RU2015292C1

RU2015292C1 - Crown bit

Info

Publication number: RU2015292C1
Authority: RU
Inventors: Т.М. Илларионова; Е.И. Быченков; И.П. Грушевский; А.И. Осецкий; Г.С. Садыков; Б.А. Новожилов; Г.А. Воробьев
Original assignee: Илларионова Татьяна Михайловна; Быченков Евгений Иванович; Осецкий Александр Иосифович; Садыков Галимхан Сабирьянович
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: rock cutting tool for well drilling. SUBSTANCE: relation between the sum of end face areas of core and well forming members and end face area of cutting member is within 0.5 to 0.8. Relation between height of cutting member and its width is within 0.501.0. End face of each sector between core and well forming members has recess. Recess bottom is made with radius equalling 1/3 of sector end face width. Recess depth equals half the radius. Height of core forming member exceeds that of well forming member by value determined by expression given in invention description. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту, используемому при бурении скважин с отбором керна при разведке месторождений на твердые полезные ископаемые и воду. The invention relates to the mining industry, and in particular to a rock cutting tool used in well drilling with coring during exploration of deposits for solid minerals and water.

Известна буровая коронка, включающая корпус и присоединенную к ней матрицу, разделенную промывочными каналами на секторы, каждый из которых выполнен с профилем, характеризующимся четырехступенчатым контуром по рабочей поверхности, верхняя ступень которого составляет врубовый гребень (а.с. СССP N 282958, кл. Е 21 В 10/46). Known drill bit, comprising a housing and a matrix attached thereto, divided by flushing channels into sectors, each of which is made with a profile characterized by a four-step contour along the working surface, the upper stage of which is a notch ridge (A.C. CCCP N 282958, class E 21 B 10/46).

Недостатками известной коронки являются незначительный ресурс работы в связи с быстрым заполированием рабочих поверхностей, и большая поверхность контакта с породой, требующая создания высоких осевых нагрузок для поддержания приемлемых скоростей бурения. The disadvantages of the known crowns are an insignificant resource of work in connection with the fast polishing of the working surfaces, and a large surface of contact with the rock, requiring the creation of high axial loads to maintain acceptable drilling speeds.

Наиболее близким к изобретению является буровая коронка, содержащая корпус и размещенную на рабочем торце алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на секторы с чередующимися врубовыми и керно- и скважинообразующими породоразрушающими элементами [1]. Closest to the invention is a drill bit containing a housing and a diamond-containing matrix placed on the working end face, divided by washing channels into sectors with alternate cutting and core and well-forming rock cutting elements [1].

Основными недостатками указанной буровой коронки является нерациональная форма ее торца и в связи с этим неравномерный износ породоразрушающих элементов, который ведет к снижению ресурса ее работы и механической скорости бурения. The main disadvantages of this drill bit is the irrational shape of its end and, therefore, uneven wear of rock-cutting elements, which leads to a decrease in the resource of its work and the mechanical drilling speed.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение ресурса работы коронки, механической скорости бурения и равномерности износа породоразрушающих элементов, за счет изменения конфигурации торца буровой коронки. The aim of the invention is to remedy these disadvantages, namely increasing the resource of the crown, the mechanical drilling speed and uniform wear of rock cutting elements, by changing the configuration of the end face of the drill bit.

Существо предложения заключается в следующем. При бурении коронками с широкими торцовыми поверхностями требуется значительное увеличение удельных нагрузок на породоразрушающие элементы. Поэтому для снижения осевых нагрузок и развития промывочной системы предложено изменить конфигурацию торца коронки и образовывать на кольцевом забое центральный вруб отдельным породоразрушающим элементом, а остающиеся уступы породы забоя снимать следующими за врубовыми элементами керно- и скважинообразующими элементами, которые своими периферийными участками формируют керн и стенки скважины (фиг.1, 2). В этом случае под керно- и скважинообразующим элементом образуется дополнительный промывочный канал для элемента, образующего вруб, а для керно- и скважинообразующего элемента образуются дополнительные промывочные каналы с внутренней и внешней сторон элемента, образующего вруб. Причем остающиеся уступы породы забоя находятся под воздействием промывочной жидкости с двух сторон, что увеличивает проникновение жидкости в них через сеть трещин. The essence of the proposal is as follows. When drilling with crowns with wide end surfaces, a significant increase in the specific loads on the rock cutting elements is required. Therefore, in order to reduce axial loads and to develop a flushing system, it was proposed to change the configuration of the crown end and form a central cut on the annular face with a separate rock-breaking element, and remove the remaining ledges of the bottom rock by core-and bore-forming elements following the cut elements, which form core and borehole walls with their peripheral sections (figure 1, 2). In this case, an additional flushing channel is formed under the core and borehole element for the cutting element, and additional washing channels are formed for the core and bore forming element on the inner and outer sides of the cutting element. Moreover, the remaining ledges of the bottomhole rock are under the influence of flushing fluid from two sides, which increases the penetration of fluid into them through a network of cracks.

По мере износа форма плоских торцов породоразрушающих элементов приближается к полукруглой и в центральной части остается 10-15% алмазсодержащего слоя. Поэтому выполняют в середине керно-, скважинообразующих элементов концентричные выемки, которые позволят более равномерно отрабатывать коронку и уменьшить расход истирающих. Однако напряжения в торце коронки больше в кернообразующих элементах, чем в скважинообразующих. Их износ опережает износ последних. As wear and tear, the shape of the flat ends of the rock-cutting elements approaches a semicircular shape and 10-15% of the diamond-containing layer remains in the central part. Therefore, concentric recesses are performed in the middle of the core-, bore-forming elements, which will allow the crown to be worked out more evenly and reduce the consumption of abrasive materials. However, the stresses in the end face of the crown are greater in core-forming elements than in bore-forming ones. Their wear is ahead of the wear of the latter.

Поэтому для более равномерного износа рациональная высота кернообразующего элемента превышает высоту скважинообразующего элемента (фиг.3, 4). Therefore, for more uniform wear, the rational height of the core-forming element exceeds the height of the bore-forming element (Figs. 3, 4).

Таким образом, изменение конфигурации торца коронки позволяет стабилизировать износ вооружения инструмента, повысить ресурс работы и механическую скорость бурения. Thus, changing the configuration of the end face of the crown allows you to stabilize the wear of the weapons of the tool, to increase the service life and mechanical drilling speed.

На фиг. 1 показана буровая коронка, продольное сечение; на фиг.3 - то же, вид с торца; на фиг.3 - буровая коронка с концентричной выемкой в торце керно- и скважинообразующих элементов; на фиг.4 - то же, вид с торца; на фиг.5 - их геометрические параметры. In FIG. 1 shows a drill bit, a longitudinal section; figure 3 is the same, end view; figure 3 - drill bit with a concentric recess at the end of the core and well-forming elements; figure 4 is the same end view; figure 5 - their geometric parameters.

Коронка содержит корпус 1, алмазосодержащую матрицу 2, разделенную промывочными каналами 3 на чередующиеся друг с другом врубовые 4 и керно- 5 и скважинообразующие 6 элементы. Керно- 5 и скважинообразующие 6 элементы разделены концентричной выемкой 7 с радиусом R, а кернообразующий элемент 6 превышает h_с скважинообразующего элемента на величину h_к.The crown contains a housing 1, a diamond-containing matrix 2, divided by washing channels 3 into alternating with each other 4 and core 5 and bore-forming 6 elements. Kerno- skvazhinoobrazuyuschie 5 and 6 elements separated concentric recess 7 with R, and kernoobrazuyuschy element 6 _with a radius greater than h skvazhinoobrazuyuschego member in an amount _to h.

В процессе бурения скважины на коронку передается вращающий момент, осевая нагрузка и промывочная жидкость. Рабочие торцы коронки путем микрорезания разрушают породу с образованием столбика керна. При этом врубовые элементы 4 обеспечивают опережающее внедрение в породу и формируют канавку в средней части кольцевого забоя. Остающиеся уступы породы забоя снимаются следующим за врубовым элементом 4 керно- и скважинообразующим элементами 5, 6, которые своими периферийными участками формируют керн и стенки скважины с образованием кольцевого забоя с двусторонним ступенчатым профилем. Причем под элементами 5, 6 образуется дополнительный промывочный канал для врубового элемента 4. а для керно- 5 и скважинообразующего 6 элементов образуются дополнительные промывочные каналы с внутренней и внешней сторон элемента 4, образующего вруб. При этом уступы породы забоя находятся под воздействием промывочной жидкости с двух сторон, что значительно увеличивает проникновение жидкости в них по трещинам. А это позволяет работать инструменту в режиме мокрого трения, при котором повышается стойкость коронки и увеличивается механическая скорость бурения. На основании проведенных исследований следует, что отношение суммы торцовых площадей керно- 5 и скважинообразующих 6 элементов к торцовой площади врубового элемента 4 находится в пределах от 0,5 до 0,8, а отношение высоты врубового элемента к его ширине находится в пределах от 0,5 до 1,0. При таких соотношениях получены наилучшие результаты отработки буровых коронок. During the drilling process, the torque, axial load and flushing fluid are transmitted to the crown. The working ends of the crown by micro-cutting destroy the rock with the formation of a core column. In this case, the cutting elements 4 provide advanced introduction into the rock and form a groove in the middle part of the annular face. The remaining ledges of the bottomhole rock are removed by the core and borehole elements 5, 6 following the cutting element 4, which, with their peripheral sections, form the core and borehole walls with the formation of an annular bottomhole with a bilateral stepped profile. Moreover, under the elements 5, 6, an additional washing channel is formed for the cutting element 4. And for core-5 and bore-forming 6 elements, additional washing channels are formed on the inner and outer sides of the cutting element 4. In this case, the ledges of the face rock are affected by the flushing fluid from two sides, which significantly increases the penetration of fluid into them along the cracks. And this allows the tool to work in the wet friction mode, which increases the resistance of the crown and increases the mechanical drilling speed. Based on the studies, it follows that the ratio of the sum of the end areas of core-5 and bore-forming 6 elements to the end area of the cutting element 4 is in the range from 0.5 to 0.8, and the ratio of the height of the cutting element to its width is in the range from 0, 5 to 1.0. With these ratios, the best results for drilling bits have been obtained.

Для импрегнированных буровых коронок с целью более равномерной отработки их породоразрушающих элементов выполняют в керно- 5 и скважинообразующих 6 элементах концентричные выемки, дно которых в поперечном сечении выполнено по радиусу. Наименьшее значение удельного расхода истирающих получено при ширине канавки, равной 1/L ширины торца сектора b₁, при этом глубина выемки равна половине величины этого радиуса. Высота кернообразующего элемента h_к превышает высоту скважинообразующего элемента h_с на величину, определяемую в соответствии с выражением:
h_k=2h_c·

, где h_с - высота скважинообразующего элемента, мм;
b₁ - ширина сектора матрицы, мм;
D - наружный диаметр коронки, мм.For impregnated drill bits, in order to more evenly develop their rock-cutting elements, concentric recesses are performed in core-5 and bore-forming 6 elements, the bottom of which is made in radius in cross section. The smallest value of the specific consumption of abraders was obtained with a groove width equal to 1 / L of the width of the sector end face b ₁ , while the depth of the notch is half the size of this radius. The height of the core element h _k exceeds the height of the well element h _s by an amount determined in accordance with the expression:
h _k = 2h _c

where h _with - the height of the borehole element, mm;
b ₁ - matrix sector width, mm;
D is the outer diameter of the crown, mm

Таким образом изменение конструкции буровых коронок позволит увеличить механическую скорость бурения, повысить ресурс их работы, уменьшить расход алмазов при полной их отработке. Thus, a change in the design of drill bits will increase the mechanical drilling speed, increase the resource of their work, and reduce the consumption of diamonds when they are fully mined.

Claims

1. DRILLING CORE, comprising a body and a diamond-containing matrix placed on the working end face, divided by washing channels into sectors with alternate cutting, core and bore-forming rock cutting elements, characterized in that, in order to increase the life of the crown and the mechanical drilling speed, the face ratio the area of core and borehole elements to the end area of the cutting element is in the range of 0.5 - 0.8, and the ratio of the height of the cutting element to its width is in the range of 0.8 - 1.0.

2. The crown according to claim 1, characterized in that between the core and bore-forming elements at the end of each sector, a concentric recess is made, the bottom of which in cross section is made in radius, the value of which is 1/3 of the width of the end of the sector, and the depth of the recess is half magnitude of this radius.

3. The crown according to claim 1, characterized in that the height h _{to the} core-forming element exceeds the height h _{from the} well-forming element by an amount determined in accordance with the expression
h _k = 2h _c

,
where b ₁ is the width of the matrix sector, mm;
D is the outer diameter of the crown, mm