FR2620487A1 - Rotary monobloc boring bit - Google Patents

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Abstract

This invention brings an improvement in performance to rotary mono-bloc bits for boring in rocks at great depths. The characteristic feature of the invention is the special setting out of the thermostable polycrystalline diamonds inside compact segments obtained by sintering: these segments serving as cutting units are connected to a steel body. The interest of the invention consists in being able to manufacture, easily in a factory and therefore more cheaply, steel bits exhibiting a cutting structure in thermostable diamonds. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un trépan monobloc rotatif en acier comprenant des éléments de coupe rapportés par encastrement dans le corps de l'outil. The present invention relates to a rotary drill steel piece comprising cutting inserts recessed into the body of the tool. Cette invention a trait plus particulièrement à des trépans comportant un abrasif polycristallin thermostable comme materiau de coupe ou d'abrasion. This invention relates more particularly to drill bits having a polycrystalline abrasive thermostable as material cutting or abrasion.

Le diamant polycristallin thermostable est un solide composé de cristaux de diamant synthétique agglomérés par un procédé de frittage qui résiste à des températures de 1100-C. Polycrystalline diamond is a thermostable solid compound of synthetic diamond crystals bonded by a sintering process which is resistant to temperatures of 1100-C.

La résistance thermique importante du diamant thermostable preàispose son utilisation au forage des roches consolidées moyennement dures à dures. The high thermal resistance of diamond thermostable preàispose use the drilling of consolidated rock medium hard to hard.

Les formes usuelles des diamants polycristallins thermostables sont des polyèdres dont les bases sont soit triangulaires soit rectangulaires, et les cotés rectangulaires. The usual forms of heat-stable polycrystalline diamonds are polyhedrons whose bases are either triangular or rectangular, and rectangular sides.

I1 faut distinguer le diamant polycristallin thermostabse du diamant polycristallin aggloméré en plaques sur un substrat; I1 must distinguish between the polycrystalline diamond thermostabse polycrystalline diamond sinter plates on a substrate; ce dernier qui ne résiste que jusqu'à 700'C est utilisé comme taillant pour forage par cisaillement dans les roches tendres. the latter which can resist up to 700 ° C is used as a cutter for drilling in soft rocks shear.

Les diamants polycristallins thermostables sont couramment utilises comme élément de coupe des trépans diamants usuels obtenus par métallurgie des poudres, c' est à dire par infiltration d'alliage entre des grains de carbure de tungstène, qui permet d'obtenir une surface dure qui enchasse les diamants sur les parties actives de l'outil. Thermostable polycrystalline diamonds are commonly used as a cutting element of diamond bits obtained by conventional powder metallurgy, that is to say by infiltration alloy between the tungsten carbide grains, which provides a hard surface that the entrenched diamonds on the active parts of the tool.

Le procédé de fabrication par métallurgie des poudres sur des surfaces importantes est onéreux. The manufacturing process by powder metallurgy over large areas is expensive. I1 s'avère qu'il est économiquement plus rentable de fabriquer des trépans en acier et de rapporter les éléments de coupe sur la surface active par un procédé d'assemblage tel que brasage ou emmanchement. I1 turns out that it is more cost-effective to manufacture steel bits and bring the cutting elements on the active surface by a joining process such as brazing or press fitting.

On rencontre des difficultés technologiques et des difficultés de conception pour rapporter des diamants thermostables sur des outils en acier. We meet the technological challenges and design challenges to bring thermostable diamonds on steel tools.

L'outil objet de la présente invention résout ces difficultés et permet d'assembler des taillants contenant des diamants thermostables sur des trépans en acier. The tool object of the present invention solves these problems and allows assembly of bits containing thermostable diamonds on steel drill bits.

Le corps de l'outil suivant la présente invention est constitué par un support en acier de forme presque cylindrique, creux, dont une extrémité se termine par un filetage de liaison avec les tiges de forage, l'autre extrémité, qui constitue la partie frontale, présente, d'une part, des plages radiales en saillie sur lesquelles sont aménagés des logements servant à encastrer des segments frittés contenant des diamants thermostables, d'autre part, des orifices et des canaux en creux pour le passage du fluide de forage servant a l'évacuation des débris de roche. The body of the tool according to the present invention is constituted by a support almost cylindrically shaped steel, hollow, one end of which ends with a connecting thread with the drill pipe, the other end, which constitutes the front portion , present on the one hand, radial projecting beaches on which are arranged the housing for recessed sintered segments containing thermostable diamonds on the other hand, orifices and recessed channels for the passage of drilling fluid used was the evacuation of rock debris.

La particularité de l'invention réside, dans la forme spécifique des segments, dans la disposition des diamants thermostables à l'intérieur des segments frittés, et dans le mode d'encastrement des segments. The particularity of the invention lies in the specific shape of the segments, in the arrangement of thermostable diamonds within sintered segments, and in the mode of installation of the segments.

Les segments frittés servant de support au diamant thermostable présentent une arete en saillie formée par l'intersection de deux surfaces planes perpendiculaires, cette arête est disposee tangentiellement à la rotation de l'outil. Sintered segments for supporting the thermally stable diamond have a projecting edge formed by the intersection of two perpendicular flat surfaces, the edge is arranged tangentially to the rotation of the tool.

La forme des segments est allongée avec un.bord d'attaque plan à une extrémité et un bord de fuite arrondi à l'autre extrémiste. The shape of the segments is elongated with un.bord plan of attack at one end and a rounded trailing edge to the other extreme.

Les diamants thermostables sont disposés de façon à présenter une grande aréte en coincidence avec l'arête en saillie du segment fritté. Thermostable diamonds are arranged so as to have a large edge in coincidence with the projecting edge of the sintered segment. Les segments peuvent présenter un ou plusieurs diamants thermostables alignes sur l'arête d'un même elément de coupe. The segments may have one or more thermally stable diamond aligned on the edge of the same cutting element. Pour rendre le segment plus resistant à l'abrasion il est possible d'intégrer, soit en surface soit dans la masse, d'autre diamants naturels ou synthétiques. To make the segment more resistant to abrasion it is possible to integrate, either on the surface or in the ground, the other natural or synthetic diamonds.

Les segments diamantés sont encastrés dans des rainures du corps de l'outil de même forme que la base des segments et assembles par brasure. The diamond segments are embedded in grooves of the tool body the same shape as the base segments and assembled by brazing.

L'invention pourra être bien comprise à la lecture de la description d'un mode particulier, mais non limitatif, de réalisation illustré par les figures annexes suivantes: The invention will be better understood from reading the description of a particular but non-limiting, embodiment illustrated by FIGS following appendices:
La figure 1 illustre, vue en perspective, le trépan selon l'invention, Figure 1 illustrates, in perspective view, the bit according to the invention,
Les figures 2a, et 2b montrent les formes des diamants thermostables utilisés, Figures 2a and 2b show the shapes of diamonds used thermostable,
La figure 3 montre la forme des segments frittés et le mode de sertissage des diamants thermostables, Figure 3 shows the shape of the sintered segments and the mode of crimping thermostable diamonds,
La figure 4 montre la forme des rainures d'encastrement. 4 shows the shape of the insertion grooves.

Le trepan se présente comme un corps ou support (1) en acier relié aux tiges par un filetage < 2 > comportant, une partie latérale formée de surfaces cylindriques < 3 > servant au guidage de l'outil, des orifices < 4 > servant & injecter le fluide de forage sur la partie frontale, des évidements < 5) permettant de canaliser le lavage du front de taille, des plages diamantées radiales < 6) comportant des éléments de coupe qui sont des segments frittés < 7 > présentant une arête tranchante < 8 > formee par deux pans qui se coupent & angle droit, cette arête est disposée tangentiellement à la rotation de l'outil, les segments présentent un bord d'attaque tranchant (9) de forme plane et un bord de fuite < 10 > ayant la forme d'un demi-cône et d'un demi-cylindre, les segments sont brasés dans des rainures < 11 > aménagées dans le corps de l'outil tangentiellement à la rotation, les rainures sont débouchantes dans les canaux (5) sur le bord d'attaque et non débouchantes The drill bit itself as a body or support (1) connected to the steel rods with a <2> thread comprising a side portion formed of cylindrical surfaces <3> for guiding the tool, holes <4> using & injecting the drilling fluid on the front side, recesses <5) to channel the working face washing, radial diamond ranges <6) with cutting elements which are sintered segments <7> having a cutting edge < 8> formed by two sides which intersect & right angle, this edge is disposed tangentially to the rotation of the tool, the segments have an edge of cutting edge (9) of planar shape and a trailing edge <10> having the form of half a cone and a half-cylinder, the segments are brazed into grooves <11> arranged in the tool body tangentially to the rotation, the grooves are open out into the channels (5) the leading edge and not emerging sur le bord de fuite de manière à ce que le fonds de rainure puisse servir de support d'encastrement, les segments < 7) contiennent des diamants thermostables (12 > sertis de manière à faire coïncider une grande arête tranchante du diamant avec celle du segment, les segments peuvent comporter un ou plusieurs diamants thermostables, d'autre diamants, naturels ou synthetiques, peuvent également être sertis en renforcement dans le segment fritté soit en suface soit dans la masse. on the trailing edge so that the groove bottoms can serve as a support for flush fitting, the segments <7) contain thermostable diamonds (12> crimped so as to coincide a large cutting edge of the diamond with that of the segment , the segments may comprise one or more thermostable diamonds, other diamonds, natural or synthetic, may also be crimped reinforcement in the sintered segment either suface either in bulk.

Selon une variante le trépan ne détruit pas la partie centrale et se présente sous la forme d'une couronne de carottage. According to a variant the bit does not destroy the central portion and is in the form of a coring bit.

Claims (3)

    REVENDICATIONS
  1. 1 - Trépan rotatif et monobloc de forage constitué d'un corps en acier (1 > présentant à une extrémité un filetage < 2 > , des surfaces latérales cylindriques (3), et à l'autre extrémité une partie active comportant des orifices d'irrigation (4), et des plages diamantées radiales (6) constituées de segments diamantés frittés (7 > assemblés par brasage sur le corps de l'outil, ces segments, de forme allongée présentent une arête en saillie < 8 > formee par l'intersection de deux surfaces planes perpendiculaires, caractérisé en ce que, la forme des segments < 7) présente un bord d'attaque (9) plan et un bord de fuite < 10 > arrondi suivant un demi-cône et un demi-cylindre, l'arête < 8) est disposée tangentiellement à la rotation de l'outil, les segments enchâssent au moins un diamant polycristallin thermostable (12) de manière à ce qu'une grande arête du diamant coïncide avec l'arête en saillie du segment, les segments sont encastres dans des rainures de m 1 - rotating bit and drilling monobloc constituted by a steel body (1> having at one end a thread <2>, cylindrical side surfaces (3) and at the other end an active portion having orifices irrigation (4), and radial diamond pads (6) consist of sintered diamond segments (7> assembled by brazing to the body of the tool, these segments have an elongated ridge projecting <8> formed by the intersection of two perpendicular flat surfaces, characterized in that the shape of the segments <7) has a leading edge (9) plane and a trailing edge <10> rounded in a semi-cone and a half-cylinder, the edge <8) is disposed tangentially to the rotation of the tool, the segments enshrine at least one polycrystalline diamond thermostable (12) so that a wide edge of the diamond coincides with the projecting edge of the segment, the segments are embedded in grooves of m me forme que la base des segments. me form the basis of segments.
  2. 2 - Outil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trépan est une couronne de carottage au lieu d'un trepan plein. 2 - A drilling tool according to claim 1, characterized in that the drill bit is a core bit instead of a full trepan.
  3. 3 - Outil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments frittés peuvent contenir en renfort d'autre diamants, naturels ou synthétiques, sertis aussi bien dans la masse qu'en surface. 3 - A drilling tool according to claim 1, characterized in that the sintered segments may contain other reinforcing diamonds, natural or synthetic, crimped in both mass and surface area.
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