RU2588532C2 - Diamond drilling bit - Google Patents
Diamond drilling bit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2588532C2 RU2588532C2 RU2014139861/03A RU2014139861A RU2588532C2 RU 2588532 C2 RU2588532 C2 RU 2588532C2 RU 2014139861/03 A RU2014139861/03 A RU 2014139861/03A RU 2014139861 A RU2014139861 A RU 2014139861A RU 2588532 C2 RU2588532 C2 RU 2588532C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- hardness
- bit
- protective
- hard
- Prior art date
Links
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- -1 tungsten carbides Chemical class 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002445 Nipples Anatomy 0.000 description 1
- 102100000672 SMPX Human genes 0.000 description 1
- 108060007673 SMPX Proteins 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N Tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002860 competitive Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области буровой техники и используется при производстве буровых долот с вооружением в виде поликристаллических алмазных элементов.The invention relates to the field of drilling equipment and is used in the manufacture of drill bits with weapons in the form of polycrystalline diamond elements.
Стойкость и другие показатели бурения алмазными долотами напрямую зависят от способности противостоять абразивному износу элементов вооружения, а также всей поверхности долота - лопастей с участками вокруг элементов вооружения, набегающих и сбегающих сторон, межлопастного пространства с отверстиями для твердосплавных насадок для прохода промывочной жидкости и вывода шлама с забоя, внутренней полости корпуса долота для прохода промывочной жидкости. Абразивный износ элементов вооружения приводит к снижению удельного давления на породу забоя и к уменьшению механической скорости бурения. Абразивный износ участков лопастей, расположенных вокруг режущих и калибрующих элементов, способствует оголению, увеличению размера выступания и постепенному выпадению отдельных элементов. Абразивный износ межлопастного пространства приводит к снижению прочности конструкции бурового долота с последующим сломом лопастей. Абразивный износ внутренней полости корпуса долота под воздействием мельчайших фракций шлама, находящихся в высокоскоростной промывочной жидкости, также приводит к размыванию креплений и выпадению твердосплавных насадок.The durability and other indicators of drilling with diamond bits directly depend on the ability to withstand the abrasive wear of the weapon elements, as well as the entire surface of the bit - blades with sections around the weapon elements, the on and off sides, the inter-blade space with holes for carbide nozzles for passage of flushing fluid and the discharge of sludge from face, the inner cavity of the body of the bit for the passage of flushing fluid. Abrasive wear of weapons elements leads to a decrease in specific pressure on the bottom rock and to a decrease in the mechanical drilling speed. Abrasive wear of the sections of the blades located around the cutting and calibrating elements, contributes to exposure, increase the size of the protrusion and the gradual loss of individual elements. Abrasive wear of the inter-blade space leads to a decrease in the structural strength of the drill bit, followed by breaking of the blades. Abrasive wear of the internal cavity of the body of the bit under the influence of the smallest fractions of sludge in the high-speed flushing fluid also leads to erosion of the fastenings and the loss of carbide tips.
Для уменьшения абразивного износа поверхности корпусов алмазных буровых долот покрывают защитными эрозионно-стойкими материалами.To reduce abrasive wear, the surfaces of the bodies of diamond drill bits are coated with protective erosion-resistant materials.
Известно алмазное буровое долото, принятое за аналог [1]. В этом долоте поверхности на корпусе и лопастях, не защищенные вставками PDC, армируют наплавляемым защитным покрытием в виде твердых вольфрамовых карбидов на металлосвязке. Достоинством данного способа является улучшение армирующих свойств за счет наплавки пространства между вставками твердосплавным порошком. Однако у этого способа имеются недостатки.Known diamond drill bit, taken as an analogue [1]. In this chisel, surfaces on the body and blades that are not protected by PDC inserts are reinforced with a built-up protective coating in the form of hard tungsten carbides in a metal bond. The advantage of this method is the improvement of reinforcing properties due to surfacing of the space between the inserts with carbide powder. However, this method has disadvantages.
Первый из них состоит в том, что наличие мягкой металлосвязки снижает твердость до 52÷58 HRC, а значит, и износостойкость наплавленного слоя. Второй недостаток - относительная хрупкость карбида вольфрама, тонкое покрытие которого во время работы долота может треснуть, выкрашиваться, частично отслаиваться, обнажая материал корпуса долота, склонный к эрозии, что в конечном итоге приводит к потере работоспособности долота в целом.The first of them is that the presence of a soft metal bond reduces the hardness to 52 ÷ 58 HRC, and hence the wear resistance of the deposited layer. The second drawback is the relative fragility of tungsten carbide, a thin coating of which during the operation of the bit can crack, crumble, partially peel off, exposing the material of the bit body, which is prone to erosion, which ultimately leads to loss of operability of the bit as a whole.
Попытка решения данной проблемы предпринята в конструкторском решении, принятом за прототип [2]. В соответствии с этим изобретением армирование корпуса алмазного бурового долота произведено методом многослойной наплавки на выбранной части корпуса бурового долота, содержащей первый слой, расположенный непосредственно на выбранной части бурового долота, и второй слой, расположенный на первом твердосплавном слое, первый слой наплавки и второй слой наплавки отличаются друг от друга содержанием карбидов и толщиной. Достоинство данного изобретения - повышение надежности защиты корпуса и лопастей алмазных долот от абразивного износа, повышение стойкости долот в целом. Недостаток - малая адгезия металла корпуса долота и наплавленного твердосплавного износостойкого слоя вольфрамокобальтового сплава с высоким содержанием карбида ввиду большой разности твердостей, химического состава, показателей теплопроводности приводит к отслаиванию наплавленного защитного покрытия от корпуса долота, снижению его стойкости и потере работоспособности.An attempt to solve this problem was made in the design decision adopted as a prototype [2]. In accordance with this invention, the reinforcement of the body of the diamond drill bit is made by multilayer surfacing on a selected part of the body of the drill bit, containing the first layer located directly on the selected part of the drill bit, and a second layer located on the first carbide layer, the first layer of surfacing and the second layer of surfacing differ from each other in carbide content and thickness. The advantage of this invention is to increase the reliability of protection of the body and blades of diamond bits from abrasive wear, increase the durability of bits in general. The disadvantage is the low adhesion of the metal of the bit body and the deposited hard-alloy carbide wear-resistant layer of a tungsten-cobalt alloy with a high carbide content due to the large difference in hardness, chemical composition, thermal conductivity, leads to peeling of the deposited protective coating from the bit body, reduction of its resistance and loss of performance.
Техническим результатом данного изобретения является повышение надежности защиты всей поверхности и внутренней полости корпуса алмазных буровых долот от абразивного износа, повышение стойкости и показателей работы долот в целом.The technical result of this invention is to increase the reliability of protection of the entire surface and the internal cavity of the body of diamond drill bits from abrasive wear, increase the durability and performance of the bits in general.
Это достигается за счет того, что в алмазном буровом долоте, включающем корпус с присоединительной резьбой, лопастями, оснащенными породоразрушающими и защитными резцами PDC, разделенными межлопастным пространством с отверстиями для твердосплавных насадок и прохода промывочной жидкости, покрытый наплавкой и напылением твердосплавным износостойким защитным покрытием высокой твердости, на поверхности корпуса долота выполнено покрытие в виде подложечного слоя напылением, на которое нанесено износостойкое защитное покрытие наплавлением, при этом твердость напыленного подложечного слоя меньше твердости наплавленного защитного твердосплавного покрытия, но выше твердости материала корпуса долота, при этом толщина напыленного подложечного слоя составляет 0,3÷0,8 мм, обеспечивающее прочность соединения металлического корпуса и защитного твердосплавного покрытия, повышающее надежность защиты корпуса долота, а также улучшенную передачу тепла от рабочей поверхности и резцов PDC к охлаждаемому промывочным раствором корпусу долота, улучшающее адгезию металла корпуса алмазного долота, подложечного слоя и защитного твердосплавного покрытия, обеспечивающее заполнение и выравнивание микронеровностей поверхности стального корпуса долота.This is achieved due to the fact that in a diamond drill bit that includes a body with a connecting thread, blades equipped with PDC rock cutting and protective cutters, separated by an inter-blade space with holes for carbide nozzles and a flushing fluid passage, coated with hard-alloy hard-wearing protective coating of high hardness , on the surface of the body of the bit, a coating is made in the form of a substrate layer by spraying, on which a wear-resistant protective coating is deposited m, the hardness of the deposited substrate layer is less than the hardness of the deposited protective carbide coating, but higher than the hardness of the bit body material, while the thickness of the deposited substrate layer is 0.3 ÷ 0.8 mm, which ensures the strength of the metal body and the protective carbide coating, which increases the reliability bit body protection, as well as improved heat transfer from the working surface and PDC cutters to the bit body cooled by flushing solution, which improves the adhesion of the metal of the diamond body th bit, epigastric carbide layer and a protective coating that provides the filling and leveling of surface roughness of the steel bit body.
Перечень и описание чертежей.The list and description of the drawings.
На фигуре 1 показан общий вид алмазного бурового долота.Figure 1 shows a general view of a diamond drill bit.
На фигуре 2 показан поперечный разрез лопасти корпуса алмазного бурового долота с установленным резцом PDC.Figure 2 shows a cross section of a blade of a diamond drill bit body with a mounted PDC cutter.
На фигуре 3 показан увеличенный фрагмент фигуры 2 с нанесенным твердосплавным износостойким защитным покрытием в соответствии с прототипом [2].Figure 3 shows an enlarged fragment of figure 2 with a hard-alloy hard-wearing protective coating in accordance with the prototype [2].
На фигуре 4 показан увеличенный фрагмент фигуры 2 с нанесенными предлагаемым подложечным слоем и твердосплавным износостойким защитным покрытием.Figure 4 shows an enlarged fragment of figure 2 with the proposed substrate layer and carbide wear-resistant protective coating.
На фигуре 1 позициями обозначены: 1 - корпус алмазного бурового долота, 2 - лопасть корпуса долота, оснащенная породоразрушающими и защитными резцами PDC, 3 - межлопастное пространство с отверстиями для твердосплавных насадок и прохода промывочной жидкости, 4 - ниппель корпуса долота с присоединительной резьбой; стрелками А-А - сечение по вершине лопасти корпуса алмазного бурового долота с установленным породоразрушающим резцом PDC.In the figure, 1 positions denote: 1 - the body of the diamond drill bit, 2 - the blade of the body of the bit, equipped with rock cutting and protective cutters PDC, 3 - the inter-blade space with holes for carbide nozzles and the passage of flushing fluid, 4 - the nipple of the body of the bit with connecting thread; arrows AA - section along the top of the blade blade body of a diamond drill bit with a PDC rock cutting tool installed.
На фигуре 2 позициями обозначены: 2 - лопасть корпуса алмазного бурового долота с резцом PDC, буквой Б - фрагмент поверхности лопасти корпуса бурового алмазного долота с нанесенными покрытиями.In the figure 2, the positions indicated: 2 - the blade of the body of the diamond drill bit with a PDC cutter, the letter B - a fragment of the surface of the blade of the body of the drill bit with diamond coating.
На фигуре 3 показан увеличенный в масштабе узел Б с фигуры 2 с теми же обозначениями, позиция 5 - первый слой твердосплавного защитного покрытия, нанесенный методом наплавки, расположенный на выбранной части корпуса бурового долота, 6 - второй слой твердосплавного защитного покрытия, нанесенный методом наплавки, расположенный на первом твердосплавном слое.Figure 3 shows a scaled-up knot B from Figure 2 with the same notation,
На фигуре 4 показан увеличенный в масштабе узел Б с фигуры 2 с теми же обозначениями, что на фигуре 3, позиция 7 - подложечный слой, расположенный между поверхностью корпуса долота и износостойким защитным покрытием.Figure 4 shows a scaled-up node B of Figure 2 with the same designations as in Figure 3,
Во время бурения преимущества предлагаемого алмазного бурового долота с нанесенным на весь корпус долота подложечным слоем до нанесения защитного твердосплавного покрытия очевидны. Покрытие всей наружной поверхности и внутренней полости корпуса долота подложечным слоем методом напыления, обладающим свойствами флюса, обеспечивает:During drilling, the advantages of the proposed diamond drill bit with a backing layer applied over the entire body of the bit before applying a hard-alloy carbide coating are obvious. Coating the entire outer surface and the inner cavity of the bit body with the substrate layer by a spraying method having flux properties provides:
- удаление окислов с поверхностей стального корпуса долота и последующего защитного покрытия;- removal of oxides from the surfaces of the steel body of the bit and the subsequent protective coating;
- заполнение и выравнивание микронеровностей поверхности стального корпуса долота;- filling and alignment of microroughnesses in the surface of the steel body of the bit;
- исключение зон коррозии на поверхности стального корпуса долота под слоем твердосплавного защитного покрытия, способствующих отслаиванию защитного покрытия;- the exclusion of corrosion zones on the surface of the steel body of the bit under a layer of carbide protective coating, contributing to the peeling of the protective coating;
- высокую адгезию стального корпуса долота и твердосплавного защитного покрытия, являясь промежуточным слоем толщиной 0,3÷0,8 мм с твердостью меньше твердости защитного твердосплавного покрытия, но выше твердости материала корпуса долота, гарантирующим высокую прочность соединения всего нанесенного на корпус покрытия;- high adhesion of the steel body of the bit and the hard-alloy protective coating, being an intermediate layer with a thickness of 0.3 ÷ 0.8 mm with a hardness less than the hardness of the protective hard-alloy coating, but higher than the hardness of the material of the bit body, guaranteeing high bond strength of the entire coating applied to the body;
- улучшенную теплопередачу от рабочей поверхности корпуса и резцов PDC алмазного бурового долота к охлаждаемому промывочным раствором корпусу долота;- improved heat transfer from the working surface of the body and PDC cutters of the diamond drill bit to the bit body cooled by the flushing solution;
- прочное удержание в процессе эксплуатации твердосплавного износостойкого защитного покрытия высокой твердости на значительно менее твердом стальном корпусе долота;- strong retention during operation of carbide wear-resistant protective coating of high hardness on a significantly less solid steel body of the bit;
- исключение границы с большим перепадом физико-механических свойств различных материалов и более плавный их переход от корпуса долота к защитному покрытию.- elimination of the boundary with a large difference in the physicomechanical properties of various materials and their smoother transition from the bit body to the protective coating.
Использование данного изобретения значительно повышает надежность защиты всей наружной поверхности и внутренней полости корпуса алмазных буровых долот от абразивного износа, что обеспечивает значительное повышение механической скорости бурения, стойкости и проходки на долото в целом.The use of this invention significantly increases the reliability of protection of the entire outer surface and the inner cavity of the body of diamond drill bits from abrasive wear, which provides a significant increase in the mechanical drilling speed, durability and penetration of the bit as a whole.
Защита всей наружной поверхности и внутренней полости корпуса алмазного бурового долота со стальным корпусом делает его конкурентоспособным по отношению к алмазным долотам с матричным корпусом за счет более высокого показателя «цена/качество».The protection of the entire external surface and the internal cavity of the diamond drill bit body with a steel body makes it competitive with diamond bits with a matrix body due to the higher price / quality ratio.
Источники информацииInformation sources
1. Каталог «Буровые долота. Калибраторы. Центраторы». ОАО «Волгабурмаш», 2007 г., стр. 41 (аналог).1. Catalog “Drill bits. Calibrators Centralizers. " Volgaburmash OJSC, 2007, p. 41 (analogue).
2. Патент США №7770672 от 10.08.2010 г., кл. E21B 10/46, C23C 30/00. «Многослойная наплавка, упрочняющая наплавка твердым сплавом буровых долот» (прототип).2. US Patent No. 7,770,672 of 08/10/2010, cl. E21B 10/46, C23C 30/00. "Multilayer surfacing, hardening surfacing with hard alloy drill bits" (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014139861/03A RU2588532C2 (en) | 2014-10-01 | Diamond drilling bit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014139861/03A RU2588532C2 (en) | 2014-10-01 | Diamond drilling bit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014139861A RU2014139861A (en) | 2016-04-20 |
| RU2588532C2 true RU2588532C2 (en) | 2016-06-27 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4610320A (en) * | 1984-09-19 | 1986-09-09 | Directional Enterprises, Inc. | Stabilizer blade |
| RU2303688C2 (en) * | 2002-01-30 | 2007-07-27 | Элемент Сикс (Пти) Лтд. | Composite material with thick abrasive layer |
| RU2389857C2 (en) * | 2008-04-28 | 2010-05-20 | Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") | Method of reinforcing housings of diamond drilling bits |
| US7770672B2 (en) * | 2005-02-18 | 2010-08-10 | Smith International, Inc. | Layered hardfacing, durable hardfacing for drill bits |
| RU2457281C2 (en) * | 2006-09-29 | 2012-07-27 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Drill bits based on composite "matrix-particles" with hard-alloy hardening and methods for producing and repair of such drill bits using hard-alloy materials |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4610320A (en) * | 1984-09-19 | 1986-09-09 | Directional Enterprises, Inc. | Stabilizer blade |
| RU2303688C2 (en) * | 2002-01-30 | 2007-07-27 | Элемент Сикс (Пти) Лтд. | Composite material with thick abrasive layer |
| US7770672B2 (en) * | 2005-02-18 | 2010-08-10 | Smith International, Inc. | Layered hardfacing, durable hardfacing for drill bits |
| RU2457281C2 (en) * | 2006-09-29 | 2012-07-27 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Drill bits based on composite "matrix-particles" with hard-alloy hardening and methods for producing and repair of such drill bits using hard-alloy materials |
| RU2389857C2 (en) * | 2008-04-28 | 2010-05-20 | Открытое акционерное общество "Волгабурмаш" (ОАО "Волгабурмаш") | Method of reinforcing housings of diamond drilling bits |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5833021A (en) | Surface enhanced polycrystalline diamond composite cutters | |
| US8783387B2 (en) | Cutter geometry for high ROP applications | |
| US9085939B2 (en) | Earth-boring tools attachable to a casing string and methods for their manufacture | |
| US20180230756A1 (en) | Kerfing hybrid drill bit and other downhole cutting tools | |
| US5979571A (en) | Combination milling tool and drill bit | |
| US8857541B2 (en) | Diamond transition layer construction with improved thickness ratio | |
| US8327955B2 (en) | Non-parallel face polycrystalline diamond cutter and drilling tools so equipped | |
| US9903162B2 (en) | Spacing of rolling cutters on a fixed cutter bit | |
| US20010004026A1 (en) | Drill bit with canted gage insert | |
| US20130146367A1 (en) | Rolling cutter with improved rolling efficiency | |
| US7861808B2 (en) | Cutter for maintaining edge sharpness | |
| US20100276208A1 (en) | High thermal conductivity hardfacing for drilling applications | |
| US20020157873A1 (en) | Method for hardfacing roller cone drill bit legs | |
| RU2713064C2 (en) | Downhole tools with hydrophobic coatings and methods for making such tools | |
| GB2421042A (en) | Drill bit with secondary cutters for hard formations | |
| WO2018095441A1 (en) | Single cone bit having rotating tooth | |
| US9482058B2 (en) | Cutting structures and structures for retaining the same | |
| WO2010088233A4 (en) | Earth boring tools and bodies of such tools including nozzle recesses, and methods of forming same | |
| RU2588532C2 (en) | Diamond drilling bit | |
| RU2377111C1 (en) | Method of manufacture of diamont drill bit | |
| CA2675194C (en) | Rotary drill bit | |
| RU2625832C1 (en) | Drilling bit, reinforced with diamond cutting elements | |
| EP2318638A2 (en) | Bit cone with hardfaced nose | |
| RU2398090C1 (en) | Method to produce drilling bits with pdc-plates | |
| US20100051351A1 (en) | Intermetallic bonded diamond (ibd) cutting elements |