RU2029849C1

RU2029849C1 - Diamond drill bit

Info

Publication number: RU2029849C1
Authority: RU
Inventors: Негмет Туякбаевич Туякбаев; Борис Владимирович Федоров; Тохтамыс Нусупкалиевич Мендыбаев; Орал Кабешович Шакенов
Original assignee: Казахский политехнический институт
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: hard rock drilling. SUBSTANCE: faces of diamond-bearing sectors are made in the form of screw-like surface interrupted by washing passages. Pitch of the screw surface corresponds to the depth of crushing zone while introducing diamond grains. Faces of smaller height are used as the front faces of the sectors. EFFECT: high- speed drilling. 4 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным коронкам для колонкового бурения по твердым породам. The invention relates to a rock cutting tool, namely to diamond crowns for core drilling in hard rock.

Известна алмазная коронка, состоящая из корпуса, матрицы, разделенной промывочными каналами на сектора переменной высоты, в виде трапециевидных выступов. Known diamond crown, consisting of a housing, matrix, divided by flushing channels into sectors of variable height, in the form of trapezoidal protrusions.

Недостатком указанной коронки является недостаточная эффективность работы, обусловленная участием в процессе разрушения ограниченной части секторов матрицы. The disadvantage of this crown is the lack of efficiency due to the participation in the process of destruction of a limited part of the sectors of the matrix.

Известна буровая коронка, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на секторы переменной высоты, убывающей от передней грани к задней (патент США N 3058585, кл. 170-330, 1962). Known drill bit, selected as a prototype, containing a housing and a matrix divided by flushing grooves into sectors of variable height, decreasing from the front to the back (US patent N 3058585, CL 170-330, 1962).

Недостатком такой коронки является расположение алмазных зерен в секторах матрицы в плоскостях, параллельных плоскости забоя скважины. Вследствие этого алмазы, расположенные в одной плоскости (например, в плоскости, в которой лежат кромки передних или задних граней секторов), при вращении коронки проводят неодинаковую работу разрушения. Неравномерная нагруженность алмазных зерен повышает энергоемкость и снижает эффективность процесса. The disadvantage of such a crown is the location of diamond grains in the sectors of the matrix in planes parallel to the bottom face of the well. As a result, diamonds located in the same plane (for example, in the plane in which the edges of the front or rear faces of the sectors lie), during the rotation of the crown, the fracture work is not the same. Uneven loading of diamond grains increases energy intensity and reduces the efficiency of the process.

Цель изобретения - в создании коронок, которые бы обладали большей эффективностью и меньшей энергоемкостью разрушения забоя скважины, чем известные конструкции коронок. The purpose of the invention is to create crowns that would have greater efficiency and lower energy intensity of destruction of the bottom of the well than the known crown designs.

Для этого в буровой коронке, содержащей корпус и алмазонесущую матрицу, разделенную промывочными каналами на секторы переменной высоты, алмазонесущие их торцы выполнены в виде винтовой поверхности, прерываемой промывочными каналами. Шаг винтовой поверхности соответствует зоне разрушения при внедрении алмазных зерен, которыми вооружена коронка, а передними гранями секторов являются грани, меньшие по высоте. For this, in a drill bit containing a body and a diamond-bearing matrix, divided by washing channels into sectors of variable height, the diamond-bearing ends thereof are made in the form of a helical surface interrupted by the washing channels. The pitch of the helical surface corresponds to the fracture zone when introducing diamond grains, which the crown is armed with, and the front faces of the sectors are faces that are smaller in height.

Современные представления о теории разрушения горных пород алмазными коронками (Справочник Породоразрушающий инструмент для геологоразведочных скважин. М.: Недра, 1979, с.20-22) показывает, что благодаря новой совокупности отличительных признаков в процессе бурения появляется эффект удаления зоны разрушения под алмазным зерном, которая превышает глубину внедрения в 5-10 раз. На начальном этапе бурения углубление в забой осуществляет алмазонесущий сектор коронки, наибольший по высоте. Образовавшаяся при этом порода зоны разрушения окончательно вытесняется и удаляется при воздействии на забой алмазонесущих секторов, меньших по высоте, так как при постоянной осевой нагрузке и меньшей сопротивляемости разрушенной породе они углубляются в указанную зону на большую глубину. Выполнение секторов по винтовой поверхности обеспечивает удаление породы зоны разрушения за один оборот буровой коронки, так как каждый сектор вытесняет при вращении слой одинаковой толщины. Доказательством такой организации процесса являются также известные исследования (Воробьев Г.А., Новожилов Б.А., Вареда С.А. Режимы работы алмазной коронки и их исследования с помощью скоростной киносъемки. Геология и разведка, 1988, N 9, с.123) о потере устойчивости алмазных коронок с плоским торцом матрицы в процессе бурения и ее отрыве ("переваливании") от забоя в течение одного оборота несколько раз. Modern ideas about the theory of rock destruction by diamond crowns (Handbook Breeding tool for exploration wells. M .: Nedra, 1979, p.20-22) shows that due to a new set of distinctive features in the process of drilling, the effect of removing the fracture zone under the diamond grain appears which exceeds the penetration depth by 5-10 times. At the initial stage of drilling, the deepening in the face is carried out by the diamond-bearing sector of the crown, the highest in height. The rock of the fracture zone formed during this process is finally displaced and removed when the diamond-bearing sectors, which are smaller in height, are exposed to the bottom, because with constant axial load and lower resistance of the destroyed rock, they deepen into the specified zone to a greater depth. The execution of sectors on a helical surface ensures the removal of rock of the destruction zone in one revolution of the drill bit, since each sector displaces a layer of the same thickness during rotation. Proof of this organization of the process are also well-known studies (Vorobyev G.A., Novozhilov B.A., Vareda S.A. Modes of operation of a diamond crown and their research using high-speed filming. Geology and Intelligence, 1988, N 9, p.123 ) about the loss of stability of diamond crowns with a flat end face of the matrix during drilling and its separation ("transshipment") from the bottom during one revolution several times.

Алмазонесущий торец предложенной буровой коронки, выполненный по винтовой поверхности, вследствие его опирания о забой в начальный этап бурения большим по высоте сектором и потери устойчивости колонкового набора под влиянием осевой нагрузки прижимается большей своей площадью к забою. Вследствие этого со стороны большего по высоте сектора на забой оказывается большее давление, постепенно убывающее к секторам, меньшим по высоте. Последнее также обеспечивает реализацию послойного снятия породы секторами матрицы коронки. Таким образом, одновременное послойное снятие зоны разрушения предлагаемой коронкой в результате ее вращения уменьшает энергоемкость процесса в результате отсутствия повторного измельчения и истирания породы и повышает его эффективность. The diamond-bearing end face of the proposed drill bit, made on a helical surface, due to its bearing on the bottom in the initial stage of drilling with a large sector and the loss of stability of the core set under the influence of the axial load, is pressed with its larger area to the bottom. As a result of this, greater pressure is exerted on the face of a larger sector, gradually decreasing towards sectors of lower height. The latter also provides the implementation of layer-by-layer rock removal by sectors of the crown matrix. Thus, the simultaneous layer-by-layer removal of the destruction zone of the proposed crown as a result of its rotation reduces the energy intensity of the process as a result of the absence of repeated grinding and attrition of the rock and increases its efficiency.

На фиг. 1 показан вид коронки с торца; на фиг. 2 - то же, со стороны корпуса; на фиг. 3 - развертка алмазосодержащих секторов в плоскость при контакте с забоем скважины в начале первого оборота коронки; на фиг. 4 - то же, что на фиг. 3 в начале 2-го оборота коронки. In FIG. 1 shows an end view of a crown; in FIG. 2 - the same from the side of the housing; in FIG. 3 - scan diamond-containing sectors in the plane in contact with the bottom of the well at the beginning of the first turn of the crown; in FIG. 4 is the same as in FIG. 3 at the beginning of the 2nd revolution of the crown.

Буровая коронка содержит корпус 1 с присоединительной резьбой и алмазонесущую матрицу 2, разделенную промывочными пазами 3 на восемь секторов (фиг. 1, 2). Последние имеют разную высоту и выполнены таким образом, что их торцы представляют винтовую поверхность, прерываемую промывочными каналами. Шаг указанной винтовой поверхности соответствует глубине зоны разрушения буримой породы, а меньшие по высоте секторы являются передними гранями, т.е. направлены в сторону вращения. The drill bit comprises a housing 1 with a connecting thread and a diamond-bearing matrix 2, divided by washing grooves 3 into eight sectors (Fig. 1, 2). The latter have different heights and are made in such a way that their ends represent a helical surface interrupted by flushing channels. The step of the indicated helical surface corresponds to the depth of the zone of destruction of the drill rock, and the smaller sectors are the front faces, i.e. directed towards rotation.

Буровая коронка работает следующим образом. The drill bit works as follows.

В начальный момент процесса бурения после подачи промывочной жидкости и приложения осевой нагрузки в породу внедряется больший по высоте сектор 4 (фиг. 3). Последний углубляет забой и формирует зону разрушения (т.е. зону разрушенной, но не удаленной породы). Остальные секторы (5-11 на фиг. 3) в течение первого оборота с забоем не контактируют. В течение 2-го оборота коронки (фиг. 4) вследствие имеющейся на забое зоны разрушения и действия постоянной нагрузки все секторы коронки, вытесняя раздробленную породу, перемещаются вниз на величину, соответствующую мощности разрушенного слоя. При этом первый сектор 4 вновь внедряется в породу, углубляя забой и формируя новую зону разрушения. Остальные секторы 5-11 постоянно удаляют частицы породы новой зоны разрушения, которые выносятся потоком промывочной жидкости. Далее процесс углубления забоя повторяется. По мере износа по высоте первого сектора 4 его функцию выполняет сектор 5, затем сектор 6 и т.д. до полной отработки коронки. At the initial moment of the drilling process, after flushing fluid is supplied and axial load is applied, a larger sector 4 is introduced into the rock (Fig. 3). The latter deepens the face and forms a destruction zone (i.e., a zone of destroyed, but not removed rock). The remaining sectors (5-11 in Fig. 3) do not contact the face during the first revolution. During the 2nd rotation of the crown (Fig. 4), due to the fracture zone present at the bottom and the action of a constant load, all sectors of the crown, displacing the crushed rock, move downward by an amount corresponding to the thickness of the fractured layer. In this case, the first sector 4 is again introduced into the rock, deepening the face and forming a new destruction zone. The remaining sectors 5-11 constantly remove the rock particles of the new destruction zone, which are carried out by the flow of washing liquid. Further, the process of deepening the face is repeated. As the height of the first sector 4 deteriorates, sector 5 performs its function, then sector 6, etc. until the crown is fully worked out.

Предлагаемая буровая коронка может быть изготовлена конструктивными размерами в соответствии с существующими стандартами, характерными для алмазного бурения, и найти преимущественное применение при бурении твердых и крепких пород с применением как одинарных, так и двойных колонковых труб. The proposed drill bit can be made in structural dimensions in accordance with existing standards specific to diamond drilling, and find primary use in drilling hard and hard rocks using both single and double core pipes.

Приведенная совокупность отличительных признаков предлагаемой буровой коронки позволяет повысить эффективность бурения скважин за счет снижения энергоемкости процесса разрушения. The above set of distinguishing features of the proposed drill bit allows to increase the efficiency of well drilling by reducing the energy intensity of the destruction process.

Claims

A DIAMOND DRILLING CORE containing a threaded body and a diamond-bearing matrix divided by washing channels into sectors of variable height, characterized in that the ends of the diamond-bearing sectors are made in the form of a helical surface, and the step of the helical surface corresponds to the depth of the fracture zone when introducing diamond grains, and the front faces of the sectors are faces that are smaller in height.