RU2682824C1 - Drill bit for percussion-rotary drilling - Google Patents

Drill bit for percussion-rotary drilling Download PDF

Info

Publication number
RU2682824C1
RU2682824C1 RU2018118680A RU2018118680A RU2682824C1 RU 2682824 C1 RU2682824 C1 RU 2682824C1 RU 2018118680 A RU2018118680 A RU 2018118680A RU 2018118680 A RU2018118680 A RU 2018118680A RU 2682824 C1 RU2682824 C1 RU 2682824C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
head
shank
rock
eccentric
percussion
Prior art date
Application number
RU2018118680A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Васильевич Нескоромных
Антон Евгеньевич Головченко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2018118680A priority Critical patent/RU2682824C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682824C1 publication Critical patent/RU2682824C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/36Percussion drill bits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: soil or rock drilling; mining.
SUBSTANCE: invention relates to the field of creating drilling rock cutting tools for percussion-rotary drilling wells. Drill bit for percussion-rotary drilling consists of a shank and a hemispherical head with rock-breaking elements placed on its working surface. At the end of the shank there is tore puck with an eccentric protrusion on the bottom installed with the possibility of angular rotation in a vertical plane. Movable hemispherical part of the head is equipped with a hinge element, providing the possibility of rotation of the movable part of the head relative to the shank in the plane of placement of the eccentric protrusion in the opposite direction from it. Movable hemispherical part of the head on the opposite side of the eccentric protrusion of the tore washer is equipped with an elastic element.
EFFECT: technical result consists in increasing the efficiency of rock destruction at the bottom of a well during percussion-rotary drilling when implementing an eccentric impact pulse and creating spalling forces acting in the bottom plane.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области создания бурового породоразрушающего инструмента для ударно-вращательного бурения скважин.The invention relates to the field of creating drilling rock cutting tools for rotational percussion drilling.

Известна буровая коронка штыревого типа, состоящая из хвостовика и головки с размещенным на ее рабочей поверхности породоразрушающими инденторами и отверстием для продувки [RU №169571 от 08.11.2016, опубл. 23.03.2017].Known drill bit of the pin type, consisting of a shank and a head with a rock-cutting indenter and a purge hole located on its working surface [RU No. 169571 of 08/08/2016, publ. 03/23/2017].

Недостатком этой коронки является невысокая эффективность бурения при приложении центрального будара при бурении.The disadvantage of this crown is the low drilling efficiency when applying the central drill bit while drilling.

Наиболее близким техническим решением является шарошечное долото для ударно-вращательного бурения, содержащее корпус, цапфу, на которой установлена шарошка с возможностью вращения, ударник, взаимодействующий с шарошкой [а.с. СССР №829846, МКИ Е21В 9/08, от 18.05.79, опубл. 15.05.81].The closest technical solution is a cone bit for impact-rotary drilling, comprising a housing, a trunnion, on which a cone is mounted for rotation, a hammer interacting with a cone [a.s. USSR No. 829846, MKI E21B 9/08, dated 05/18/79, publ. 05/15/81].

Недостатком данного технического решения является низкая эффективность разрушения горных пород при приложении центрального удара.The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of the destruction of rocks when a central impact is applied.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности разрушения горных пород на забое скважины при ударно-вращательном бурении с помощью передачи на забой внецентренных ударных импульсов, создающих тангенциальные усилия скалывания породы и действующие в плоскости забоя.The present invention is aimed at improving the efficiency of rock destruction at the bottom of the well during rotational impact drilling by transmitting eccentric shock pulses to the bottom, creating tangential rock shearing forces and acting in the face plane.

Указанный технический результат достигается поворотом на некоторый угол шарнирно закрепленной полусферической головки вследствие реализации внецентренных ударных импульсов посредством выполненной на нижнем торце хвостовика торовой шайбы с эксцентрично расположенным на ее нижнем торце выступом. При этом поворот полусферической головки будет происходить в плоскости нанесения внецентренного удара, а именно, в плоскости размещения выступа на торовой шайбе в противоположную от него сторону, для этого в направлении поворота полусферической головки имеется угловой зазор. Торовая шайба с эксцентрично расположенным на ее нижнем торце выступом устанавливается с возможностью поворота, что исключает передачу на хвостовик долота изгибающего момента, вызванного внецентренным приложением ударного импульса. Для возврата в исходное положение полусферической головки, она подпружинена со стороны, противоположной эксцентричному выступу на шайбе.The indicated technical result is achieved by turning the hemispherical head pivotally fixed due to the implementation of eccentric shock pulses by means of a torus washer made on the lower end of the shank with the protrusion eccentrically located on its lower end. In this case, the rotation of the hemispherical head will occur in the plane of applying an eccentric impact, namely, in the plane of the protrusion on the torus washer in the opposite direction from it, for this there is an angular clearance in the direction of rotation of the hemispherical head. The torus washer with a protrusion eccentrically located on its lower end is rotatably mounted, which excludes the transmission of a bending moment to the shank of the bit caused by eccentric application of a shock pulse. To return to the initial position of the hemispherical head, it is spring loaded from the side opposite to the eccentric protrusion on the washer.

Совокупность признаков заявляемого изобретения, а именно наличие шарнирно расположенной части головки долота, а также расположенной на торце хвостовика торовой шайбы с эксцентрично расположенным на ее нижнем торце выступом при взаимном расположении, обеспечивающем возможность поворота в плоскости нанесения внецентренного удара не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемого бурового долота критерию новизны.The totality of the features of the claimed invention, namely the presence of a pivotally located part of the bit head, as well as a torus washer located on the end of the shank with a protrusion eccentrically located on its lower end, at a relative position that allows rotation in the plane of applying an eccentric impact, was not found in the known technical solutions, which assumes compliance of the claimed drill bit with the novelty criterion.

Соответствие изобретательскому уровню подтверждается тем, что при внецентренном приложении удара наблюдается увеличение объемов разрушения горной породы на забое за счет концентрации высоких напряжений под определенными породоразрушающими вставками, а также реализации тангенциальных ударных усилий в плоскости забоя, приводящих к дополнительному скалыванию породы и повышению размеров лунок разрушения, а также обеспечивающих отделение от забоя части массива горной породы, которая испытала разрушающее действие, разделена трещинами, но еще удерживается в лунках разрушения силами своих внутренних связей.Compliance with the inventive step is confirmed by the fact that with an eccentric application of impact, an increase in the volume of rock destruction at the bottom due to the concentration of high stresses under certain rock cutting inserts, as well as the implementation of tangential impact forces in the face plane, leading to additional rock cleavage and increase the size of the fracture holes, is observed. and also providing separation from the bottom of the part of the rock mass that has experienced a destructive effect, is divided by cracks, but still held in the holes of destruction by the forces of its internal connections.

В результате повышается эффективность разрушения горной породы на забое, заключающаяся в более высокой скорости проходки скважин в средних по твердости и мягких хрупких непластичных породах.As a result, the efficiency of rock destruction at the bottom increases, which consists in a higher rate of penetration of wells in medium hardness and soft brittle non-elastic rocks.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показано заявляемое буровое долото штыревого типа;in FIG. 1 shows the inventive pin type drill bit;

на фиг. 2 показан механизм разрушения породы предлагаемым долотом, где: хвостовик - 1; соединительные шлицы - 2; шайба торовая - 3; эксцентричный полусферический выступ - 4; шайба фиксирующая - 5; подвижная часть головки долота - 6; неподвижная часть головки долота - 7; шарнирный элемент - 8; упругий элемент - 9; породоразрушающие элементы -10; цилиндрическая шайба - 11; болты - 12,ударник - 13.in FIG. 2 shows the mechanism of rock destruction by the proposed bit, where: shank - 1; connecting slots - 2; torus washer - 3; eccentric hemispherical protrusion - 4; locking washer - 5; movable part of the bit head - 6; fixed part of the bit head - 7; hinge element - 8; elastic element - 9; rock cutting elements -10; cylindrical washer - 11; bolts - 12, drummer - 13.

Головка долота состоит из подвижной 6 и неподвижной 7 частей, связываемых шарнирным элементом 8. Поддержание подвижной части головки долота в исходном положении производится с помощью упругого элемента 9.The head of the bit consists of a movable 6 and a fixed 7 parts connected by a hinge element 8. Maintaining the movable part of the head of the bit in the initial position is carried out using an elastic element 9.

Для разрушения пород на забое подвижная часть головки долота содержит породоразрушающие элементы 10. Для сборки подвижной и неподвижной частей головки бурового долота конструкция оснащена цилиндрической шайбой 11, закрепляемой на головке долота болтами 12.To destroy rocks at the bottom, the movable part of the bit head contains rock-breaking elements 10. For assembling the movable and stationary parts of the drill bit head, the design is equipped with a cylindrical washer 11 fixed to the bit head with bolts 12.

Предлагаемое буровое долото для ударно-вращательного бурения работает следующим образом. Торовая шайба 3 верхним торцом воспринимает центральный ударный импульс от ударник 13, передавая хвостовику внецентренный ударный импульс посредством выступа 4 на нижнем торце торовой шайбы 3, при этом возможность поворота торовой шайбы 3 снимает изгибающий момент с хвостовика 1.The proposed drill bit for rotary hammer drilling works as follows. The torus washer 3 receives the central impact impulse from the hammer 13 by the upper end, transmitting an eccentric shock impulse to the shank by means of the protrusion 4 on the lower end of the torus washer 3, while the possibility of turning the torus washer 3 removes the bending moment from the shank 1.

Изгибающий момент М=ΔР⋅Е, где ΔР - сила удара, Н; Е - эксцентриситет размещения выступа 4 на торце торовой шайбы 3. Применение подвижной торовой шайбы устраняет изгибающий момент М, что не исключает передачу к вооружению долота внецентренного ударного импульса.Bending moment M = ΔР⋅Е, where ΔР - impact force, N; E - the eccentricity of the protrusion 4 on the end of the torus washer 3. The use of a movable torus washer eliminates the bending moment M, which does not exclude the transfer of an eccentric shock impulse to the armament.

Внецентренный ударный импульс, сообщенный хвостовику 1, передается головке долота, вызывая поворот подвижной полусферической части головки долота 6 в плоскости нанесения внецентренного удара на некоторый угол β (фиг. 2). Поворот подвижной полусферической части головки долота 6 обеспечивает возникновение тангенциальных ударных усилий, приводящих к изменению формы лунок разрушения, повышению их размеров и обеспечивающих отделение от забоя части массива горной породы, которая испытывает разрушающее действие, разделена трещинами, но еще удерживается в лунках разрушения силами своих внутренних связей.An eccentric shock pulse communicated to the shank 1 is transmitted to the bit head, causing the movable hemispherical part of the bit head 6 to rotate in the plane of the eccentric strike by a certain angle β (Fig. 2). The rotation of the movable hemispherical part of the head of the bit 6 provides the appearance of tangential impact forces, leading to a change in the shape of the fracture holes, an increase in their size and separation from the bottom of the rock mass, which experiences a destructive effect, is divided by cracks, but is still held in the fracture holes by the forces of its internal connections.

Величина тангенциального смещения породоразрушающих элементов 10 задается величиной угла β. Например, для очень твердых пород угол β может быть мал или равен нулю, а по мере снижения твердости и повышения пластичности породы увеличиваться до максимально возможных значений. Тангенциальное смещение породоразрушающих элементов будут задаваться размерами подвижной полусферической головки 6 и размерами породоразрушающих элементов 10.The value of the tangential displacement of the rock-cutting elements 10 is set by the angle β. For example, for very hard rocks, the angle β can be small or equal to zero, and as the hardness decreases and the ductility of the rock decreases, increase to the maximum possible value. The tangential displacement of the rock cutting elements will be determined by the dimensions of the moving hemispherical head 6 and the dimensions of the rock cutting elements 10.

Для возвращения подвижной полусферической части головки 6 в исходное положение после окончания цикла разрушения долото оснащено упругим элементом 9.To return the moving hemispherical part of the head 6 to its original position after the end of the fracture cycle, the bit is equipped with an elastic element 9.

Применение предложенного бурового долота для ударно-вращательного бурения позволит повысить эффективность разрушения средних и мягких хрупких непластичных горных пород на забое скважины при проходке геологоразведочных и других скважин различного целевого назначения с использованием забойных ударных механизмов.The use of the proposed drill bit for rotational percussion drilling will increase the efficiency of destruction of medium and soft brittle non-ductile rocks at the bottom of the well when sinking exploration and other wells for various purposes using downhole percussion mechanisms.

Claims (1)

Буровое долото для ударно-вращательного бурения, состоящее из хвостовика и полусферической головки с размещенными на ее рабочей поверхности породоразрушающими элементами, отличающееся тем, что на торцевой части хвостовика установлена с возможностью углового поворота в вертикальной плоскости торовая шайба с эксцентричным выступом на нижнем торце, а подвижная полусферическая часть головки снабжена шарнирным элементом, обеспечивающим возможность поворота подвижной части головки относительно хвостовика в плоскости размещения эксцентричного выступа в противоположном от него направлении, при этом подвижная полусферическая часть головки с противоположной стороны от эксцентричного выступа торовой шайбы оснащена упругим элементом.Drill bit for impact-rotary drilling, consisting of a shank and a hemispherical head with rock cutting elements located on its working surface, characterized in that a torus washer with an eccentric protrusion at the lower end is mounted on the end part of the shank with the possibility of angular rotation in the vertical plane, and the hemispherical part of the head is equipped with a hinge element that allows the movable part of the head to rotate relative to the shank in the plane of the eccentric ary protrusion from it in the opposite direction, the movable hemispherical head portion on the opposite side of the eccentric protrusion torus washers equipped with an elastic member.
RU2018118680A 2018-05-21 2018-05-21 Drill bit for percussion-rotary drilling RU2682824C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018118680A RU2682824C1 (en) 2018-05-21 2018-05-21 Drill bit for percussion-rotary drilling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018118680A RU2682824C1 (en) 2018-05-21 2018-05-21 Drill bit for percussion-rotary drilling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682824C1 true RU2682824C1 (en) 2019-03-21

Family

ID=65858618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018118680A RU2682824C1 (en) 2018-05-21 2018-05-21 Drill bit for percussion-rotary drilling

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682824C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU829846A1 (en) * 1979-05-18 1981-05-15 Отделение Экспериментальных Исследо-Ваний Центрального Научно-Исследова-Тельского Геологоразведочного Инсти-Тута Цветных И Благородных Металлов Rotary bit for rotary-percussive drilling
SU1355685A1 (en) * 1984-12-29 1987-11-30 Кузнецкий машиностроительный завод Drilling bit
RU2039185C1 (en) * 1992-10-23 1995-07-09 Иркутский политехнический институт Apparatus for directed drilling by percussion-rotary method
US20090139773A1 (en) * 2007-11-21 2009-06-04 Peter Nava Percussive drill bit for rock drilling and method for the manufacture of such a drill bit
RU169571U1 (en) * 2016-11-08 2017-03-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН) PIPE TYPE DRILL BIT

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU829846A1 (en) * 1979-05-18 1981-05-15 Отделение Экспериментальных Исследо-Ваний Центрального Научно-Исследова-Тельского Геологоразведочного Инсти-Тута Цветных И Благородных Металлов Rotary bit for rotary-percussive drilling
SU1355685A1 (en) * 1984-12-29 1987-11-30 Кузнецкий машиностроительный завод Drilling bit
RU2039185C1 (en) * 1992-10-23 1995-07-09 Иркутский политехнический институт Apparatus for directed drilling by percussion-rotary method
US20090139773A1 (en) * 2007-11-21 2009-06-04 Peter Nava Percussive drill bit for rock drilling and method for the manufacture of such a drill bit
RU169571U1 (en) * 2016-11-08 2017-03-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН) PIPE TYPE DRILL BIT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO20110518A1 (en) Pulse Generator
US7240744B1 (en) Rotary and mud-powered percussive drill bit assembly and method
US20010054515A1 (en) Downhole apparatus
NO328123B1 (en) Drilling apparatus and method of drilling
US20110240366A1 (en) Inner Bit Disposed within an Outer Bit
US7762353B2 (en) Downhole valve mechanism
US20200149349A1 (en) Hybrid drill bit
CN106246175A (en) A kind of pulsing jet and mechanical shock combined-breaking rock mechanism
RU2682824C1 (en) Drill bit for percussion-rotary drilling
CN112901063B (en) Injection-suction type drilling speed-increasing tool
CN104481406B (en) Particle impacting well test drill bit
JP2020510150A (en) Hybrid bit including earth boring and percussion elements for drilling formations
US20070137895A1 (en) Percussion drill bit with V-shaped splines
RU191770U1 (en) DRILL BIT FOR SHOCK AND ROTARY DRILLING
RU2237148C2 (en) Method and device for drilling wells
US8528664B2 (en) Downhole mechanism
US6112835A (en) Drilling apparatus having a radially displaceable reamer
ES2763384T3 (en) Percussion drilling with high frequency fluid powered hammer drill in hard formations
CN208669201U (en) One-way fashion impactor based on turbine and spring
RU2236540C1 (en) Vibrating means for well drilling
CN218716512U (en) Multi-composite impact drilling tool
US20120012394A1 (en) Air Percussion Drilling In Horizontal Wells
RU2200801C1 (en) Gear for directional drilling of holes
WO2008112117A1 (en) Bit rebounding bumper for down-the-hole rock drilling hammer
US20240229563A1 (en) PDC Drill Bit with Swing Self-adaptive Cushion Structure