RU138678U1 - DIAMOND IMPREGNATED DRILL BIT - Google Patents
DIAMOND IMPREGNATED DRILL BIT Download PDFInfo
- Publication number
- RU138678U1 RU138678U1 RU2013152447/03U RU2013152447U RU138678U1 RU 138678 U1 RU138678 U1 RU 138678U1 RU 2013152447/03 U RU2013152447/03 U RU 2013152447/03U RU 2013152447 U RU2013152447 U RU 2013152447U RU 138678 U1 RU138678 U1 RU 138678U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- sector
- superhard
- nanomaterial
- particles
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Алмазная импрегнированная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, армированную алмазами и частицами сверхтвёрдого наноматериала, разделённую промывочными каналами на рабочие секторы с набегающими и сбегающими частями, отличающаяся тем, что диаметр алмазного зерна импрегнированного слоя матрицы определяется по зависимости,где d - диаметр алмазного зерна, мм;F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;Р- предел текучести породы по штампу, МПа;К - коэффициент сопротивления движению алмазного резца (K=1,05÷1,15);К- коэффициент формы алмаза (К=1 для дроблённого алмаза, К=1,2 для овализованного алмаза);h - глубина внедрения алмаза, м,а рабочий сектор коронки по ходу вращения делится на набегающую и сбегающие части в пропорции (1,3÷1,7):(0,7÷0,3), при этом концентрация частиц сверхтвёрдого наноматериала в набегающей части сектора на 10-15% выше, чем концентрация частиц сверхтвёрдого наноматериала в сбегающей части сектора.An impregnated diamond drill bit including a housing and a matrix reinforced with diamonds and particles of superhard nanomaterial, divided by washing channels into working sectors with incoming and outgoing parts, characterized in that the diameter of the diamond grain of the impregnated matrix layer is determined by the dependence, where d is the diameter of the diamond grain, mm; F is the breaking load on the diamond, N; P is the stamp yield strength of the rock, MPa; K is the coefficient of resistance to movement of the diamond cutter (K = 1.05 ÷ 1.15); K is the diamond shape coefficient (K = 1 for d crony diamond, K = 1.2 for ovalized diamond); h is the depth of diamond penetration, m, and the working sector of the crown in the direction of rotation is divided into incident and run-off parts in the ratio (1.3 ÷ 1.7) :( 0.7 ÷ 0.3), while the concentration of particles of superhard nanomaterial in the incident part of the sector is 10-15% higher than the concentration of particles of superhard nanomaterial in the runaway part of the sector.
Description
Техническое решение относится к буровой технике и предназначено для использования в качестве алмазных импрегнированных буровых коронок и долот, армированных синтетическими или природными алмазами, для бурения скважин.The technical solution relates to drilling equipment and is intended for use as diamond impregnated drill bits and bits reinforced with synthetic or natural diamonds for drilling wells.
Известна алмазная импрегнированная буровая коронка, содержащая корпус и разделенную промывочными каналами на рабочие сектора алмазосодержащую матрицу с равномерным распределением алмазов в секторе, (см. США патент 3112803, 175-329, приоритет 02.01.1962 г.). Недостатком этой буровой коронки является сложная технология изготовления и то, что при бурении происходят зашлифование и повышенный износ коронки. Это приводит к снижению механической скорости бурения коронкой и преждевременному снятию ее с эксплуатации.Known diamond impregnated drill bit containing a housing and divided by flushing channels into the working sectors of the diamond-containing matrix with a uniform distribution of diamonds in the sector (see US patent 3112803, 175-329, priority 02.01.1962). The disadvantage of this drill bit is the complex manufacturing technology and the fact that during grinding there is grinding and increased wear of the crown. This leads to a decrease in the mechanical drilling speed of the crown and its premature decommissioning.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является описанная в патенте на изобретение РФ №2270320, М. кл Ε21B 10/46, буровая коронка, включающая корпус и разделенную промывочными каналами на рабочие секторы алмазосодержащую матрицу, рабочий сектор которой по ходу вращения делится по длине окружности среднего радиуса на набегающую и сбегающую части с равномерной концентрацией алмазов и частиц сверхтвердого материала в них, в которой в известной мере устранены указанные выше недостатки.The closest analogue to the claimed technical solution is described in the patent for the invention of the Russian Federation No. 2270320, M. CL Ε21B 10/46, a drill bit including a housing and a diamond-containing matrix divided by washing channels into working sectors, the working sector of which is divided along the circumference along the rotation average radius on the run-in and run-off parts with a uniform concentration of diamonds and particles of superhard material in them, which to a certain extent eliminated the above disadvantages.
Основными недостатками этой конструкции коронки являются повышенный износ рабочих секторов и не высокая механическая скорость бурения из-за нерационального выбора диаметра алмазного зерна импрегнированного слоя и нерациональной концентрации частиц сверхтвердого наноматериала.The main disadvantages of this crown design are the increased wear of the working sectors and the low mechanical drilling speed due to the irrational choice of the diameter of the diamond grain of the impregnated layer and the irrational concentration of particles of superhard nanomaterial.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эксплуатационной стойкости алмазной коронки и механической скорости бурения ею за счет выбора диаметра алмазного зерна импрегнированного слоя матрицы с учетом физико-механических свойств буримых горных пород и оптимизации концентрации частиц сверхтвердого наноматериала по длине рабочего сектора матрицы коронки.The proposed technical solution is aimed at increasing the operational stability of the diamond core and its mechanical drilling speed by selecting the diameter of the diamond grain of the impregnated matrix layer taking into account the physicomechanical properties of drillable rocks and optimizing the concentration of superhard nanomaterial particles along the length of the working sector of the core matrix.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в алмазной импрегнированной буровой коронке, включающей корпус и матрицу, армированную алмазами и частицами сверхтвердого наноматериала, разделенную промывочными каналами на рабочие секторы с набегающими и сбегающими частями диаметр алмазного зерна импрегнированного слоя матрицы определяется по зависимостиThe solution to this problem is ensured by the fact that in a diamond impregnated drill bit, comprising a body and matrix reinforced with diamonds and particles of superhard nanomaterial, separated by washing channels into working sectors with oncoming and run-off parts, the diameter of the diamond grain of the impregnated matrix layer is determined by the dependence
, ,
где d - диаметр алмазного зерна, мм;where d is the diameter of the diamond grain, mm;
F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;F is the breaking load on the diamond, N;
Po - предел текучести породы по штампу, МПа;P o - the yield stress of the rock stamp, MPa;
K - коэффициент сопротивления движению алмазного резца (K=1,05÷1,15);K is the coefficient of resistance to movement of the diamond tool (K = 1.05 ÷ 1.15);
K1 - коэффициент формы алмаза (K1=1 для дробленного алмаза, K1=1, 2 для овализованного алмаза);K 1 - coefficient of diamond shape (K 1 = 1 for crushed diamond, K 1 = 1, 2 for ovalized diamond);
h - глубина внедрения алмаза, мh - diamond penetration depth, m
а рабочий сектор коронки по ходу вращения делится на набегающую и сбегающие части в пропорции (1,3÷1,7):(0,7÷0,3) при этом концентрация частиц сверхтвердого наноматериала в набегающей части сектора на 10-15% выше, чем концентрация частиц сверхтвердого наноматериала в сбегающей части сектора.and the working sector of the crown in the direction of rotation is divided into the incident and runaway parts in the proportion (1.3 ÷ 1.7) :( 0.7 ÷ 0.3) while the concentration of particles of superhard nanomaterial in the running part of the sector is 10-15% higher than the concentration of particles of superhard nanomaterial in the runaway part of the sector.
Благодаря тому, что диаметр алмазного зерна импрегнированного слоя матрицы определяется по зависимостиDue to the fact that the diameter of the diamond grain of the impregnated matrix layer is determined by the dependence
, ,
где d - диаметр алмазного зерна, мм;where d is the diameter of the diamond grain, mm;
F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;F is the breaking load on the diamond, N;
Po - предел текучести породы по штампу, МПа;P o - the yield stress of the rock stamp, MPa;
K - коэффициент сопротивления движению алмазного резца (K=1,05÷1,15);K is the coefficient of resistance to movement of the diamond tool (K = 1.05 ÷ 1.15);
K1 - коэффициент формы алмаза (K1=1 для дробленного алмаза, K1=1, 2 для овализованного алмаза);K 1 - coefficient of diamond shape (K 1 = 1 for crushed diamond, K 1 = 1, 2 for ovalized diamond);
h - глубина внедрения алмаза, мh - diamond penetration depth, m
определяется предельный размер алмазного зерна, при котором происходит переход от упругой деформации горной породы к ее разрушению. Вследствие этого снижается возможность заполирования алмазных зерен, что обуславливает повышение производительности бурения.the limiting size of diamond grain is determined, at which a transition from elastic deformation of the rock to its destruction occurs. As a result, the possibility of polishing diamond grains is reduced, which leads to an increase in drilling productivity.
Проведенными в ОАО «Тульское НИШ» исследованиями установлено, условие разрушения горной породы алмазом (см. Будюков Ю,Е. Создание и производство специального бурового инструмента. - М., 1993. - 38 с, ил. (Техн. и технол. геол. - развед. работ). Обзор /АО «Геоинформмарк». - библиогр.).Studies carried out at Tula NISH OJSC established a condition for rock destruction by diamond (see Budyukov Yu. E. Creation and production of special drilling tools. - M., 1993. - 38 s, ill. (Techn. And technol. Geol. - reconnaissance work). Overview / Geoinformmark JSC. - bibliogr.).
где F - разрушающая нагрузка на алмаз Н;where F is the breaking load on diamond N;
d - диаметр алмазного зерна, мм;d is the diameter of the diamond grain, mm;
h - глубина внедрения алмаза, м;h is the penetration depth of diamond, m;
τ - временное сопротивление породы разрушению, МПа;τ is the temporary resistance of the rock to destruction, MPa;
K - коэффициент сопротивления движению алмазного резца (K=1,05÷1,15).K is the coefficient of resistance to movement of the diamond tool (K = 1.05 ÷ 1.15).
Следует заметить, что, в первом приближении временное сопротивление породы разрушению "τ" можно заменить значением предела текучести породы "Ρo", которое легко находится при определении твердости породы на приборе УМГП-3. С учетом этого имеемIt should be noted that, in a first approximation, the temporary resistance of the rock to fracture "τ" can be replaced by the value of the yield strength of the rock "Ρ o ", which is easily found when determining the hardness of the rock on the device UMGP-3. With this in mind, we have
С учетом влияния формы алмаза можно записать (2) в видеGiven the influence of the shape of the diamond, one can write (2) in the form
F=n(dh-h2)K·P0K1,F = n (dh-h 2 ) KP 0 K 1 ,
Решим последнее уравнение относительно d получим выражение для определения диаметра алмазного зернаWe solve the last equation with respect to d, we obtain the expression for determining the diameter of the diamond grain
где d - диаметр алмазного зерна, мм;where d is the diameter of the diamond grain, mm;
F - разрушающая нагрузка на алмаз, Н;F is the breaking load on the diamond, N;
Po - предел текучести породы по штампу, МПа;P o - the yield stress of the rock stamp, MPa;
K - коэффициент сопротивления движению алмазного резца (K=1,05÷1,15);K is the coefficient of resistance to movement of the diamond tool (K = 1.05 ÷ 1.15);
К1 - коэффициент формы алмаза (K1=1 для дробленного алмаза, K1=1, 2 для овализованного алмаза);K 1 - coefficient of diamond shape (K 1 = 1 for crushed diamond, K 1 = 1, 2 for ovalized diamond);
h - глубина внедрения алмаза, м.h - diamond penetration depth, m.
Таким образом, существуют предельные размеры (диаметр алмазного зерна), при которых происходит переход от упругой деформации породы к ее разрушению.Thus, there are limit sizes (diameter of diamond grains) at which a transition from elastic deformation of the rock to its destruction occurs.
Вследствие того, что рабочий сектор коронки по ходу вращения делится на набегающую и сбегающие части в пропорции (1,3÷Н,7):(0,7÷0,3) при этом концентрация сверхтвердого наноматериала в набегающей части сектора на 10÷15% выше, чем концентрация частиц сверхтвердого наноматериала в сбегающей части значительно повышается износостойкость набегающих частей рабочих секторов матрицы коронки, а износостойкость сбегающей части сектора практически остается неизменной. Это обуславливает самозатачивание коронки при бурении и повышение ее стойкости и механической скорости бурения. При этом коронка эффективно разрушает горную породу набегающими частями рабочих секторов, имеющих повышенную износостойкость по сравнению со сбегающими частями рабочих секторов, благодаря этому возникает зазор между матрицей и породой, через который разрушенная горная порода попадает в промывочные каналы и эффективно выносится из призабойной зоны, вследствие чего возникает и поддерживается высокий уровень механической скорости бурения.Due to the fact that the working sector of the crown in the direction of rotation is divided into the running and running parts in the proportion (1.3 ÷ N, 7) :( 0.7 ÷ 0.3), the concentration of superhard nanomaterial in the running part of the sector is 10 ÷ 15 % higher than the concentration of particles of superhard nanomaterial in the runaway part, the wear resistance of the running parts of the working sectors of the crown matrix increases significantly, and the wear resistance of the runaway part of the sector remains practically unchanged. This causes the crown to self-sharpen during drilling and to increase its durability and mechanical drilling speed. In this case, the crown effectively destroys the rock by the running parts of the working sectors, which have increased wear resistance compared to the running parts of the working sectors, due to this there is a gap between the matrix and the rock, through which the destroyed rock falls into the washing channels and is effectively removed from the bottomhole zone, as a result of which a high level of mechanical drilling speed occurs and is maintained.
При этом при отношении набегающей и сбегающей частей сектора (1,3÷1,7):(0,7÷0,3) при концентрации сверхтвердого наноматериала в набегающей части сектора менее 10% повышение износостойкости набегающей части сектора не происходит, а при концентрации сверхтвердого наноматериала в набегающей части сектора более 15% дальнейшее повышение износостойкости набегающей части сектора уже не происходит.At the same time, with the ratio of the incident and incident parts of the sector (1.3 ÷ 1.7) :( 0.7 ÷ 0.3) when the concentration of superhard nanomaterial in the incident part of the sector is less than 10%, the wear resistance of the incident part of the sector does not increase, but with concentration of superhard nanomaterial in the incident part of the sector by more than 15%, a further increase in the wear resistance of the incident part of the sector no longer occurs.
Все это обуславливает повышение механической скорости бурения и эксплуатационной стойкости коронок.All this leads to an increase in the mechanical drilling speed and operational stability of the crowns.
Алмазная импрегнированная буровая коронка показана на фиг. 1, 2, где фиг. 1 - общий вид коронки и фиг. 2 - схема размещения алмазных зерен и частиц сверхтвердого наноматериала в секторе коронки.The diamond impregnated drill bit is shown in FIG. 1, 2, where FIG. 1 is a general view of the crown, and FIG. 2 is a diagram of the placement of diamond grains and particles of superhard nanomaterial in the crown sector.
Алмазная импрегнированная буровая коронка состоит из корпуса 1, алмазосодержащей матрицы 2 с рабочими секторами 3, промывочными каналами 4, алмазами 5 и частицами сверхтвердого наноматериала 6. При этом а - набегающая часть сектора по ходу вращения коронки, б - сбегающая часть сектора.The diamond impregnated drill bit consists of a housing 1, a diamond-containing matrix 2 with
Алмазная импрегнированная буровая коронка работает следующим образом: при создании осевого и окружного усилий происходит эффективное разрушение горной породы алмазной коронкой вследствие того, что диаметр алмазного зерна импрегнированного слоя матрицы определяется по расчетной зависимости (3) и соответствует физико-механическим свойствам буримых пород, и благодаря тому, что рабочий сектор 3 коронки по ходу ее вращения делится на набегающую а и сбегающую 6 части в пропорции (1,3÷1,7):(0,7÷1,3) при этом концентрация частиц сверхтвердого наноматериала 6, например, нанопорошка нитрида бора в набегающей части сектора на 10-15% выше, чем концентрация частиц сверхтвердого наноматериала в сбегающей части сектора. Поэтому при бурении возникает зазор в сбегающей части сектора между матрицей и породой, через который разрушенная горная порода попадает в промывочные каналы и быстро выносится из призабойной зоны, что обуславливает возникновение и поддержание на высоком уровне механической скорости бурения.A diamond impregnated drill bit works as follows: when creating axial and circumferential forces, the rock is effectively destroyed by a diamond bit due to the fact that the diameter of the diamond grain of the impregnated matrix layer is determined by the calculated dependence (3) and corresponds to the physicomechanical properties of drill rocks that the
Благодаря такому выполнению алмазной буровой коронки осевые и окружные усилия, передаваемые на нее, обеспечивают эффективное разрушение горной породы, и удаление ее частиц при минимальном износе рабочей части коронки.Due to this embodiment of the diamond drill bit, the axial and circumferential forces transferred to it ensure effective destruction of the rock and the removal of its particles with minimal wear on the working part of the crown.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении эксплуатационной стойкости коронки и механической скорости бурения горных пород.The technical and economic efficiency of the proposed technical solution is to increase the operational stability of the crown and the mechanical drilling speed of rocks.
Экономический эффект на одну алмазную коронку диаметром 76 мм составляет 8 500 рублей.The economic effect on one diamond crown with a diameter of 76 mm is 8 500 rubles.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152447/03U RU138678U1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | DIAMOND IMPREGNATED DRILL BIT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013152447/03U RU138678U1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | DIAMOND IMPREGNATED DRILL BIT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU138678U1 true RU138678U1 (en) | 2014-03-20 |
Family
ID=50279422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013152447/03U RU138678U1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | DIAMOND IMPREGNATED DRILL BIT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU138678U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745546C1 (en) * | 2020-10-12 | 2021-03-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Diamond drill bit |
-
2013
- 2013-11-26 RU RU2013152447/03U patent/RU138678U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745546C1 (en) * | 2020-10-12 | 2021-03-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Diamond drill bit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2615560C2 (en) | Drill bit with modular cutters and controlled drilling specific pressure | |
RU138675U1 (en) | DRILL BIT | |
CA2931232C (en) | Drill bits having flushing and systems for using same | |
RU160827U1 (en) | DIAMOND CROWN FOR DRILLING | |
CN103867133A (en) | Self-sharpening artificial-diamond-impregnated bit with continuous crushing capacity | |
RU138678U1 (en) | DIAMOND IMPREGNATED DRILL BIT | |
CN103758463A (en) | Diamond-impregnated bit of arc tooth | |
CN202900050U (en) | Diamond impregnated side-wall coring bit | |
CN104499948A (en) | Double-cutting impregnated diamond segment | |
CN201598984U (en) | Pile-buried diamond bit for drilling hard and ultrahard rock stratum | |
RU2445438C2 (en) | Diamond drill bit | |
RU2468178C1 (en) | Diamond crown bit | |
RU124724U1 (en) | DIAMOND GEAR AND STEPS CROWN | |
CN204212699U (en) | Diamond-impregnated bit | |
Singh et al. | A review on the excavator tool bits wear | |
CN104295240A (en) | Novel diamond bit | |
RU2478767C2 (en) | Crown bit | |
RU2468175C1 (en) | Heat cutting head with bottomhole stripper | |
RU190484U1 (en) | Drill bit | |
RU2345209C1 (en) | Blade reamer | |
Mostofi et al. | The wear mechanisms of impregnated diamond bits | |
RU185481U1 (en) | BREEDING DECISION INSERT | |
RU148333U1 (en) | DIAMOND CROWN FOR DRILLING | |
RU140154U1 (en) | MINING EXECUTIVE BODY | |
CN211900473U (en) | Large-sawtooth layered drill bit for slipping stratum |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140510 |