RU2471957C1

RU2471957C1 - Diamond crown bit

Info

Publication number: RU2471957C1
Application number: RU2011133182/03A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Кононов; Николай Митрофанович Панин; Эдуард Ованесович Цатурян; Игорь Николаевич Некрасов; Юрий Евдокимович Будюков
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-01-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: diamond crown bit comprises a body and a matrix separated by wide and narrow washing slots into working sectors of different length, larger of which are reinforced with large diamonds compared to sectors of smaller length. Sectors of larger length are equipped with communicated additional washing slots at the end and side surfaces and are equipped with well and core-calibrating inserts with a flat side face, every of which is matched with a slack side of additional side slots. As a version, additional washing slots at the end of long sectors are arranged in the form of a spiral of Archimedes, the convex part of which is directed towards the external surface of the crown body. As a version, additional washing slots on side surfaces of long sectors are arranged as inclined to a longitudinal axis of the crown for directing the flow of washing liquid to the side opposite to direction of crown rotation.

EFFECT: invention provides for optimal arrangement for washing of matrix of sectors with larger length, increased efficiency of crown operation, increased drifting and mechanical speed of drilling.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области породоразрушающего инструмента, а именно к буровым коронкам с алмазным вооружением для бурения скважин с отбором керна.The invention relates to the field of rock cutting tools, namely to drill bits with diamond weapons for drilling wells with coring.

Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на отдельные секторы, армированные алмазами разного размера (см. авт. св. СССР №594291, кл. Е21В 10/48, 1973 г.).A well-known diamond drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by flushing grooves into separate sectors, reinforced with diamonds of different sizes (see ed. St. USSR No. 594291, class E21B 10/48, 1973).

Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, обусловленная не качественной очисткой забоя от шлама.The disadvantage of this crown is the low mechanical drilling speed, due to poor quality cleaning of the bottom of the sludge.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную широкими и узкими промывочными пазами на рабочие секторы разной длины, большие из которых армированы более крупными алмазами по сравнению с секторами меньшей длины (см. авт. св. СССР №1493763, кл. Е21В 10/48, 1989 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a diamond drill bit, comprising a body and a matrix, divided by wide and narrow flushing grooves into working sectors of different lengths, the larger of which are reinforced with larger diamonds compared to sectors of shorter length (see ed. St. USSR No. 1493763, class Е21В 10/48, 1989).

Данная коронка обеспечивает более эффективное разрушение породы благодаря созданию зон предразрушения алмазами малых секторов, облегчающие работу алмазов, расположенных на секторах большей длины. Однако из-за не оптимальной схемы промывки алмазы на больших секторах из-за высокой температуры в зоне контакта их сбегающей части с породой сильно перегреваются и выходят из строя раньше, чем алмазы на малых секторах. Это приводит к неравномерному выходу секторов из строя, что снижает технико-экономические показатели известных буровых коронок.This crown provides more effective destruction of the rock by creating pre-fracture zones with diamonds of small sectors, facilitating the work of diamonds located on sectors of greater length. However, due to the not optimal flushing scheme, diamonds in large sectors due to the high temperature in the zone of contact of their run-off part with the rock overheat and fail earlier than diamonds in small sectors. This leads to an uneven failure of the sectors, which reduces the technical and economic indicators of the known drill bits.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет обеспечения оптимальной схемы промывки матрицы секторов с большей длиной.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the crown by increasing the penetration and the mechanical drilling speed by providing the optimal washing scheme of the matrix sectors with a longer length.

Указанный технический результат достигается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и матрицу, разделенную широкими и узкими промывочными пазами на рабочие секторы разной длины, большие из которых армированы более крупными алмазами по сравнению с секторами меньшей длины, согласно изобретению, секторы с большей длиной снабжены сообщенными между собой дополнительными промывочными пазами на торце и боковых поверхностях и снабжены скважино - и кернокалибрующими вставками с плоской боковой гранью, каждая из которых совмещена со сбегающей стенкой дополнительных боковых пазов.The specified technical result is achieved in that in a diamond drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by wide and narrow flushing grooves into working sectors of different lengths, the larger of which are reinforced with larger diamonds compared to sectors of shorter length, according to the invention, sectors with a longer length equipped with additional flushing grooves interconnected at the end and lateral surfaces and equipped with borehole and core calibrating inserts with a flat side face, each of which is combined and with a recessed wall of additional side grooves.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:The solution of the problem also contributes to the fact that:

- дополнительные промывочные пазы на торце длинных секторов выполнены в виде спирали Архимеда, выпуклая часть которой направлена в сторону наружной поверхности корпуса коронки;- additional flushing grooves at the end of long sectors are made in the form of an Archimedes spiral, the convex part of which is directed towards the outer surface of the crown body;

- дополнительные промывочные пазы на боковых поверхностях длинных секторов выполнены наклонными к продольной оси коронки для направления потока промывочной жидкости в сторону, противоположную направлению вращения коронки.- additional washing grooves on the side surfaces of long sectors are made inclined to the longitudinal axis of the crown to direct the flow of washing liquid in the direction opposite to the direction of rotation of the crown.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид коронки со стороны ее рабочего торца.The invention is illustrated by the drawing, which shows a General view of the crown from the side of its working end.

Предложенная алмазная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой (не показана) и матрицу 2, разделенную широкими и узкими промывочными пазами соответственно 3 и 4 на рабочие секторы 5 и 6 разной длины. Рабочие секторы 5 и 6 армированы режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами, при этом секторы 5 большей длины армированы алмазами большей зернистости по сравнению с алмазами, которыми армированы секторы меньшей длины 6. Кроме того, рабочие секторы большей длины 5 выполнены сообщенными между собой дополнительными промывочными пазами 7, 8 и 9. Пазы 7 выполнены на торце матрицы 2, а пазы 8 и 9 на ее боковых поверхностях. Секторы 5 снабжены скважино- и кернокалибрующими вставками соответственно 10 и 11 с плоской боковой гранью 12, каждая из которых совмещена со сбегающей стенкой дополнительных боковых пазов 8 и 9. При этом скважино- и кернообразующие вставки 10 и 11 расположены в верхней части матрицы 2 в зоне пересечения ее торцевой и боковых поверхностей. Дополнительные промывочные пазы 7 на торце длинных секторов 5 выполнены в виде спирали Архимеда, выпуклая часть которой направлена в сторону наружной поверхности корпуса 1 коронки. Причем начальный участок спирали Архимеда, расположенный у внутренней стенки корпуса 1, является опережающим по отношению к участку спирали, расположенному у наружной стенки корпуса 1.The proposed diamond drill bit contains a cylindrical body 1 with a connecting thread (not shown) and a matrix 2, divided by wide and narrow flushing grooves 3 and 4, respectively, into working sectors 5 and 6 of different lengths. Work sectors 5 and 6 are reinforced with cutting elements, mainly natural or artificial diamonds, while sectors 5 of greater length are reinforced with diamonds of a larger grain size compared to diamonds that are reinforced with sectors of shorter length 6. In addition, work sectors of longer length 5 are made by additional washing grooves 7, 8 and 9. The grooves 7 are made at the end of the matrix 2, and the grooves 8 and 9 on its side surfaces. Sectors 5 are equipped with borehole and core-calibrating inserts 10 and 11, respectively, with a flat side face 12, each of which is combined with a run-down wall of additional side grooves 8 and 9. In this case, borehole and core-forming inserts 10 and 11 are located in the upper part of the matrix 2 in the zone the intersection of its end and side surfaces. Additional washing grooves 7 at the end of long sectors 5 are made in the form of an Archimedes spiral, the convex part of which is directed towards the outer surface of the crown housing 1. Moreover, the initial portion of the spiral of Archimedes, located at the inner wall of the housing 1, is ahead in relation to the portion of the spiral located at the outer wall of the housing 1.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы секторов 5 и 6 внедряются в породу и производят ее разрушение, а вставки 10 и 11 калибровку стенок скважины и керна и одновременно предохраняют от размыва наиболее опасные участки дополнительных промывочных пазов 8 и 9. Промывочная жидкость, подаваемая с поверхности насосами, подхватывает разрушенную породу и выносит ее на поверхность. При этом секторы меньшей длины 5, оснащенные алмазами меньшей зернистости, создают зоны предразрушения, которые эффективно разрушаются алмазами более крупных фракций, закрепленных на секторах большей длины 5. Проходное сечение промывочных пазов 3 и 4 выбирается в зависимости от объема разрушаемой породы рабочими элементами секторов 5 и 6. Однако при бурении по трещиноватым породам, когда наблюдаются значительные потери промывочной жидкости, часто происходит усиленный износ рабочих элементов, вплоть до прижога. В первую очередь это относится к алмазам, расположенным на сбегающей части длинных секторов 5. Для исключения подобного явления длинные секторы 5 выполнены с дополнительными промывочными пазами 7, 8 и 9. С целью равномерного охлаждения рабочих элементов секторов 5 промывочные пазы 7 выполнены в виде спирали Архимеда и расположены таким образом, чтобы минимизировать потери давления промывочной жидкости при прохождении через пазы 7, 8 и 9 и исключить прижог алмазов и в первую очередь на сбегающей части длинных секторов 5.The principle of operation of the crown is as follows. Under the influence of axial load and torque, the cutting elements of sectors 5 and 6 are introduced into the rock and produce its destruction, and inserts 10 and 11 calibrate the walls of the well and core and at the same time protect the most dangerous sections of the additional washing grooves 8 and 9 from being washed out. from the surface with pumps, picks up the destroyed rock and carries it to the surface. At the same time, sectors of shorter length 5, equipped with diamonds of smaller grain size, create pre-fracture zones that are effectively destroyed by diamonds of larger fractions fixed on sectors of greater length 5. The through section of the flushing grooves 3 and 4 is selected depending on the volume of the rock being destroyed by the working elements of sectors 5 and 6. However, when drilling through fractured rocks, when significant losses of flushing fluid are observed, often increased wear of the working elements, up to burns. First of all, this refers to diamonds located on the runaway part of long sectors 5. To exclude this phenomenon, long sectors 5 are made with additional washing grooves 7, 8 and 9. In order to uniformly cool the working elements of sectors 5, the washing grooves 7 are made in the form of an Archimedes spiral and arranged in such a way as to minimize the pressure loss of the flushing fluid when passing through the grooves 7, 8 and 9 and to exclude a burn of diamonds, and especially on the runaway part of the long sectors 5.

Применение предложенной коронки позволяет обеспечить более равномерную загрузку рабочих элементов как коротких, так и длинных секторов и тем самым повысить проходку и скорость бурения за счет оптимизации схемы промывки при бурении, в первую очередь, по трещиноватым породам.The use of the proposed crown allows for a more uniform loading of working elements of both short and long sectors and thereby increase the penetration and drilling speed by optimizing the flushing pattern during drilling, primarily in fractured rocks.

Claims

1. Diamond drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by wide and narrow flushing grooves into working sectors of different lengths, the larger of which are reinforced with larger diamonds compared to sectors of shorter length, characterized in that the sectors with a longer length are provided with additional communicated with each other flushing grooves at the end and lateral surfaces and equipped with borehole and core-calibrating inserts with a flat side face, each of which is combined with a run-down wall of additional side grooves.

2. The diamond drill bit according to claim 1, characterized in that the additional flushing grooves at the end of the long sectors are made in the form of an Archimedes spiral, the convex part of which is directed towards the outer surface of the crown body.

3. The diamond drill bit according to claim 1, characterized in that the additional flushing grooves on the lateral surfaces of the long sectors are made inclined to the longitudinal axis of the crown to direct the flow of flushing fluid in the direction opposite to the direction of rotation of the crown.