмазы более крупной фракции 6, имеющие более высокие физико-механические свойства. Алмазы же более мелкой фракции 5 выполняют в предложенной коронке в основном вспомогательную работу. Такая схема армировки секторов 2 коронки обеспечивает объемное разрушение породы, значительно снижающее энергоемкость процесса бурения.Moreover, due to the location of diamonds of a smaller fraction 5 on the front face of 4 sectors 2, they create small grooves on the face along the entire width of the crown end face, which represent zones of preliminary fracture. The presence of such zones increases the efficiency of the working elements of the larger fraction 6, located on the horizontal end of sectors 2 directly behind the diamonds of the smaller fraction 5. The use of the mass of diamonds of the smaller fraction 5 in a ratio of not more than 20% of the mass of the adjacent fraction is due to the fact that the main Part of the work is done by diamonds of a larger fraction 6, having higher physical and mechanical properties. Diamonds of a smaller fraction 5 perform mainly auxiliary work in the proposed crown. This scheme of reinforcing the sectors of the 2 crown provides volumetric destruction of the rock, significantly reducing the energy intensity of the drilling process.

Таким образом, предложенная схема армировки секторов коронки обеспечивает рост ее технико-экономических показателей, а именно проходки и механической скорости бурения.Thus, the proposed scheme for reinforcing the crown sectors ensures the growth of its technical and economic indicators, namely, penetration and mechanical drilling speed.

Claims

A diamond drill bit including a housing and a matrix divided by flushing grooves into working sectors reinforced with cutting elements with an inclined front face, characterized in that the cutting elements of each sector are represented by two groups of diamonds of adjacent grain size, while the finer fraction diamonds are placed on the side of the front face of the sector and the ratio of their mass to the mass of diamonds of the adjacent fraction is not more than 20%.