RU2496964C1

RU2496964C1 - Drilling diamond bit

Info

Publication number: RU2496964C1
Application number: RU2012130352/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Панин; Юрий Серафимович Татарчук; Борис Николаевич Стадник; Феликс Моисеевич Ройзенман; Аркадий Ильич Слуцкий
Original assignee: Николай Митрофанович Панин
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2013-10-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: drilling diamond bit includes a housing, a matrix separated with flushing slots into working sectors with concave end faces, which are reinforced with cutting elements, and hollow inserts arranged in flushing slots and open on the side of the well working face and made in cross section in the form of annular segments with convex end faces, which are congruent to concave end faces of the sectors. Each sector of the matrix has horizontal channels interconnected with the cavity of hollow inserts; with that, horizontal channels have conical shape, the larger base of which is oriented towards the bit rotation direction. Horizontal channels can be interconnected with the housing cavity through additional channels.

EFFECT: improving sinking process and mechanical drilling speed; better cooling of matrix and improved cleaning of the working face from slurry.

2 cl, 2 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 (см. авт. св. СССР №308181, кл. Е21В 10/48, 1970 г.).A well-known diamond drill bit, comprising a housing and a matrix, divided by flushing grooves into separate sectors reinforced with diamonds (see ed. St. USSR No. 308181, class E21B 10/48, 1970).

Недостатком этой коронки является малая механическая скорость бурения, обусловленная большой площадью поверхности алмазосодержащей матрицы, что приводит к значительному увеличению объема разрушенной породы. Другим недостатком данной коронки является необходимость создания высоких осевых нагрузок на коронку, что ведет к ускоренному износу бурильной колонны и увеличению числа ее обрывов.The disadvantage of this crown is the low mechanical drilling speed due to the large surface area of the diamond-containing matrix, which leads to a significant increase in the volume of the destroyed rock. Another disadvantage of this crown is the need to create high axial loads on the crown, which leads to accelerated wear of the drill string and an increase in the number of breaks.

Известна также алмазная буровая коронка, включающая корпус и матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с переменной длиной (см. авт. св. СССР №1135892, кл. Е21В 10/48, 1978 г.).A diamond drill bit is also known, which includes a housing and a matrix divided by flushing grooves into variable length working sectors reinforced with cutting elements (see ed. St. USSR No. 1135892, class E21B 10/48, 1978).

Данная коронка только частично устраняет недостатки аналога. Это объясняется значительным уменьшением кернообразующих частей рабочих секторов, некачественной очисткой забоя от шлама и недостаточным охлаждением матрицы промывочной жидкостью.This crown only partially eliminates the disadvantages of the analogue. This is due to a significant decrease in core-forming parts of the working sectors, poor-quality cleaning of the bottom from sludge and insufficient cooling of the matrix with washing liquid.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является алмазная буровая коронка, включающая корпус с присоединительной резьбой, матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с вогнутыми торцами, и размещенные в промывочных пазах пустотелые вставки, открытые со стороны забоя скважины и выполненные в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с выпуклыми торцами, конгруэнтными вогнутым торцам секторов (см. патент РФ №2287657, кл. Е21В 10/48, 2006 г.).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a diamond drill bit, comprising a body with a connecting thread, a matrix divided by flushing grooves into working sectors with concave ends reinforced with cutting elements, and hollow inserts located in the flushing grooves open from the bottom of the well and made in cross section in the form of annular segments with convex ends congruent to the concave ends of the sectors (see RF patent No. 2287657, CL E21B 10/48, 2006).

К недостаткам данной коронки следует отнести некачественную очистку забоя от шлама и недостаточное охлаждение матрицы промывочной жидкостью, значительно снижающие как проходку на коронку, так и скорость бурения.The disadvantages of this crown include poor-quality cleaning of the bottom from sludge and insufficient cooling of the matrix with washing liquid, which significantly reduces both penetration to the crown and drilling speed.

В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы коронки путем увеличения проходки и механической скорости бурения за счет лучшего охлаждения матрицы и более качественной очистки забоя от шлама.In connection with the stated technical result of the invention is to increase the efficiency of the crown by increasing the penetration and mechanical drilling speed due to better cooling of the matrix and better cleaning of the bottom of the cuttings.

Указанный технический результат решается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус, матрицу, разделенную промывочными пазами на армированные режущими элементами рабочие секторы с вогнутыми торцами, и размещенные в промывочных пазах пустотелые вставки, открытые со стороны забоя скважины и выполненные в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с выпуклыми торцами, конгруэнтными вогнутым торцам секторов, согласно изобретению, каждый сектор матрицы выполнен с горизонтальными каналами, сообщенными с полостью пустотелых вставок, причем горизонтальные каналы выполнены конической формы, большее основание которых ориентировано в сторону вращения коронки.The indicated technical result is solved in that in a diamond drill bit including a housing, a matrix divided by flushing grooves into working sectors with concave ends reinforced with cutting elements, and hollow inserts placed in the flushing grooves, open from the bottom of the well and made in cross section in the form annular segments with convex ends congruent to the concave ends of the sectors, according to the invention, each sector of the matrix is made with horizontal channels communicated with the cavity of the hollow insertions, and horizontal channels are of conical shape, the large base of which is oriented in the direction of rotation of the crown.

Достижению указанного технического результата способствует также и то, что горизонтальные каналы в каждом секторе матрицы сообщены с полостью корпуса дополнительными каналами.The achievement of the specified technical result also contributes to the fact that the horizontal channels in each sector of the matrix are communicated with the body cavity by additional channels.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид коронки в продольном разрезе А-А на фиг.2; фиг.2 - вид коронки со стороны рабочего торца.The invention is illustrated by the drawing, in which figure 1 depicts a General view of the crown in longitudinal section aa in figure 2; figure 2 is a view of the crown from the side of the working end.

Предложенная буровая коронка содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и матрицу 3, разделенную промывочными пазами 4 на рабочие секторы 5, армированные режущими элементами, преимущественно естественными или искусственными алмазами б. В промывочных пазах 4 размещены и жестко соединены с корпусом 1 пустотелые вставки 7, открытые со стороны забоя скважины. Вставки 7 выполнены в поперечном сечении в форме кольцевых сегментов с выпуклыми торцами 8, конгруэнтными наружным вогнутым торцам пустотелых вставок 7. Каждый сектор 5 матрицы 3 выполнен в верхней части с горизонтальными каналами 9, сообщенными с полостью пустотелых вставок 7, причем горизонтальные каналы 9 выполнены конической формы, большее основание которых ориентировано в сторону вращения коронки. Горизонтальные каналы 9 в каждом секторе 5 матрицы 3 сообщены с полостью корпуса 1 дополнительными каналами 10.The proposed drill bit comprises a cylindrical body 1 with a connecting thread 2 and a matrix 3, divided by flushing grooves 4 into working sectors 5, reinforced with cutting elements, mainly natural or artificial diamonds b. In the flushing grooves 4, hollow inserts 7 are open and rigidly connected to the housing 1 and are open from the bottom of the well. The inserts 7 are made in cross section in the form of annular segments with convex ends 8, congruent to the outer concave ends of the hollow inserts 7. Each sector 5 of the matrix 3 is made in the upper part with horizontal channels 9 in communication with the cavity of the hollow inserts 7, and the horizontal channels 9 are made conical forms, the larger base of which is oriented in the direction of rotation of the crown. The horizontal channels 9 in each sector 5 of the matrix 3 are connected with the cavity of the housing 1 by additional channels 10.

Выполнение рабочих секторов 5 с вогнутыми торцами 8 обеспечивает равноворуженность коронки по всей ширине матрицы 3 за счет увеличения длины как скважино - так кернообразующих участков рабочих секторов 5. В импрегнированных коронках это достигается за счет увеличения объема алмазосодержащей матрицы, а в однослойных коронках - за счет большего насыщения алмазами 6, в первую очередь, вогнутой передней грани 9 рабочих секторов 5.The implementation of the working sectors 5 with concave ends 8 ensures equidistance of the crown over the entire width of the matrix 3 by increasing the length of both the borehole and core-forming sections of the working sectors 5. In impregnated crowns, this is achieved by increasing the volume of the diamond-containing matrix, and in single-layer crowns due to the larger saturation with diamonds 6, first of all, the concave front face 9 of the working sectors 5.

Использование в качестве промывочных пазов 4 пустотелых вставок 7 с выпуклыми торцами обеспечивает надежную фиксацию как самих пустотелых вставок 7, так и рабочих секторов 5, испытывающих значительные изгибающие усилия. Предложенная форма выполнения пустотелых вставок 7 и рабочих секторов 5 обеспечивает их взаимную блокировку.The use as washing grooves 4 of the hollow inserts 7 with convex ends provides reliable fixation of both the hollow inserts 7 and the working sectors 5, experiencing significant bending forces. The proposed form of execution of the hollow inserts 7 and the working sectors 5 ensures their mutual blocking.

Выполнение секторов 5 с горизонтальными каналами 9, сообщенными с полостью пустотелых вставок 7, обеспечивает постоянное охлаждение рабочих секторов 5 по всей их длине, причем в первую очередь, их набегающей грани, которая подвержена наибольшему нагреву. При этом благодаря выполнению горизонтальных каналов 9 конической формы, большее основание которых ориентировано в сторону вращения коронки, на выходе канала создается зона разряжения. Это способствует эффективному перетоку промывочной жидкости под торцом коронки и удалению шлама из под торца секторов 5 коронки и тем самым снижает энергоемкость процесса разрушения породы за счет исключения повторного измельчения шлама. Этому также способствует и то, что горизонтальные каналы 9 в каждом секторе 5 матрицы 3 сообщены с полостью корпуса 1 дополнительными каналами 10.The implementation of the sectors 5 with horizontal channels 9, in communication with the cavity of the hollow inserts 7, provides constant cooling of the working sectors 5 along their entire length, and in the first place, their oncoming face, which is subject to the greatest heat. Moreover, due to the implementation of horizontal channels 9 of conical shape, the larger base of which is oriented in the direction of rotation of the crown, a discharge zone is created at the channel outlet. This contributes to the effective overflow of flushing fluid at the end of the crown and the removal of sludge from under the end of sectors 5 of the crown and thereby reduces the energy consumption of the process of rock destruction by eliminating re-grinding of the sludge. This also contributes to the fact that the horizontal channels 9 in each sector 5 of the matrix 3 are communicated with the cavity of the housing 1 by additional channels 10.

Принцип работы коронки заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента режущие элементы 6 внедряются в породу и производят ее разрушение. Промывочная жидкость подхватывает разрушенную породу и выносит ее на поверхность. При этом благодаря наличию конических горизонтальных каналов 9, сообщающих полости вставок 7, обеспечивается эффективное охлаждение секторов 5 матрицы 3 по всей их длине. Этот эффект особо усиливается при бурении на высоких оборотах за счет увеличения скорости прохождения жидкости через горизонтальные каналы.The principle of operation of the crown is as follows. Under the action of axial load and torque, the cutting elements 6 are embedded in the rock and produce its destruction. Flushing fluid picks up the destroyed rock and brings it to the surface. Moreover, due to the presence of conical horizontal channels 9 communicating the cavity of the inserts 7, efficient cooling of the sectors 5 of the matrix 3 is provided along their entire length. This effect is especially enhanced when drilling at high speeds due to an increase in the rate of passage of fluid through horizontal channels.

Таким образом, предложенное конструктивное выполнение коронки позволяет повысить технико-экономические показатели работы коронок, а именно проходку и скорость бурения как за счет повышения надежности крепления рабочих секторов и самих пустотелых вставок, улучшения охлаждения режущих элементов и более высокой насыщенности рабочей части сектора режущими элементами.Thus, the proposed constructive implementation of the crown allows to increase the technical and economic performance of the crowns, namely the penetration and drilling speed, both by increasing the reliability of fastening of the working sectors and the hollow inserts themselves, improving the cooling of the cutting elements and higher saturation of the working part of the sector with cutting elements.

Claims

1. Diamond drill bit, comprising a housing, a matrix divided by flushing grooves into concave ends reinforced with cutting elements and hollow inserts placed in the flushing grooves, open from the bottom of the well and made in the cross section in the form of annular segments with convex ends, congruent concave ends of the sectors, characterized in that each sector of the matrix is made with horizontal channels communicated with the cavity of the hollow inserts, and the horizontal channels are made to onic form, the larger base of which is oriented in the direction of rotation of the crown.

2. The drill bit according to claim 1, characterized in that the horizontal channels in each sector of the matrix are connected with the body cavity by additional channels.