RU138425U1

RU138425U1 - DRILLING CUTTING BIT

Info

Publication number: RU138425U1
Application number: RU2012115143/03U
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Предеин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Курганавторемонт"
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2014-03-20

Abstract

1. Буровое лопастное долото, содержащее корпус с лопастями и расположенными на них породоразрушающими элементами, каждый последующий из которых в направлении от оси вращения к периферии смещен относительно предыдущего в направлении подачи на забой для образования упомянутыми элементами вогнутой ступенчатой режущей поверхности, и, соответственно, выпуклой ступенчатой поверхности забоя, отличающееся тем, что каждый из породоразрушающих элементов расположен на отдельной лопасти, при этом породоразрушающие элементы каждой последующей ступени, в последовательности от оси вращения к периферии, дополнительно смещены по окружности вращения относительно элементов каждой предыдущей ступени в сторону, противоположную направлению вращения долота.2. Буровое лопастное долото по п.1, отличающееся тем, что внутренняя граница ближайшего к оси вращения породоразрушающего элемента смещена от нее к периферии на величину, достаточную для образования саморазрушающегося в процессе бурения центрального керна.3. Буровое лопастное долото по п.1, отличающееся тем, что величина осевого смещения породоразрушающих элементов, определяющая высоту ступеней забоя, определяется аналитическим выражением:Н≤A·tgφ,где: Н - величина осевого смещения породоразрушающих элементов, образующих смежные ступени забоя;А - величина радиального смещения между смежными породоразрушающими элементами;φ - сумма угла внутреннего трения материала грунта и угла его внешнего трения по материалу породоразрушающего элемента.4. Буровое лопастное долото по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, породоразрушающие элементы, выступающие за габарит корп1. Drill blade bit containing a housing with blades and rock-cutting elements located on them, each subsequent one of which in the direction from the axis of rotation to the periphery is displaced relative to the previous one in the direction of supply to the face to form a concave stepped cutting surface by the said elements, and, accordingly, convex step surface of the face, characterized in that each of the rock cutting elements is located on a separate blade, while the rock cutting elements of each subsequent tupeni, in sequence from the axis of rotation to the periphery, are additionally offset along the circumference of rotation relative to the elements of each previous stage in the direction opposite to the direction of rotation of the bit. 2. A drill blade according to claim 1, characterized in that the inner boundary of the rock cutting element closest to the axis of rotation is offset from it to the periphery by an amount sufficient to form a central core self-destructing during drilling. The drill bit according to claim 1, characterized in that the axial displacement of the rock cutting elements, which determines the height of the bottom faces, is determined by the analytical expression: H≤A · tgφ, where: N is the axial displacement of the rock cutting elements forming adjacent bottom stages; A - the value of the radial displacement between adjacent rock cutting elements; φ is the sum of the angle of internal friction of the soil material and the angle of its external friction over the material of the rock cutting element. 4. Drill blade bit according to claim 1, characterized in that at least the rock cutting elements protruding beyond the envelope

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности, к конструкции буровых лопастных долот, применяемых при бурении скважин различного назначения шнековым способом и с продувкой.The invention relates to the mining industry, in particular, to the design of drill blade bits used for drilling wells for various purposes by auger method and with a purge.

Известны наиболее простые и дешевые в изготовлении лопастные режущие пикообразные долота (Справочник по бурению скважин на воду - М..: Недра, - 1979, с 121) содержащие корпус с лопастями, режущие кромки которых выполнены прямолинейными и расположены под тупым или острым к друг другу, образуя при бурении поверхность забоя в виде конического углубления.Known for the simplest and cheapest in manufacturing blade-shaped peak-shaped bits (Water Well Drilling Guide - M ..: Nedra, - 1979, p. 121) containing a body with blades, the cutting edges of which are made straight and located under blunt or sharp to each other , forming during drilling the surface of the face in the form of a conical recess.

Однако, простота конструкции и относительная дешевизна конструкции этого типа долот существенно обесценивается их недостаточной производительностью при бурении твердых, в частности, мерзлых грунтов. Принципиальной причиной этого недостатка является то, что режущие кромки пикобуров взаимодействуют с забоем в условиях зажатой среды, при которых грунт в зоне взаимодействия находится в условиях, близких к условиям трехосного сжатия. Поэтому разрушение пикобуром в твердых грунтах происходит только за счет скобления, при минимальном внедрении режущего элемента в грунт. Этот недостаток ограничивает область эффективного применения пикобуров бурением с продувкой или промывкой, где высокая степень измельчения бурового шлама важна, как гарантия от его зависания в скважине и последующего образования сальников, являющихся препятствием для выноса бурового шлама из скважины.However, the simplicity of the design and the relative cheapness of the design of this type of bits is significantly depreciated by their insufficient productivity when drilling hard, in particular, frozen soils. The principal reason for this drawback is that the cutting edges of the pico-drills interact with the face in a clamped environment, in which the soil in the interaction zone is in conditions close to the conditions of triaxial compression. Therefore, the destruction of picobur in hard soils occurs only due to scraping, with minimal introduction of the cutting element into the soil. This drawback limits the area of effective use of pico-drills by drilling with a purge or flushing, where a high degree of grinding of drill cuttings is important, as a guarantee against its freezing in the well and subsequent formation of oil seals, which impede the removal of drill cuttings from the well.

Известны также буровые лопастные режущие долота (см. там же, с 119), содержащие корпус со ступенчатыми лопастями и выполненными на их ступенях режущими элементами. Каждый последующий режущий элемент долота, начиная от оси вращения к его периферии, смещен относительно предыдущего в направлении подачи на забой, формируя последний в виде концентричного ступенчатого углубления.Also known are boring blade cutting bits (see ibid., P. 119), containing a housing with stepped blades and cutting elements made on their steps. Each subsequent cutting element of the bit, starting from the axis of rotation to its periphery, is offset relative to the previous one in the direction of feed to the face, forming the latter in the form of a concentric stepped recess.

Преимуществом описанного типа долот перед пикобурами является меньшая удельная энергоемкость разрушения забоя. Это обеспечивается за счет того, что режущие кромки ступенчатого долота взаимодействуют с забоем в условиях менее зажатой среды, что связано с наличием дополнительных поверхностей его обнажения, благодаря которым разрушение происходит не только за счет резания (скобления) грунта вдоль поверхности резания, но и за счет сколов фрагментов ступеней забоя, которые в большей или меньшей степени ослаблены неоднородностями породы.The advantage of the described type of bits over pico-drills is the lower specific energy consumption of the destruction of the face. This is due to the fact that the cutting edges of the stepped bit interact with the face in a less clamped environment, which is associated with the presence of additional surfaces of its exposure, due to which the destruction occurs not only due to cutting (scraping) of the soil along the cutting surface, but also due to chips of fragments of the steps of the face, which are more or less weakened by the heterogeneity of the rock.

Схема резания, положенная в основу конструкции упомянутого долота, образующего забой в форме концентричного ступенчатого углубления, обеспечивает снижение энергоемкости разрушения забоя и с различными усовершенствованиями положена в основу конструкции большого количества лопастных режущих долот, широко применяемых в практике бурения скважин различного назначения.The cutting scheme underlying the design of the mentioned bit, forming a face in the form of a concentric stepped recess, reduces the energy consumption of the destruction of the face and, with various improvements, forms the basis for the design of a large number of blade cutting bits that are widely used in the practice of drilling wells for various purposes.

Однако, несмотря на известный прогресс в снижении энергоемкости, достигнутый за счет ступенчатой схемы резания, при дальнейшем повышении требований к степени совершенства его режущей части долот, обнаруживается следующий недостаток. Его режущие элементы, действием силы подачи долота на забой создают в зоне силового взаимодействия напряжения сжатия при некоторой величине которых, превышающей предел прочности, происходит скол фрагмента ступени. Чем ближе располагается режущий элемент к оси вращения, тем меньше радиус кривизны стенки ступени забоя. При этом ступень забоя, будучи образована вогнутой поверхностью, как силовой элемент, сопротивляющийся разрушению, является аркой. Распространение зоны деформации, от действия режущих элементов долота, приводит к появлению в стенке ступени забоя напряжений сжатия, что обусловлено ее вогнутостью. Но арка, как известно из науки о сопротивлении материалов, хорошо сопротивляется сжатию, если она из непластичного материала, каким являются многие твердые породы. По этой причине энергоемкость разрушения ступени забоя за счет скола увеличивается пропорционально уменьшению радиуса кривизны ее стенки.However, despite the well-known progress in reducing the energy intensity achieved due to the stepwise cutting scheme, with a further increase in the requirements for the degree of perfection of its cutting part of the bits, the following disadvantage is revealed. Its cutting elements, by the action of the feed force of the bit to the bottom, create compression stresses in the force interaction zone at a certain value of which exceeds the tensile strength, a fragment of the step occurs. The closer the cutting element is to the axis of rotation, the smaller the radius of curvature of the wall of the bottom face. In this case, the bottom face, being formed by a concave surface, as a power element that resists destruction, is an arch. The propagation of the deformation zone, from the action of the cutting elements of the bit, leads to the appearance of compression stresses in the wall of the bottom face of the bit, due to its concavity. But the arch, as is known from the science of the resistance of materials, resists compression well if it is made of an unplastic material, like many hard rocks. For this reason, the energy intensity of the destruction of the bottom face due to cleavage increases in proportion to the decrease in the radius of curvature of its wall.

Описанный недостаток усугубляется еще и тем, что так же пропорционально уменьшению радиуса, уменьшается и объемная доля забоя, разрушенного за счет чистого резания снятием слоя грунта. Отсюда очевидно, что особенно существенно описанный недостаток снижает эффективность прототипа при бурении скважин небольшого диаметра, какими являются, например, скважины для закладки зарядов взрывчатого вещества, например, в сейсморазведке, в отличие от скважин строительного назначения, имеющих в несколько раз больший диаметр.The described disadvantage is further aggravated by the fact that the volume fraction of the face, destroyed due to clean cutting by removing the soil layer, is also proportional to the decrease in radius. Hence it is obvious that the disadvantage described especially substantially reduces the effectiveness of the prototype when drilling small diameter wells, such as, for example, wells for laying explosive charges, for example, in seismic exploration, in contrast to construction wells having several times larger diameters.

Еще одним недостатком известного ступенчатого долота, является следующий. Чем ближе расположен режущий элемент к оси вращения, тем меньше пространства, образованного в забое его режущими кромками для вписывания задней части режущих элементов и их корпусов в след вращения этих кромок, тем более затруднена эвакуация бурового шлама, образующегося в центральной части забоя, что также повышает энергоемкость бурения. В некоторых случаях, например при бурении обводненного мерзлого торфа, это приводит к образованию так называемых «сальников», препятствующих эвакуации бурового шлама из забоя и требующих многократного подъема бурового снаряда из скважины для удаления сальника.Another disadvantage of the known stepped bit is the following. The closer the cutting element is to the axis of rotation, the less space created in the face by its cutting edges to fit the rear of the cutting elements and their bodies into the trace of rotation of these edges, the more difficult is the evacuation of drill cuttings formed in the central part of the face, which also increases energy intensity of drilling. In some cases, for example, during drilling of flooded frozen peat, this leads to the formation of so-called “oil seals” that impede the evacuation of drill cuttings from the bottom and require multiple lifting of the drill from the well to remove the oil seal.

Описанные недостатки являются следствием того, что поверхность забоя, формируемая описанным долотом, имеет вогнутую форму.The described disadvantages are due to the fact that the surface of the face formed by the described bit has a concave shape.

Известно буровое лопастное долото (см. SU 325334 А1, 07.01.1972), содержащее корпус с лопастями и расположенными на них породоразрушающими элементами с виде круглых твердосплавных вставок, каждый последующий из которых, по направлению от центра к периферии смещен относительно предыдущего в сторону подачи на забой, образуя вогнутую ступенчатую режущую поверхность. При этом вставки на каждой ступени лопасти расположены, концентрично, «в затылок друг другу», а стенки ступеней лопасти, в которых размещены вставки, образованы коническими поверхностями, соосными долоту. Как количество породоразрушающих элементов на каждой последующей ступени, так и износостойкость их материала, монотонно увеличивается в направлении от центра к периферии, обеспечивая выравнивание ресурса породоразрушающих ступеней по всему сечению забоя и, соответственно, увеличение общего ресурса долота.A drill blade is known (see SU 325334 A1, 01/07/1972), containing a body with blades and rock cutting elements located on them in the form of round carbide inserts, each of which, in the direction from the center to the periphery, is shifted relative to the previous one towards the feed direction face, forming a concave stepped cutting surface. In this case, the inserts on each stage of the blade are located concentrically “to the back of one another”, and the walls of the steps of the blade in which the inserts are placed are formed by conical surfaces that are aligned with the bit. Both the number of rock-cutting elements at each subsequent stage, and the wear resistance of their material, monotonously increases in the direction from the center to the periphery, ensuring equalization of the resource of rock-cutting stages over the entire cross section of the face and, accordingly, an increase in the total resource of the bit.

Хотя описанное лопастное долото, по своему устройству относится к долотам больше истирающего, чем режуще-скалывающего действия, наименее эффективным по энергоемкости разрушения забоя, однако оно наиболее близко заявленному по технической сущности и принято в качестве прототипа.Although the described blade chisel, by its design, refers to chisels with more abrasive than cutting-chipping action, the least efficient in terms of energy consumption of face destruction, however, it is the closest declared in technical essence and adopted as a prototype.

Его преимуществом является то, что оно при бурении образует забой в виде ступенчатой выпуклости, ступень которого, при прочих равных условиях, требует существенно меньших затрат энергии для ее разрушения, по сравнению с вогнутой формой забоя, так как давление породоразрушающего элемента на ступень вызывает на ее выпуклой стенке напряжение растяжения, разрушающая величина которого для большинства пород меньше, чем разрушающая величина напряжений сжатия, возникающих на вогнутых стенках забоя. Эта разница монотонно уменьшается от крепких и хрупких пород к пластичным.Its advantage is that during drilling it forms a face in the form of a stepped convexity, the stage of which, ceteris paribus, requires significantly less energy for its destruction, compared with the concave shape of the face, since the pressure of the rock-cutting element on the stage causes it a convex wall has a tensile stress, the destructive value of which for most rocks is less than the destructive value of the compressive stresses arising on the concave walls of the face. This difference monotonically decreases from strong and brittle rocks to ductile.

Недостатком прототипа является то, что реализовать описанное выше преимущество в уменьшение энергоемкости невозможно, так как конструкция этого долота препятствует этому по следующим причинам.The disadvantage of the prototype is that it is impossible to realize the advantage described above in reducing energy intensity, since the design of this bit prevents this for the following reasons.

Во-первых, авторы противопоставленного изобретения в его описании (столб.1, абз.3) увязывают увеличение рабочей поперечной площади лопастей с увеличением скорости бурения (в данном случае, видимо, следует понимать скорость бурения, как скорость проходки скважины). С этой целью, как следует из чертежа долота, иллюстрирующего изобретение, ступени каждой лопасти образуют вогнутую поверхность резания и снабжены монотонно нарастающим от центра количеством породоразрушающих элементов, для обеспечения возрастания износостойкости долота в направлении от центра к периферии. Упомянутые элементы каждой из ступеней лопасти установлены «в затылок друг другу» (на одном радиусе друг с другом), при этом ступени тела лопасти в которых размещены породоразрушающие элементы, образованы вогнутыми коническими поверхностями.Firstly, the authors of the opposed invention in its description (column 1, paragraph 3) link the increase in the working transverse area of the blades with an increase in the drilling speed (in this case, apparently, the drilling speed should be understood as the rate of penetration of the well). To this end, as follows from the drawing of the bit illustrating the invention, the steps of each blade form a concave cutting surface and are provided with a monotonously increasing number of rock-cutting elements from the center to provide increased wear resistance of the bit in the direction from the center to the periphery. The mentioned elements of each of the steps of the blade are installed “in the back of one another” (at the same radius with each other), while the steps of the body of the blade in which the rock-cutting elements are placed are formed by concave conical surfaces.

Первое техническое противоречие, по нашему мнению, заключается в том, что увеличение рабочей поперечной поверхности лопастей, с одной стороны, действительно увеличивает износостойкость долота, но, с другой стороны, приводит не к увеличению скорости проходки, как ошибочно считают авторы этого долота, а напротив, к ее уменьшению. Это вполне очевидно объясняется тем, что при увеличении площади контакта породоразрушающих элементов долота с забоем, при прочих равных условиях, прямо пропорционально уменьшается их удельное давление на разрушаемую породу и, в той же мере - производительность проходки скважины.The first technical contradiction, in our opinion, is that an increase in the working transverse surface of the blades, on the one hand, really increases the wear resistance of the bit, but, on the other hand, does not lead to an increase in penetration speed, as the authors of this bit mistakenly believe, but rather , to its decrease. This is quite obvious due to the fact that with an increase in the area of contact between the rock-cutting elements of the bit and the bottom, all other things being equal, their specific pressure on the rock being destroyed and, to the same extent, the productivity of the hole, decrease directly.

Второе техническое противоречие, по нашему мнению, заключается в следующем. Да, с одной стороны, вогнутая ступенчатая режущая поверхность лопастей противопоставленного долота образует выпуклые ступени забоя, требующие меньшей энергоемкости для разрушения, чем традиционные вогнутые ступени, образуемые известными долотами. Но, с другой стороны, вогнутые стенки ступеней лопасти с установленными в «затылок друг другу» породоразрушающими элементами в виде цилиндрических твердосплавных вставок, плотно охватывают выпуклые стенки ступеней забоя, препятствуя возникновению в них напряжений растяжения и противодействуя их разрушению сколом, хоть это и декларируется авторами в описании изобретения. При этом невозможность эффективного выноса шлама из микрозазора между стенкой лопасти и стенкой забоя дополнительно усиливает плотность охвата лопастью ступени забоя и, соответственно, степень противодействия ее сколу.The second technical contradiction, in our opinion, is as follows. Yes, on the one hand, the concave stepped cutting surface of the blades of the opposed bit forms convex steps of the face, requiring less energy consumption for destruction than traditional concave steps formed by known bits. But, on the other hand, the concave walls of the steps of the blade with rock-breaking elements installed in the “back of one another” in the form of cylindrical carbide inserts tightly cover the convex walls of the faces of the face, preventing the occurrence of tensile stresses in them and preventing their destruction by cleavage, although this is declared by the authors in the description of the invention. At the same time, the impossibility of effectively removing the sludge from the micro-gap between the blade wall and the bottom wall further enhances the density of the coverage of the bottom stage and, accordingly, the degree of counteraction to its cleavage.

Поэтому, в рамках конструкции прототипа существенно снизить энергоемкость разрушения забоя лопастными долотами за счет сколов его ступеней в подавляющем большинстве пород невозможно. Область эффективного использования упомянутого долота, по нашему мнению, ограничивается бурением с продувкой и ли промывкой высокоабразивных, но хрупких и малопрочных пород. Косвенно это подтверждается тем, что буровое лопастное долото-прототип с вогнутой ступенчатой режущей поверхностью, с момента с момента своего появления и до настоящего времени не получило распространения в практике.Therefore, in the framework of the design of the prototype, it is impossible to significantly reduce the energy intensity of the destruction of the face by blade bits due to chips of its steps in the vast majority of rocks. The area of effective use of the mentioned bit, in our opinion, is limited to drilling with blowing and washing of highly abrasive, but brittle and low-strength rocks. This is indirectly confirmed by the fact that the drill blade prototype bit with a concave stepped cutting surface, from the moment of its appearance to the present, has not been widespread in practice.

Задачей изобретения является устранение описаннных выше недостатков прототипа, препятствующих снижению энергоемкости разрушения забоя. Этот технический результат предполагается достигнуть, во-первых, за счет создания бурового лопастного долота, конструкция которого исключала бы противодействие нижними породоразрушающими элементами разрушению ступеней забоя верхними элементами. Кроме того, энергоемкость предполагается снизить также улучшением условий эвакуации бурового шлама из зоны разрушения забоя.The objective of the invention is to eliminate the above-described disadvantages of the prototype, preventing the reduction of the energy intensity of the destruction of the face. This technical result is expected to be achieved, firstly, by creating a drill blade, the design of which would prevent the lower rock-breaking elements from counteracting the destruction of the bottom steps by the upper elements. In addition, the energy intensity is also expected to be reduced by improving the conditions for the evacuation of drill cuttings from the zone of destruction of the face.

Конструктивно это достигается тем, что в известном буровом лопастном долоте, содержащем корпус с лопастями и расположенными на них породоразрушающими элементами, каждый последующий из которых, в направлении от оси вращения к периферии, смещен относительно предыдущего в направлении подачи на забой для образования упомянутыми элементами вогнутой ступенчатой режущей поверхности, и, соответственно, выпуклой ступенчатой поверхности забоя, отличием является то, что каждый из породоразрушающих элементов расположен на отдельной лопасти, при этом породоразрушающие элементы каждой последующей ступени, в последовательности от оси вращения к периферии, дополнительно смещены по окружности вращения относительно элементов каждой предыдущей ступени в сторону, противоположную направлению вращения долота.Structurally, this is achieved by the fact that in a known drilling paddle bit containing a body with blades and rock cutting elements located on them, each subsequent one of which, in the direction from the axis of rotation to the periphery, is offset relative to the previous one in the direction of feed to the bottom for the formation of a concave step the cutting surface, and, accordingly, the convex step surface of the face, the difference is that each of the rock cutting elements is located on a separate blade, with this rock-breaking elements of each subsequent stage, in sequence from the axis of rotation to the periphery, are additionally offset along the circumference of rotation relative to the elements of each previous stage in the direction opposite to the direction of rotation of the bit.

При такой форме забоя, деформация ее ступени под давлением режущих элементов приводит к появлению на выпуклых стенках ступеней напряжений растяжения, разрушающая величина которых для твердых непластичных грунтов значительно меньше разрушающей величины напряжений сжатия, возникающих на вогнутых стенках ступенях забоя классической для лопастных долот формы. При этом, размещение в предлагаемом долоте каждого из породоразрушающих элементов на отдельной лопасти и их взаимное смещение по окружности исключает подпор стенки разрушаемой ступени каждым последующим из них и не препятствует сколу ступени под совместным действием силы давления на забой и окружной силы резания. Последовательное смещение породоразрушающих элементов в сторону, противоположную направлению вращения благоприятствует эвакуации бурового шлама из центральной части забоя к периферии, способствуя снижению энергоемкости бурения. Отличия заявленного долота обеспечивают также и увеличение глубины внедрения режущей кромки в грунт за счет пластической деформации ступени в ширину, что повышает скорость проходки не только за счет сколов ступеней, но и за счет чистого резания. Чем меньше твердость породы и выше ее пластичность, тем большая объемная доля забоя разрушается резанием, чем скалыванием. Таким образом, преимущество заявленного долота в энергоемкости проявляется в грунтах с существенно различными механическими свойствами, что повышает его универсальность и актуально при бурении в сложных геологических разрезах с перемежающимися по твердости породами.With this form of the face, the deformation of its step under the pressure of the cutting elements leads to the appearance of tensile stresses on the convex walls of the steps, the destructive value of which for hard non-plastic soils is much less than the destructive value of the compression stresses that arise on the concave walls of the face steps of the classical form for blade bits. Moreover, the placement in the proposed bit of each of the rock cutting elements on a separate blade and their mutual displacement along the circumference eliminates the backing of the wall of the destructible step by each subsequent one and does not prevent the chip from chipping under the combined action of the pressure force on the face and the circumferential cutting force. The consecutive shift of the rock-cutting elements in the direction opposite to the direction of rotation favors the evacuation of drill cuttings from the central part of the face to the periphery, contributing to a decrease in the energy consumption of drilling. The differences in the declared bit also provide an increase in the depth of penetration of the cutting edge into the soil due to the plastic deformation of the step in width, which increases the penetration rate not only due to chipped steps, but also due to clean cutting. The lower the hardness of the rock and the higher its ductility, the greater the volume fraction of the face is destroyed by cutting than by chipping. Thus, the advantage of the claimed bit in energy intensity is manifested in soils with significantly different mechanical properties, which increases its versatility and is relevant when drilling in complex geological sections with alternating hardness rocks.

Для дополнительного уменьшения энергоемкости внутренняя кромка ближайшего к оси вращения режущего элемента может быть смещена относительно упомянутой оси к периферии на величину, достаточную для образования керна, разрушающегося в процессе бурения за счет сколов.To further reduce energy intensity, the inner edge of the cutting element closest to the axis of rotation can be offset relative to the axis to the periphery by an amount sufficient to form a core that collapses during drilling due to chips.

Величина осевого смещения режущих элементов во многих случаях определяется конструктивно, исходя из возможности обеспечения прочности лопастей, возможности их компоновки из условия обеспечения эффективного удаления шлама, доступности оптимального типоразмера твердосплавного изделия и других факторов. Однако, при прочих равных условиях, оптимальная величина осевого смещения режущих элементов, формирующих смежные ступени забоя, определяется из аналитического выражения:The magnitude of the axial displacement of the cutting elements in many cases is determined constructively, based on the possibility of ensuring the strength of the blades, the possibility of their layout from the conditions of ensuring effective removal of sludge, the availability of the optimal size of the carbide product and other factors. However, ceteris paribus, the optimal value of the axial displacement of the cutting elements forming adjacent steps of the face is determined from the analytical expression:

Н≤A·tgφH≤A · tgφ

где: Н - величина осевого смещения режущих элементов, образующих смежные ступени забоя;where: N is the value of the axial displacement of the cutting elements forming adjacent steps of the face;

А - величина радиального смещения между смежными режущими элементами;And - the magnitude of the radial displacement between adjacent cutting elements;

φ - сумма угла внутреннего трения материала грунта и угла его внешнего трения по материалу режущего элемента.φ is the sum of the angle of internal friction of the soil material and the angle of its external friction over the material of the cutting element.

При описанном соотношении высоты и ширины ступени забоя энергоемкость разрушения забоя минимальна за счет того, что разрушение ступени происходит на всю ширину и высоту ступени.With the described ratio of the height and width of the face of the face, the energy consumption of the destruction of the face is minimal due to the fact that the destruction of the step occurs over the entire width and height of the step.

Целесообразным также является наклонное расположение тех лопастей с режущими элементами, которые выступают за габарит корпуса долота по его диаметру. Это позволит улучшить вертикальную эвакуацию бурового шлама из забоя на реборду шнека.It is also advisable to have an inclined arrangement of those blades with cutting elements that protrude beyond the size of the bit body along its diameter. This will improve the vertical evacuation of drill cuttings from the bottom to the auger flange.

Упомянутые выше наклонные лопасти могут быть образованы как плоскими, так и винтовыми поверхностями. Первый вариант выполнения позволяет упростить конструкцию долота, а второй обеспечивает более эффективную эвакуацию шлама, хотя более сложен в изготовлении.The inclined blades mentioned above can be formed by both flat and helical surfaces. The first embodiment allows to simplify the design of the bit, and the second provides a more efficient evacuation of sludge, although it is more difficult to manufacture.

Режущие элементы долот для бурения могут иметь плоскую переднюю поверхность, что является более предпочтительным для пластичных грунтов.The cutting elements of the drill bits can have a flat front surface, which is more preferable for plastic soils.

Кроме того, плоские передние поверхности режущих элементов могут быть смещены относительно диаметральной плоскости долота в сторону вращения на такую величину, при которой острый угол между радиусом, проведенным из центра в наиболее удаленную от него точку режущей кромки и самой кромкой, больше угла трения между материалом грунта и материалом режущего элемента. Это позволит улучшить перемещение бурового шлама по передней поверхности режущего элемента из центральной части забоя к его периферии в конструкциях долот, предназначенных для работы без использования промывочного агента, или продувки забоя, или в долотах, например, открывающихся, в которых центральная часть занимает большую часть забоя.In addition, the flat front surfaces of the cutting elements can be shifted relative to the diametrical plane of the bit in the direction of rotation by such a value that the sharp angle between the radius drawn from the center to the point of the cutting edge farthest from it and the edge itself is greater than the angle of friction between the soil material and material of the cutting element. This will improve the movement of drill cuttings along the front surface of the cutting element from the central part of the face to its periphery in the construction of bits designed to operate without the use of a flushing agent, or blowing the face, or in bits, for example, opening, in which the central part occupies most of the face .

Далее, в зависимости от преобладающих геологических условий использования долота, или конъюнктурных факторов, оно может иметь различную форму режущих элементов.Further, depending on the prevailing geological conditions of use of the bit, or market factors, it can have a different shape of the cutting elements.

В первом случае они могут иметь прямоугольную форму с режущей кромкой, образованной прямыми линиями, одна из которых параллельна оси вращения, а вторая - перпендикулярна ей.In the first case, they can have a rectangular shape with a cutting edge formed by straight lines, one of which is parallel to the axis of rotation, and the second is perpendicular to it.

Во втором случае они могут иметь остроугольную форму с режущей кромкой, образованной прямыми линиями, одна из которых параллельна оси вращения, а вторая расположена к ней под острым углом, что позволяет, по сравнению с первым случаем, облегчить разрушение ступени за счет радиальной составляющей силы давления на забой.In the second case, they can have an acute-angled shape with a cutting edge formed by straight lines, one of which is parallel to the axis of rotation, and the second is located at an acute angle to it, which allows, in comparison with the first case, to facilitate the destruction of the stage due to the radial component of the pressure force to the face.

В третьем случае они могут иметь закругленную форму с режущей кромкой, образованной расположенными друг к другу под острым углом и сопряженными радиусом прямыми линиями, что увеличивает ударную прочность режущего элемента.In the third case, they can have a rounded shape with a cutting edge formed by straight lines arranged to each other at an acute angle and radially conjugated by radius, which increases the impact strength of the cutting element.

В четвертом случае режущие элементы могут быть выполнены в виде сменных зубьев, выполненных в форме заостренного тела вращения и обладающих свойством самозатачивания за счет переменной по сечению твердости.In the fourth case, the cutting elements can be made in the form of interchangeable teeth, made in the form of a pointed body of revolution and having the property of self-sharpening due to the variable cross section of hardness.

Кроме того, каждая ступень резания может быть образована различным количеством и расположением режущих элементов. В частности, каждая ступень резания, кроме периферийной, центрирующей долото в скважине, может быть образована одним режущим элементом. Этот вариант реализации изобретения целесообразен с точки зрения повышения удельного давления режущих элементов на забой за счет максимального уменьшения площади силового контакта режущих элементов с забоем. Это существенно увеличивает глубину внедрения режущих кромок в грунт и, соответственно, производительность проходки в твердых породах.In addition, each cutting step can be formed by a different number and arrangement of cutting elements. In particular, each cutting step, except for the peripheral centering bit in the well, can be formed by one cutting element. This embodiment of the invention is advisable from the point of view of increasing the specific pressure of the cutting elements on the face due to the maximum reduction in the area of power contact of the cutting elements with the face. This significantly increases the depth of penetration of cutting edges into the soil and, accordingly, the productivity of penetration in solid rocks.

В другом варианте, каждая ступень резания может быть образована двумя режущими элементами, симметрично расположенными относительно оси вращения. Эта схема расположения режущих элементов может быть целесообразнее при бурении неоднородных грунтов, для повышения устойчивости долота в забое и снижения динамики крутящего момента.In another embodiment, each cutting step can be formed by two cutting elements symmetrically located relative to the axis of rotation. This arrangement of the cutting elements may be more appropriate when drilling heterogeneous soils, to increase the stability of the bit in the face and reduce the dynamics of torque.

В некоторых случаях, например, в открывающихся долотах, оптимальным является вариант размещения режущих элементов, в котором обеспечивается одновременно и увеличение удельного давления режущих элементов на забой, и достаточная устойчивость долота. Это обеспечивается тем, что каждая ступень резания, кроме периферийной, образована режущими элементами, расположенными асимметрично друг другу по разные стороны оси вращения таким образом, что граница следа вращения каждого следующего режущего элемента, совпадает с внутренней границей предыдущего, при этом степень совпадения упомянутых границ варьирует от их частичного перекрытия до дистанцирования на величину толщины стенки кольцевого целика забоя, способного разрушиться за счет сколов в процессе бурения.In some cases, for example, in opening bits, the optimal placement of cutting elements is optimal, which provides both an increase in the specific pressure of the cutting elements on the bottom and sufficient stability of the bit. This is ensured by the fact that each cutting step, except for the peripheral one, is formed by cutting elements located asymmetrically to each other on opposite sides of the rotation axis so that the boundary of the rotation trace of each next cutting element coincides with the inner boundary of the previous one, while the degree of coincidence of the mentioned boundaries varies from their partial overlap to distance by the wall thickness of the annular pillar of the face, which can collapse due to chips during drilling.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, иллюстрирующими его в различных примерах осуществления: фиг.1 - буровое режущее долото, вид сбоку; фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1; фиг.3 - сечение В-В на фиг.2; фиг.4 и 5 - то же, в других вариантах формы режущих элементов; фиг.6 - пример реализации изобретения в открывающемся долоте, вид сбоку; фиг.7 - то же, вид снизу; фиг.8 - то же - вид сбоку по стрелке Г на фиг.6; фиг.9 - то же, вариант винтовых лопастей; фиг.10 - вариант долота с использованием баровых резцов; фиг.11 - схема размещения его режущих элементов, вид сверху.The claimed invention is illustrated by drawings, illustrating it in various examples of implementation: figure 1 - drilling cutting bit, side view; figure 2 - section bB in figure 1; figure 3 - section bb in figure 2; 4 and 5 - the same, in other embodiments, the shape of the cutting elements; 6 is an example implementation of the invention in the opening bit, side view; Fig.7 is the same, bottom view; Fig.8 is the same - side view along arrow G in Fig.6; Fig.9 is the same, a variant of the screw blades; figure 10 is a variant of the bit using bar cutters; 11 - layout of its cutting elements, top view.

Заявленное буровое лопастное долото (фиг.1), содержит корпус 1 с лопастями 2, на каждой из которых симметрично оси вращения размещены породоразрушающие режущие элементы 3. Они могут иметь плоскую переднюю поверхность, ограниченную фронтальной 4 и боковой 5 режущими кромками, первая из которых расположена в плоскости вращения, а вторая параллельна оси вращения (фиг.1 и 3).The claimed drill blade bit (figure 1), contains a housing 1 with blades 2, on each of which symmetrically the axis of rotation are rock cutting cutting elements 3. They can have a flat front surface bounded by the front 4 and side 5 cutting edges, the first of which is located in the plane of rotation, and the second is parallel to the axis of rotation (figures 1 and 3).

В зависимости от механических свойств грунта, для которого предназначено долото, его режущие элементы 3 могут иметь различную форму, в большей или меньшей степени повышающую эффективность разрушения ступени забоя. Так в отличие от описанных выше, режущие элементы могут иметь режущие кромки, одна из которых параллельна оси вращения, а другая - расположена под острым углом β, способствущим появлению радиальной составляющей R силы давления на забой, облегчающей разрушение ступени (фиг.4).Depending on the mechanical properties of the soil for which the bit is intended, its cutting elements 3 may have a different shape, to a greater or lesser extent, increasing the efficiency of the destruction of the face. So, unlike the ones described above, the cutting elements can have cutting edges, one of which is parallel to the axis of rotation, and the other is located at an acute angle β, which contributes to the appearance of the radial component R of the pressure force on the face, facilitating the destruction of the stage (figure 4).

Для повышения ударной прочности режущего элемента прямолинейные кромки могут быть скруглены радиусом (не показано).To increase the impact strength of the cutting element, straight edges can be rounded with a radius (not shown).

В варианте (фиг.5), целесообразном при бурении скальных грунтов, породоразрушающие элементы выполнены в виде сменных зубьев 9, рабочая часть которых образована заостренным телом вращения. При этом они обладают свойством самозатачивания.In the embodiment (figure 5), suitable for drilling rocky soils, the rock cutting elements are made in the form of interchangeable teeth 9, the working part of which is formed by a pointed body of revolution. Moreover, they have the property of self-sharpening.

Во всех трех описанных выше вариантах эффективность разрушения забоя дополнительно повышается, в большей или меньшей степени, за счет расклинивающего действия режущих элементов в радиальном направлении.In all three of the above options, the efficiency of the destruction of the face further increases, to a greater or lesser extent, due to the wedging action of the cutting elements in the radial direction.

Лопасти 2, выступающие за габарит d корпуса 1 (фиг.1 и 2), размещены на нем с наклоном к плоскости вращения, облегчающим эвакуацию бурового шлама из забоя на шнек (не показан). Поверхности лопасти могут быть образованы как плоскими, так и винтовыми поверхностями. Последний вариант обеспечивает возможность большего угла наклона лопасти, увеличивающего эффективность удаления бурового шлама из забоя. Режущие элементы 3 в последовательности от центра к периферии смещены друг относительно друга в направлении подачи на забой, образуя при вращении ступени шириной А и высотой Н (фиг.3). Кроме того, в той же последовательности от центра к периферии они смещены друг относительно друга по окружности в направлении, противоположном направлению вращения.The blades 2, protruding beyond the dimension d of the housing 1 (Figs. 1 and 2), are placed on it with an inclination to the plane of rotation, facilitating the evacuation of drill cuttings from the bottom to the screw (not shown). The surface of the blade can be formed by both flat and helical surfaces. The latter option provides the possibility of a larger angle of inclination of the blade, increasing the efficiency of removal of drill cuttings from the bottom. The cutting elements 3 in a sequence from the center to the periphery are offset relative to each other in the direction of feed to the face, forming during rotation of the step with a width A and a height H (Fig. 3). In addition, in the same sequence from the center to the periphery, they are offset relative to each other around the circumference in the direction opposite to the direction of rotation.

Ближайшие к оси вращения режущие элементы 3, могут смыкаться своими внутренними кромками 5 на этой оси, однако, для увеличения, при прочих равных условиях, удельного давления режущих кромок долота на забой за счет снижения суммарной площади контакта режущей части с забоем, в описываемом примере эти кромки смещены от нее к периферии на величину, достаточную для образования разрушающегося в процессе бурения за счет сколов керна 6.The cutting elements 3 closest to the axis of rotation can be joined by their internal edges 5 on this axis, however, to increase, ceteris paribus, the specific pressure of the cutting edges of the bit on the face due to a decrease in the total contact area of the cutting part with the face, in the described example, these the edges are displaced from it to the periphery by an amount sufficient for the formation of core 6, which is destroyed during drilling due to chips.

Буровое режущее долото работает следующим образом (Фиг.1, 2 и 3). В результате вращения долота с крутящим моментом Мкр и его подачи на забой с усилием Р фронтальные режущие кромки 4 внедряются в грунт на глубину h, зависящую от его прочности, срезают его, углубляясь в скважину и формируя забой в виде ступенчатой концентричной выпуклости 7. При этом разрушение забоя происходит не только за счет описанного выше чистого резания грунта, но и за счет обрушения фрагментов 8 его ступеней. Деформация сжатия грунта совместным действием окружного усилия и давления на забой передней и задней поверхностями режущего элемента, распространяясь к периферии ступени, приводит появлению напряжений растяжения на ее выпуклой стенке, разрушающая величина которых значительно ниже разрушающей величины напряжений сжатия. Это приводит к разрушению ступени по поверхности минимального сопротивления срезу или сколу материала грунта, расположенной под углом φ к фронту давления режущим элементом. Упомянутый угол φ является суммой угла внутреннего трения материала грунта и угла его внешнего трения по материалу режущего элемента. Кроме того, на положение этой поверхности могут оказывать влияние также неоднородности структуры грунта. Верхняя часть забоя в виде керна 6 периодически разрушается в процессе бурения при достижении предельной для ее прочности высоты, выносится на периферию и удаляется из забоя вместе с остальным шламом шнеком или иными известными средствами (не показаны).Drilling cutting bit works as follows (Fig.1, 2 and 3). As a result of the rotation of the bit with a torque Mkr and its supply to the face with a force P, the front cutting edges 4 are embedded in the soil to a depth h, depending on its strength, cut it off, going deeper into the well and forming a face in the form of a stepped concentric bulge 7. destruction of the face occurs not only due to the clean soil cutting described above, but also due to the collapse of fragments of its 8 steps. Compression deformation of the soil by the combined action of the circumferential force and pressure on the face by the front and rear surfaces of the cutting element, propagating to the periphery of the stage, leads to the appearance of tensile stresses on its convex wall, the destructive value of which is much lower than the destructive value of the compression stress. This leads to the destruction of the step on the surface of minimal resistance to shear or cleavage of the soil material, located at an angle φ to the pressure front by the cutting element. The said angle φ is the sum of the angle of internal friction of the soil material and the angle of its external friction over the material of the cutting element. In addition, the heterogeneity of the soil structure may also influence the position of this surface. The upper part of the face in the form of a core 6 periodically collapses during drilling when the maximum height for its strength is reached, is carried out to the periphery and removed from the face with the rest of the sludge by a screw or other known means (not shown).

Выигрыш в энергоемкости, достигается тем, что, в отличие от известного, предлагаемое лопастное долото, за счет размещения каждого породоразрушающего элемента на отдельной лопасти и взаимного последовательного смещения их по окружности против вращения, исключает подпор стенки ступени забоя в зоне давления каждого предыдущего породоразрушающего элемента последующим элементом. При этом, направление последовательного смещения породоразрушающих элементов в сторону противоположную вращению долота благоприятствует перемещению бурового шлама из центральной части забоя к периферии. Распространение зоны деформации от давления породоразрушающих элементов на фронтальную поверхность ступени приводит к появлению на ее боковой стенке напряжений растяжения на существенно большем ее участке, чем в прототипе и увеличению размеров скалываемых фрагментов ступени. По мере увеличения пластичности грунта забоя, увеличивается и его объемная доля, разрушаемая резанием. При этом глубина внедрения режущего элемента в грунт, в сравнении с прототипом, также увеличивается за счет отсутствия подпора, ограничивавшего возможность пластической деформации ступени забоя в ширину.The gain in energy intensity is achieved by the fact that, in contrast to the known one, the proposed blade bit, due to the placement of each rock cutting element on a separate blade and their mutual successive displacement around the circumference against rotation, eliminates the backing up of the wall of the bottom face in the pressure zone of each previous rock cutting element subsequent an element. Moreover, the direction of the successive displacement of the rock-cutting elements in the direction opposite to the rotation of the bit favors the movement of drill cuttings from the central part of the face to the periphery. The propagation of the deformation zone from the pressure of the rock-cutting elements on the frontal surface of the step leads to the appearance of tensile stresses on its side wall at a much larger area than in the prototype and to an increase in the size of the chipped fragments of the step. As the plasticity of the bottom face increases, its volume fraction destroyed by cutting also increases. At the same time, the depth of introduction of the cutting element into the soil, in comparison with the prototype, also increases due to the lack of backwater, which limited the possibility of plastic deformation of the bottom face in width.

Таким образом, изобретение обеспечивает преимущество также в степени универсальности долота и снижает энергоемкость бурения в более широком диапазоне механических свойств грунтов, повышая эффективность бурения в сложных геологических разрезах.Thus, the invention also provides an advantage in the degree of universality of the bit and reduces the energy consumption of drilling in a wider range of mechanical properties of soils, increasing the efficiency of drilling in complex geological sections.

Наиболее оптимальная, с точки зрения всесторонней минимизации энергоемкости разрушения ступени, величина осевого смещения режущих элементов, определяющего высоту Н ступени забоя, определяется аналитическим выражением: Н≥А·tgφThe most optimal, from the point of view of comprehensively minimizing the energy intensity of the destruction of the stage, the axial displacement of the cutting elements, which determines the height H of the bottom face, is determined by the analytical expression: Н≥А · tgφ

А - величина радиального смешения между смежными режущими элементами;And - the magnitude of the radial mixing between adjacent cutting elements;

φ - сумма угла внутреннего трения материала грунта и угла трения материала грунта по материалу режущего элемента.φ is the sum of the angle of internal friction of the soil material and the angle of friction of the soil material according to the material of the cutting element.

Описанное выше соотношение высоты и ширины ступени, при прочих равных условиях, обеспечивает возможность скалывания фрагмента 8 наибольшего объема, что увеличивает производительность проходки.The ratio of the height and width of the step described above, ceteris paribus, provides the possibility of chipping fragment 8 of the largest volume, which increases the productivity of sinking.

Следующий пример выполнения (Фиг.6…9) иллюстрирует использование изобретения в конструкции открывающихся режущих буровых долот, применяемых для погружения зарядов взрывчатых веществ в неустойчивых грунтах, или в строительстве буронабивных свай. Корпус 1 этого долота имеет сквозное отверстие 10, в рабочем положении герметично закрытое со стороны забоя крышкой 11, связанной с корпусом радиальными выступами 12, размещенными в соответствующих пазах 13 корпуса, передающих крутящий момент. На крышке размещены две торцевые лопасти 14 с режущими элементами 15 и 16 с плоской передней поверхностью, ограниченной режущими кромками, фронтальные из которых расположены в плоскости вращения, а боковые параллельны этой оси. При этом режущие элементы 15 и 16 размещены относительно оси вращения асимметрично. Внутренняя боковая кромка первого из них расположена от оси на расстоянии, обеспечивающем образование керна, разрушающегося в процессе бурения, а след вращения его наружной боковой кромки совпадает со следом вращения внутренней боковой кромки второго из них. В свою очередь, след вращения его наружной боковой кромки совпадает с габаритом d цилиндрической поверхности головной части корпуса долота, на которой симметрично оси вращения и в плоскости, перпендикулярной торцевым лопастям 14, размещены периферийные лопасти 17 с режущим элементами 18. Эти лопасти наклонены под углом γ к осевому сечению могут быть образованы как плоскими поверхностями (фиг.8), что упрощает изготовление долота, так и винтовыми (фиг.9), что улучшает удаление бурового шлама из забоя и его подачу на шнек (не показан).The following exemplary embodiment (Fig.6 ... 9) illustrates the use of the invention in the design of opening cutting drill bits used to immerse explosive charges in unstable soils, or in the construction of bored piles. The body 1 of this bit has a through hole 10, in the working position, hermetically closed from the bottom by a lid 11 connected to the body by radial protrusions 12 located in the corresponding grooves 13 of the body transmitting torque. On the lid there are two end blades 14 with cutting elements 15 and 16 with a flat front surface bounded by cutting edges, the front ones of which are located in the plane of rotation, and the side ones are parallel to this axis. In this case, the cutting elements 15 and 16 are placed asymmetrically relative to the axis of rotation. The inner lateral edge of the first of them is located at a distance from the axis, providing core formation, which collapses during drilling, and the trace of rotation of its outer side edge coincides with the trace of rotation of the inner side edge of the second of them. In turn, the rotation trace of its outer lateral edge coincides with the dimension d of the cylindrical surface of the head part of the bit body, on which the peripheral blades 17 with cutting elements 18 are placed symmetrically to the axis of rotation and in the plane perpendicular to the end blades 14. These blades are inclined at an angle γ to the axial section can be formed as flat surfaces (Fig. 8), which simplifies the manufacture of the bit, and screw (Fig. 9), which improves the removal of drill cuttings from the bottom and its supply to the screw (not shown).

След вращения наружных боковых кромок режущих элементов 18, образует диаметр скважины, а след вращения их внутренних кромок совпадает со следом вращения наружной кромки предыдущего режущего элемента 16. При этом, степень совпадения следов вращения кромок всех смежных режущих элементов может варьировать от их взаимного перекрытия до дистанцирования на величину, не превышающую сечения кольцевого целика (не показан), образующегося в этом промежутке и способного саморазрушиться в процессе бурения. Фронтальные кромки режущих элементов 18 периферийных лопастей 17 смещены относительно фронтальных режущих кромок режущих элементов 15 и 16 в направлении подачи на забой на величину Н, определенную из описанного выше соотношения Н≥A·tgφ, достаточную для эффективного разрушения ступени.The trace of the rotation of the outer lateral edges of the cutting elements 18 forms the diameter of the well, and the trace of the rotation of their inner edges coincides with the trace of the rotation of the outer edge of the previous cutting element 16. In this case, the degree of coincidence of the traces of rotation of the edges of all adjacent cutting elements can vary from their mutual overlap to distance by an amount not exceeding the cross-section of an annular pillar (not shown) formed in this gap and capable of self-destruction during drilling. The front edges of the cutting elements 18 of the peripheral blades 17 are offset relative to the front cutting edges of the cutting elements 15 and 16 in the direction of feed to the face by an amount H determined from the ratio H≥A · tgφ described above, sufficient for the effective destruction of the stage.

Кроме того, плоские передние поверхности режущих элементов 15 и 16 смещены относительно диаметральной плоскости долота в сторону его вращения на величину, при которой острый угол δ между радиусом, проведенным из центра в наиболее удаленную от него точку режущей кромки и самой кромкой был больше угла трения между материалом грунта и материалом режущего элемента.In addition, the flat front surfaces of the cutting elements 15 and 16 are shifted relative to the diametrical plane of the bit in the direction of its rotation by an amount at which the acute angle δ between the radius drawn from the center to the point of the cutting edge farthest from it and the edge itself was greater than the friction angle between soil material and material of the cutting element.

Работа открывающегося режущего долота аналогична долотам описанным выше. Специфика его работы, связанная с открыванием крышки 11 и погружением заряда к технической сути объекта изобретения не относятся, и в данной заявке не описывается. Однако, особенностью открывающегося долота, требующей пояснений, является относительно большая площадь центральной части забоя, диктуемая размером крышки 11 проходного отверстия долота и порождающая проблему удаления бурового шлама из этой части забоя. Упомянутая проблема решается описанным выше положением передних поверхностей режущих элементов 15 и 16, обеспечивающим появление направленной в сторону периферии составляющей R окружной силы резания Ро. Эта составляющая, при указанных выше условиях, превышает силу трения грунта по передней поверхности режущего элемента и, в совокупности с центробежными силами обеспечивает эффективную эвакуацию бурового шлама из центральной части забоя на периферийные наклонные лопасти 17 и далее на реборду шнека (не показан).The operation of the opening cutting bit is similar to the bits described above. The specifics of his work related to opening the lid 11 and immersion of the charge are not related to the technical essence of the object of the invention, and is not described in this application. However, a feature of the opening bit that requires explanation is the relatively large area of the central part of the face, dictated by the size of the cover 11 of the hole's passage and causing the problem of removing drill cuttings from this part of the face. The aforementioned problem is solved by the above-described position of the front surfaces of the cutting elements 15 and 16, which ensures the appearance of the peripheral cutting force P0 directed towards the peripheral component R. This component, under the above conditions, exceeds the friction force of the soil along the front surface of the cutting element and, together with centrifugal forces, ensures effective evacuation of drill cuttings from the central part of the face to peripheral inclined blades 17 and further to the auger flange (not shown).

В варианте бурового режущего долота (фиг.10 и 11), в отличие от описанных в предыдущих примерах, каждая ступень резания, кроме периферийной, образована одним режущим элементом 3. Режущая часть этого долота образована из баровых резцов 19, например, типа РП-3. Экономичность и ремонтопригодность такого долота обусловлена распространенностью и массовым типом производства этих резцов. При этом, задние поверхности 20 корпусов этих резцов, в отличие от известных долот, хорошо вписываются в след режущего элемента в забое, благодаря его выпуклой форме. Между режущими элементами смежных ступеней образована радиальная дистанция b, величина которой выбрана исходя из максимальной толщины образующегося в этом зазоре кольцевого целика 21, способного саморазрушиться в процессе бурения скалыванием.In the embodiment of the drilling cutting bit (FIGS. 10 and 11), in contrast to those described in the previous examples, each cutting step, except for the peripheral one, is formed by one cutting element 3. The cutting part of this bit is formed of bar cutters 19, for example, of the RP-3 type . Profitability and maintainability of such a bit is due to the prevalence and mass type of production of these cutters. At the same time, the rear surfaces 20 of the bodies of these cutters, in contrast to the known bits, fit well into the trace of the cutting element in the face due to its convex shape. A radial distance b is formed between the cutting elements of adjacent steps, the value of which is selected based on the maximum thickness of the annular pillar 21 formed in this gap, which is capable of self-destruction during spalling.

Корпус 1 долота имеет осевое отверстие 22 для эвакуации шлама из скважины продувкой или промывкой.The body 1 of the bit has an axial hole 22 for evacuating sludge from the well by blowing or flushing.

Работа долота в описанном варианте не имеет существенных отличий от предыдущих. Вариант размещения режущих элементов, реализованный в этом примере, при прочих равных условиях с примерами, описанными выше, обеспечивает минимальную площадь их силового контакта с забоем, обеспечивающую максимальное удельное давление на породу и, соответственно, максимальную производительность проходки, а отсутствие силового контакта задних поверхностей лопастей со стенками забоя увеличивает ресурс долота и уменьшает растепливание забоя в мерзлоте и связанный с ним риск прихвата бурового снаряда. Наиболее целесообразной областью использования описанного варианта заявленного долота является бурение с продувкой или промывкой в крепких породах.The work of the bit in the described embodiment does not have significant differences from the previous ones. The variant of placement of cutting elements implemented in this example, ceteris paribus with the examples described above, provides a minimum area of their force contact with the face, providing maximum specific pressure on the rock and, therefore, maximum productivity of penetration, and the absence of force contact of the rear surfaces of the blades with walls of the face increases the resource of the bit and reduces the thawing of the face in the permafrost and the associated risk of sticking the drill. The most appropriate area of use for the described embodiment of the claimed bit is drilling with a purge or flushing in hard rock.

Таким образом, описанные в заявке примеры выполнения изобретения доказывают, что оно обеспечивает снижение энергоемкости бурения за счет нового расположения режущих элементов и лучших возможностей для удаления из забоя бурового шлама. При этом, по сравнению с другими известными долотами, указанное преимущество достигается в более широком диапазоне механических свойств грунтов за счет эффективной реализации разных способов разрушения забоя.Thus, the examples of the invention described in the application prove that it provides a reduction in the energy consumption of drilling due to the new arrangement of cutting elements and better opportunities for removing drill cuttings from the bottom. Moreover, compared with other known bits, this advantage is achieved in a wider range of mechanical properties of soils due to the effective implementation of different methods of destruction of the face.

Claims

1. Drill blade bit containing a housing with blades and rock-cutting elements located on them, each subsequent one of which in the direction from the axis of rotation to the periphery is displaced relative to the previous one in the direction of supply to the face to form a concave stepped cutting surface by the said elements, and, accordingly, convex step surface of the face, characterized in that each of the rock cutting elements is located on a separate blade, while the rock cutting elements of each subsequent tupeni, in sequence from the axis of rotation to the periphery, are additionally offset along the circumference of rotation relative to the elements of each previous stage in the direction opposite to the direction of rotation of the bit.

2. The drill blade according to claim 1, characterized in that the inner boundary of the rock cutting element closest to the axis of rotation is offset from it to the periphery by an amount sufficient to form a central core self-destructing during drilling.

3. The drill blade bit according to claim 1, characterized in that the axial displacement of the rock cutting elements, which determines the height of the bottom faces, is determined by the analytical expression:

H≤A · tgφ,

where: N is the value of the axial displacement of rock-cutting elements forming adjacent steps of the face;

And - the magnitude of the radial displacement between adjacent rock cutting elements;

φ is the sum of the angle of internal friction of the soil material and the angle of its external friction over the material of the rock cutting element.

4. Drill blade according to claim 1, characterized in that at least the rock cutting elements protruding beyond the housing dimension along its diameter are placed on the blades inclined to the diametrical section.

5. Drill blade according to claim 4, characterized in that the inclined blades are formed by flat surfaces.

6. Drill blade according to claim 4, characterized in that the inclined blades are formed by helical surfaces.

7. Drill blade according to claim 1, characterized in that the rock cutting elements are made cutting and have a flat front surface.

8. The drill bit according to claims 1, 7, characterized in that to improve the evacuation of drill cuttings from the bottom, the front surfaces of the rock cutting elements are displaced relative to the diametrical plane of the bit in the direction of its rotation, while the offset value is selected so that an acute angle between the radius drawn from the center to the point of the cutting edge farthest from it and the edge itself was greater than the angle of friction between the soil material and the material of the rock-cutting element.

9. Drill blade according to claims 1, 7, characterized in that the rock cutting elements have a rectangular shape with a cutting edge formed by straight lines, one of which is parallel to the axis of rotation, and the second is perpendicular to it.

10. Drill blade according to claims 1, 7, characterized in that the rock cutting elements have an acute-angled shape with a cutting edge formed by straight lines, one of which is parallel to the axis of rotation, and the second is located at an acute angle to it.

11. Drill blade according to claims 1, 7, characterized in that the rock cutting elements have a rounded shape with a cutting edge formed by straight lines conjugated by the radius.

12. Drill blade according to claim 1, characterized in that the rock cutting elements are made in the form of teeth having the shape of a pointed body of revolution.

13. The drill blade according to claim 1, characterized in that each cutting step, except for the peripheral one, is formed by rock cutting elements located asymmetrically to each other on opposite sides of the axis of rotation so that the boundary of the trace of rotation of each next element coincides with the boundary of the previous one, when this, the degree of coincidence of the mentioned boundaries varies from their partial overlap to distance by the wall thickness of the annular pillar of the face, which can be destroyed due to chips during drilling.