RU2367764C1 - Drill bit - Google Patents

Drill bit Download PDF

Info

Publication number
RU2367764C1
RU2367764C1 RU2008103254/03A RU2008103254A RU2367764C1 RU 2367764 C1 RU2367764 C1 RU 2367764C1 RU 2008103254/03 A RU2008103254/03 A RU 2008103254/03A RU 2008103254 A RU2008103254 A RU 2008103254A RU 2367764 C1 RU2367764 C1 RU 2367764C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sectors
rectangular
shape
working
sector
Prior art date
Application number
RU2008103254/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роберт Константинович Богданов (UA)
Роберт Константинович Богданов
Анатолий Петрович Закора (UA)
Анатолий Петрович Закора
Александр Михайлович Исонкин (UA)
Александр Михайлович Исонкин
Галина Павловна Богатырева (UA)
Галина Павловна Богатырева
Галина Дмитриевна Ильницкая (UA)
Галина Дмитриевна Ильницкая
Original Assignee
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины
Роберт Константинович Богданов
Анатолий Петрович Закора
Александр Михайлович Исонкин
Галина Павловна Богатырева
Галина Дмитриевна Ильницкая
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, Роберт Константинович Богданов, Анатолий Петрович Закора, Александр Михайлович Исонкин, Галина Павловна Богатырева, Галина Дмитриевна Ильницкая filed Critical Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины
Priority to RU2008103254/03A priority Critical patent/RU2367764C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2367764C1 publication Critical patent/RU2367764C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: oil-and-gas production.
SUBSTANCE: invention relates to a rock-breaking device, more specifically drill bits and can be used when drilling expendable wells. The drill bit has a body with a diamond-containing matrix attached to its butt end, divided by flushing grooves into working sectors with varying profile in the transverse-radial section of each working sector of the drill bit, alternating along the perimetre of its working butt end. Sector matrices alternating along the perimetre of the working butt end have a rectangular shape and a rectangular trapezium shape. Rectangular trapezium shaped sectors are fitted with harder diamonds and have shorter length and greater height of the incident part of the sector than rectangular shaped sectors. Running off parts of sectors, which are rectangular trapezium shaped, lie at the same level of the working surface of rectangular shaped sectors. The optimum design of the drill bit is that for which height of the incident part of rectangular trapezium shaped sectors is 1.25-1.35 times greater than the height of rectangular shaped sectors.
EFFECT: increased drilling capacity of the drill bit with increase in mechanical drilling speed.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, и может быть использовано при бурении геологоразведочных скважин.The invention relates to a rock cutting tool, namely to drill bits, and can be used when drilling exploration wells.

Известна буровая коронка (патент РФ №2268348, МПК E21B 10/48, опубл. 20.01.2006), содержащая корпус с прорезями в нижней части, наклоненными в сторону, противоположную направлению вращения корпуса, разделяющими ее на секторы, армированные концентрично расположенными резцами, и размещенную в полости корпуса направляющую втулку с присоединительной резьбой. Секторы расположены ступенчато, при этом опережающие секторы армированы менее износостойкими породоразрушающими элементами и имеют меньшее сопротивление изгибу по сравнению с другими секторами коронки. Для этого опережающие секторы имеют меньшее поперечное сечение, что достигается выполнением их с разгрузочными радиальными каналами, расположенными у основания прорезей, или же выполнением их во фронтальной плоскости трапецеидальной формы, меньшее основание которой расположено со стороны присоединительной резьбы.Known drill bit (RF patent No. 2268348, IPC E21B 10/48, publ. 20.01.2006), comprising a housing with slots in the lower part, tilted to the side opposite to the direction of rotation of the housing, dividing it into sectors reinforced with concentric cutters, and a guide sleeve with a connecting thread located in the body cavity. The sectors are arranged in steps, while the leading sectors are reinforced with less wear-resistant rock-cutting elements and have less bending resistance compared to other crown sectors. For this, the leading sectors have a smaller cross section, which is achieved by performing them with unloading radial channels located at the base of the slots, or by performing them in the frontal plane of a trapezoidal shape, the smaller base of which is located on the side of the connecting thread.

Известна также наиболее близкая по технической сути к заявляемой буровая коронка (патент РФ №92002378, МПК6 E21B 10/46, опубл. 20.05.95), содержащая корпус с закрепленной на торце алмазосодержащей матрицей, разделенной промывочными пазами на рабочие секторы переменного профиля в поперечно-радиальном сечении каждого рабочего сектора коронки, чередующиеся по периметру ее рабочего торца, причем секторы имеют переменный профиль выпуклой и вогнутой формы в поперечно-радиальном сечении каждого рабочего сектора коронки и одинаковый радиус кривизны на протяжении всей длины каждого рабочего сектора.Also known is the drill bit that is closest in technical essence to the claimed one (patent of the Russian Federation No. 92002378, IPC6 E21B 10/46, publ. 05.20.95), containing a housing with a diamond-containing matrix fixed to the end, divided by washing grooves into working sectors of variable profile in transverse radial section of each working sector of the crown, alternating around the perimeter of its working end, and the sectors have a variable convex and concave shape in the transverse radial section of each working sector of the crown and the same radius of curvature at Pulling the entire length of each working sector.

Недостатки описанных буровых коронок заключаются в невозможности обеспечить стабильное предразрушение породы на протяжении всего периода работы инструмента из-за недостаточно продуманной комбинации в коронке чередующихся по форме секторов, неотработанного выбора размера секторов от размера алмазов, что приводит к недостаточному обеспечению разрушающей способности буровой коронки и механической скорости бурения.The disadvantages of the described drill bits are the inability to ensure stable pre-fracture of the rock throughout the entire life of the tool due to an insufficiently thought out combination of alternating sectors in the crown, an unworked choice of sector size from diamond size, which leads to insufficient provision of the destructive ability of the drill bit and mechanical speed drilling.

В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования буровой коронки, при котором за счет изготовления чередующихся по периметру рабочего торца матрицы секторов, имеющих прямоугольную форму и форму прямоугольной трапеции, причем секторы, имеющие форму прямоугольной трапеции, оснащены более прочными алмазами и имеют меньшую длину и большую высоту набегающей части сектора, чем секторы, имеющие прямоугольную форму, а сбегающие части секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, находятся на одном уровне с рабочей поверхностью секторов, имеющих прямоугольную форму, обеспечивается возможность создания зоны предразрушения на протяжении всего периода работы инструмента, при обеспечении наиболее эффективного выноса шлама из зоны отработки и, как следствие, обеспечивается повышение разрушающей способности буровой коронки с одновременным повышением механической скорости бурения.The basis of the invention is the task of such an improvement of the drill bit, in which due to the manufacture of sectors alternating along the perimeter of the working end face of the matrix, having a rectangular shape and the shape of a rectangular trapezoid, and sectors having the shape of a rectangular trapezoid are equipped with stronger diamonds and have a shorter length and greater height the incident part of the sector than the sectors having a rectangular shape, and the run-down parts of sectors having the shape of a rectangular trapezoid are on the same level with the working surface Tew sectors each having a rectangular shape, it is possible to create a prefracture zone throughout the period of operation the tool, while ensuring the most efficient removal of cuttings from the mining area and, consequently, increasing the breaking capacity is provided by the drill bit while increasing ROP.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в буровой коронке, содержащей корпус с закрепленной на торце алмазосодержащей матрицей, разделенной промывочными пазами на рабочие секторы переменного профиля в поперечно-радиальном сечении каждого рабочего сектора коронки, чередующиеся по периметру ее рабочего торца, согласно изобретению чередующиеся по периметру рабочего торца матрицы секторы имеют прямоугольную форму и форму прямоугольной трапеции, причем секторы, имеющие форму прямоугольной трапеции, оснащены более прочными алмазами и имеют меньшую длину и большую высоту набегающей части сектора, чем секторы, имеющие прямоугольную форму, а сбегающие части секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, находятся на одном уровне с рабочей поверхностью секторов, имеющих прямоугольную форму, оптимальным при этом является такое выполнение коронки, при котором длина секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, определяется по следующей зависимости:The problem is solved due to the fact that in a drill bit containing a housing with a diamond-containing matrix fixed at the end, divided by flushing grooves into working sectors of variable profile in the transverse radial section of each working sector of the crown, alternating along the perimeter of its working end, according to the invention, alternating around the perimeter the working end of the matrix sectors have a rectangular shape and the shape of a rectangular trapezoid, and sectors having the shape of a rectangular trapezoid are equipped with more durable alma and have a shorter length and greater height of the incident part of the sector than the sectors having a rectangular shape, and the runaway parts of sectors having the shape of a rectangular trapezoid are on the same level as the working surface of sectors having a rectangular shape, this is the optimal implementation of the crown, in which the length of the sectors having the shape of a rectangular trapezoid is determined by the following relationship:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где l1 - длина сектора, имеющего форму прямоугольной трапеции, мм;where l 1 - the length of the sector, having the shape of a rectangular trapezoid, mm;

l2 - длина сектора, имеющего прямоугольную форму;l 2 - the length of the sector, having a rectangular shape;

δ - коэффициент, учитывающий соотношение прочности алмазов в секторах; а высота набегающей части секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, в 1,25-1,35 раза больше высоты секторов, имеющих прямоугольную форму.δ - coefficient taking into account the ratio of the strength of diamonds in the sectors; and the height of the incident part of the sectors having the shape of a rectangular trapezoid is 1.25-1.35 times the height of the sectors having a rectangular shape.

Причинно-следственная связь между предлагаемой совокупностью признаков и достигаемыми при ее реализации техническими эффектами состоит в следующем.A causal relationship between the proposed set of features and the technical effects achieved through its implementation is as follows.

В процессе бурения более прочные алмазы секторов матрицы, имеющих форму прямоугольной трапеции, находящиеся в вершине острого угла трапеции, создают в разбуриваемом массиве породы зону предразрушения, а менее прочные алмазы секторов, имеющих прямоугольную форму, работая по предразрушенной породе, завершают процесс разрушения. Крупные частицы разрушенной породы затем с помощью промывочной жидкости по наклонной поверхности острого угла секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, через промывочные каналы легко выносятся на поверхность скважины, а более мелкие частицы породы, объем которых значительно превышает объем крупных частиц, попадают под алмазоносную поверхность секторов, имеющих прямоугольную форму, истираются и выносятся промывочной жидкостью также через промывочные каналы на поверхность. Предразрушение породы должно сопровождать процесс бурения на протяжении всего периода работы инструмента. Это возможно в полной мере тогда, когда секторы, имеющие форму прямоугольной трапеции, имеют меньшую длину. За счет этого, удельное давление на данный сектор увеличиваются, что приводит к более эффективному разрушению породы под этим сектором. Более прочные алмазы, находящиеся в данном секторе, способны выдерживать повышенные нагрузки без катастрофического износа, что позволяет на протяжении всего периода эксплуатации сохранять заданную форму рабочего профиля сектора, имеющего форму прямоугольной трапеции. Наличие острого угла и превышения высоты набегающей части сектора, имеющего форму прямоугольной трапеции, по сравнению с высотой сектора, имеющего прямоугольную форму и находящегося на одном уровне с высотой сбегающей части сектора, имеющего форму прямоугольной трапеции, способствует беспрепятственному удалению крупных частиц разрушенной породы без дополнительного их переизмельчения, что снижает энергоемкость разрушения горной породы и, соответственно, повышает эффективность процесса разрушения и механическую скорость бурения.During drilling, more durable diamonds of the matrix sectors having the shape of a rectangular trapezoid located at the apex of the acute angle of the trapezoid create a pre-fracture zone in the rock mass to be drilled, and less durable diamonds of sectors having a rectangular shape, working on the pre-fractured rock, complete the fracture process. Large particles of the destroyed rock are then using washing fluid along the inclined surface of the acute angle of the rectangular trapezoidal sectors, through the washing channels they are easily carried to the surface of the well, and smaller rock particles, the volume of which significantly exceeds the volume of large particles, fall under the diamondiferous surface of the sectors, having a rectangular shape, are abraded and carried out by the washing liquid also through the washing channels to the surface. Pre-fracturing of the rock should accompany the drilling process throughout the entire period of operation of the tool. This is fully possible when the sectors having the shape of a rectangular trapezoid have a shorter length. Due to this, the specific pressure on this sector is increasing, which leads to more effective destruction of the rock under this sector. More durable diamonds located in this sector are able to withstand increased loads without catastrophic wear, which allows you to maintain a given shape of the working profile of a sector having the shape of a rectangular trapezoid during the entire period of operation. The presence of an acute angle and exceeding the height of the incident part of the sector having the shape of a rectangular trapezoid, compared with the height of the sector having the rectangular shape and being at the same level as the height of the running part of the sector having the shape of a rectangular trapezoid, facilitates the unimpeded removal of large particles of the destroyed rock without additional over-grinding, which reduces the energy intensity of rock destruction and, accordingly, increases the efficiency of the destruction process and the mechanical drilling speed.

На чертежах проиллюстрирована предлагаемая буровая коронка: на фиг.1 представлен вид со стороны рабочего торца, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 (повернуто) в увеличенном масштабе.The drawings illustrate the proposed drill bit: figure 1 shows a view from the side of the working end, figure 2 - section aa in figure 1 (rotated) on an enlarged scale.

Буровая коронка содержит корпус 1 и закрепленную на его торце алмазосодержащую матрицу 2, разделенную промывочными пазами 3 на рабочие секторы переменного профиля в поперечно-радиальном сечении каждого рабочего сектора коронки, чередующиеся по периметру ее рабочего торца, чередующиеся по периметру рабочего торца матрицы 2 секторы, имеющие прямоугольную форму 4, и секторы, имеющие форму прямоугольной трапеции 5, острый угол которой направлен в сторону забоя скважины, причем секторы, имеющие форму прямоугольной трапеции 5, оснащены более прочными алмазами и имеют меньшую длину и большую высоту набегающей части каждого сектора, чем секторы, имеющие прямоугольную форму 4, а сбегающая часть секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции 5, находится на одном уровне с рабочей поверхностью секторов, имеющих прямоугольную форму 4.The drill bit contains a housing 1 and a diamond-containing matrix 2 fixed to its end, divided by flushing grooves 3 into working sectors of variable profile in the transverse radial section of each working sector of the crown, alternating along the perimeter of the working end of the matrix, sectors alternating along the perimeter of the working end of the matrix 2 sectors rectangular shape 4, and sectors having the shape of a rectangular trapezoid 5, the acute angle of which is directed towards the bottom of the well, and sectors having the shape of a rectangular trapezoid 5 are equipped with more chnymi diamond and have shorter length and a greater height upwind portion of each sector than the sectors 4 having a rectangular shape, and the portion escapes sectors having the shape of a rectangular trapezium 5 is flush with the working surface of sectors each having a rectangular shape 4.

Как показали экспериментальные исследования, наиболее высокие показатели эффективности предлагаемой буровой коронки достигаются при соотношении длин упомянутых секторов 4 и 5 в поперечно-радиальном сечении, определяемом по следующей зависимости:

Figure 00000002
,As shown by experimental studies, the highest performance indicators of the proposed drill bit are achieved when the ratio of the lengths of the mentioned sectors 4 and 5 in the transverse radial section, determined by the following relationship:
Figure 00000002
,

где l1 - длина сектора, имеющего форму прямоугольной трапеции, мм;where l 1 - the length of the sector, having the shape of a rectangular trapezoid, mm;

l2 - длина сектора, имеющего прямоугольную форму;l 2 - the length of the sector, having a rectangular shape;

δ - коэффициент, учитывающий соотношение прочности алмазов в секторах, а также при условии, когда высота набегающей части секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции 5, в 1,25-1,35 раза больше высоты секторов, имеющих прямоугольную форму 4.δ is a coefficient taking into account the strength ratio of diamonds in the sectors, and also provided that the height of the oncoming part of the sectors having the shape of a rectangular trapezoid 5 is 1.25-1.35 times the height of the sectors having a rectangular shape 4.

Предлагаемая буровая коронка работает следующим образом.The proposed drill bit works as follows.

При бурении осевая нагрузка и крутящий момент передаются на упомянутые секторы 4-5 алмазосодержащей матрицы 2 буровой коронки. При этом более прочные алмазы секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции 5, участвуют в предразрушении породы, создавая сеть макро- и микротрещин, а менее прочные алмазы секторов, имеющих прямоугольную форму 4, завершают процесс разрушения породы. Предразрушение породы сопровождает процесс бурения на протяжении всего периода работы инструмента. Благодаря оптимальному выбору параметров секторов 4-5 алмазосодержащей матрицы 2 частицы разрушенной породы с помощью промывочной жидкости выносятся на поверхность скважины. При этом исключено появление дополнительного шлама, который может скапливаться в зазоре между алмазами и матрицей 2, а значит и возможность прижогов коронки.When drilling, the axial load and torque are transmitted to the said sectors 4-5 of the diamond-containing matrix 2 of the drill bit. At the same time, more durable diamonds of sectors having the shape of a rectangular trapezoid 5 participate in the pre-fracture of the rock, creating a network of macro- and microcracks, and less durable diamonds of sectors having a rectangular shape 4 complete the process of destruction of the rock. Pre-fracturing of the rock accompanies the drilling process throughout the entire period of operation of the tool. Due to the optimal selection of the parameters of sectors 4-5 of the diamond matrix 2, particles of the destroyed rock are carried out to the surface of the well with the help of the flushing fluid. This eliminates the appearance of additional sludge, which can accumulate in the gap between diamonds and matrix 2, and therefore the possibility of burns of the crown.

Claims (3)

1. Буровая коронка, содержащая корпус с закрепленной на торце алмазосодержащей матрицей, разделенной промывочными пазами на рабочие секторы переменного профиля в поперечно-радиальном сечении каждого рабочего сектора коронки, чередующиеся по периметру ее рабочего торца, отличающаяся тем, что чередующиеся по периметру рабочего торца матрицы секторы имеют прямоугольную форму и форму прямоугольной трапеции, причем секторы, имеющие форму прямоугольной трапеции, оснащены более прочными алмазами и имеют меньшую длину и большую высоту набегающей части сектора, чем секторы, имеющие прямоугольную форму, а сбегающие части секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, находятся на одном уровне с рабочей поверхностью секторов, имеющих прямоугольную форму.1. A drill bit containing a housing with a diamond-containing matrix fixed to the end face, divided by flushing grooves into working sectors of a variable profile in the transverse radial section of each working sector of the crown, alternating along the perimeter of the working end face, characterized in that the sectors alternating around the perimeter of the working end of the matrix have a rectangular shape and the shape of a rectangular trapezoid, moreover, sectors having the shape of a rectangular trapezoid are equipped with more durable diamonds and have a shorter length and greater height sector generating portion than sectors having a rectangular shape, and the cascading portion of sectors each having the shape of a rectangular trapezium, are flush with the working surface sector having a rectangular shape. 2. Коронка по п.1, отличающаяся тем, что длина секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, определяется по следующей зависимости:
Figure 00000003
,
где l1 - длина сектора, имеющего форму прямоугольной трапеции, мм;
l2 - длина сектора, имеющего прямоугольную форму;
δ - коэффициент, учитывающий соотношение прочности алмазов в секторах.2. The crown according to claim 1, characterized in that the length of the sectors having the shape of a rectangular trapezoid is determined by the following relationship:
Figure 00000003
,
where l 1 - the length of the sector, having the shape of a rectangular trapezoid, mm;
l 2 - the length of the sector, having a rectangular shape;
δ - coefficient taking into account the ratio of diamond strength in sectors. 3. Коронка по п.1, отличающаяся тем, что высота набегающей части секторов, имеющих форму прямоугольной трапеции, в 1,25-1,35 раза больше высоты секторов, имеющих прямоугольную форму. 3. The crown according to claim 1, characterized in that the height of the incident part of the sectors having the shape of a rectangular trapezoid is 1.25-1.35 times the height of the sectors having a rectangular shape.
RU2008103254/03A 2008-01-28 2008-01-28 Drill bit RU2367764C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103254/03A RU2367764C1 (en) 2008-01-28 2008-01-28 Drill bit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103254/03A RU2367764C1 (en) 2008-01-28 2008-01-28 Drill bit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2367764C1 true RU2367764C1 (en) 2009-09-20

Family

ID=41167923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008103254/03A RU2367764C1 (en) 2008-01-28 2008-01-28 Drill bit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2367764C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214917U1 (en) * 2022-05-04 2022-11-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Diamond core bit for drilling

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214917U1 (en) * 2022-05-04 2022-11-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Diamond core bit for drilling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8960337B2 (en) High impact resistant tool with an apex width between a first and second transitions
US6904983B2 (en) Low-contact area cutting element
RU2332553C2 (en) Drill bit for percussion drilling, drilling system incorporating such drill bit and well-boring method
RU2413833C1 (en) Drilling tool (its versions)
RU2367764C1 (en) Drill bit
RU2468178C1 (en) Diamond crown bit
RU2473773C1 (en) Diamond crown bit
SU791889A1 (en) Drill bit
RU2353748C1 (en) Bore bit
RU2430233C1 (en) Diamond drilling bit
RU2373370C2 (en) Diamond drill bit
RU2303119C1 (en) Crown bit
RU2496964C1 (en) Drilling diamond bit
RU2440480C1 (en) Diamond drilling bit
RU2263197C1 (en) Bit
RU2287657C1 (en) Diamond crown bit
RU2418937C1 (en) Shot drill bit
RU2468175C1 (en) Heat cutting head with bottomhole stripper
RU2492308C1 (en) Drill bit (versions)
SU623951A1 (en) Diamond drilling bit
RU2355863C2 (en) Bore cone bit
RU2471957C1 (en) Diamond crown bit
RU2481459C1 (en) Rock-destroying tool (versions)
RU2420648C1 (en) Shot drilling bit
RU2470135C1 (en) Drilling bit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100129