RU2792864C1 - Core bit - Google Patents
Core bit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792864C1 RU2792864C1 RU2022122144A RU2022122144A RU2792864C1 RU 2792864 C1 RU2792864 C1 RU 2792864C1 RU 2022122144 A RU2022122144 A RU 2022122144A RU 2022122144 A RU2022122144 A RU 2022122144A RU 2792864 C1 RU2792864 C1 RU 2792864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radius
- bit
- range
- cutters
- axis
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области бурения скважин, а именно к буровым инструментам и может использоваться в боковых сверлящих керноотборниках для отбора образцов горных пород из стенок нефтяных и газовых скважин.The present invention relates to the field of well drilling, namely to drilling tools and can be used in side drilling core samplers for sampling rocks from the walls of oil and gas wells.
Известна кольцевая буровая коронка, содержащая корпус с присоединительной резьбой, разделенный промывочными каналами на секторы, которые с торцевой поверхности снабжены резцами, армированными алмазно-твердосплавными пластинами (пат. РФ №2359103, Е21В 10/48).Known annular drill bit containing a body with a connecting thread, divided by flushing channels into sectors, which are equipped with cutters from the end surface, reinforced with diamond-carbide plates (U.S. Pat. RF No. 2359103,
Недостаток известной коронки заключается в том, что в ней не предусмотрены конструктивные элементы в промывочных каналах для более эффективного выноса разбуриваемого шлама из зоны резания породы.The disadvantage of the known bit is that it does not provide structural elements in the flushing channels for more efficient removal of drilling cuttings from the cutting zone of the rock.
Известна алмазная буровая коронка (Авт. Свид. №594291, Е21В 9/36), включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными каналами на сектора с резцами, в которой для улучшения очистки забоя от шлама, соотношение длины сектора к длине промывочного канала выбрано 3:1, при этом количество секторов выбрано в соответствии с соотношением: где: n - количество секторов, D - диаметр коронки, мм, а- 19±1,5 мм.Known diamond drill bit (Ed. Certificate No. 594291, E21B 9/36), including a body and a diamond-containing matrix, divided by flushing channels into sectors with cutters, in which to improve the cleaning of the bottomhole from cuttings, the ratio of the length of the sector to the length of the flushing channel is selected 3 :1, while the number of sectors is selected in accordance with the ratio: where: n - number of sectors, D - crown diameter, mm, a - 19 ± 1.5 mm.
Недостаток известной конструкции заключается в том, что для улучшения очистки забоя от шлама, автор предлагает увеличить длину промывочных каналов без учета формы промывочных каналов, создающих эффект инжекции (линейное ускорение) течения жидкости во время вращения коронки при бурении.The disadvantage of the known design is that in order to improve the cleaning of the bottomhole from cuttings, the author proposes to increase the length of the flushing channels without taking into account the shape of the flushing channels that create the effect of injection (linear acceleration) of the fluid flow during the rotation of the bit during drilling.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности процесса разбуривания горной породы за счет интенсивного процесса промывки коронки от шлама путем конструктивного изменения формы промывочных каналов.The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of the rock drilling process due to the intensive process of flushing the cuttings from the drill bit by constructively changing the shape of the flushing channels.
Указанная задача решается тем, что в кольцевой буровой коронке, содержащей корпус с присоединительной резьбой на одном конце и с алмазно-твердосплавными резцами в торце корпуса, в отличие от известного, алмазно-твердосплавные резцы в виде цилиндрических пластин впаяны в торце в пазах под углом 18-22 град, к оси корпуса коронки, изготовленного в виде полого усеченного конуса с углом С, равным 5-8 град, подъема образующей конуса к оси корпуса, который выполнен с внутренним диаметром Д1 и наружным диаметром Д, при этом между указанными резцами исполнена выборка, выполненная с разными радиусами - на внутреннем диаметре Д1 - с радиусом R1 и на наружном диаметре Д - с радиусом R2, причем радиус R1 выбирается из диапазона: 5-10 мм, a R2 - из диапазона 10-30 мм, кроме того, исполненная выборка имеет форму конусообразных сегментов с увеличивающейся к периферии глубиной h, изменяемой в диапазоне от 2,5 до 7 мм.This problem is solved by the fact that in an annular drill bit containing a body with a connecting thread at one end and with diamond-hard-alloy cutters at the end of the body, in contrast to the well-known, diamond-hard-alloy cutters in the form of cylindrical plates are soldered at the end in grooves at an angle of 18 -22 degrees, to the axis of the body of the crown, made in the form of a hollow truncated cone with an angle C equal to 5-8 degrees, the rise of the generatrix of the cone to the axis of the body, which is made with an inner diameter D 1 and an outer diameter D, while between these incisors is made sampling made with different radii - on the inner diameter D 1 - with a radius R 1 and on the outer diameter D - with a radius R 2 , and the radius R 1 is selected from the range: 5-10 mm, and R 2 - from the range 10-30 mm, in addition, the executed sample has the form of cone-shaped segments with a depth h increasing towards the periphery, which varies in the range from 2.5 to 7 mm.
На фиг. 1 изображен общий вид кольцевой буровой коронки с резцами и выборками.In FIG. 1 shows a general view of the annular drill bit with cutters and cuts.
На фиг. 2 показан разрез корпуса коронки с с внутренним диаметром Д1 и наружным диаметром Д.In FIG. 2 shows a section of the body of the crown with an inner diameter D 1 and an outer diameter D.
На фиг. 3 представлена форма выборки с глубиной h.In FIG. Figure 3 shows the sample shape with depth h.
На фиг. 4 показан вид сверху кольцевой буровой коронки с выборками без резцов.In FIG. 4 shows a plan view of an annular drill bit with recesses without incisors.
На фиг. 5 изображена форма выборки в форме конусообразных сегментов с увеличивающейся к периферии глубиной h1 и h2.In FIG. 5 shows the shape of the sample in the form of cone-shaped segments with depth h 1 and h 2 increasing towards the periphery.
На фиг. 6 показаны алмазно-твердосплавные резцы в виде цилиндрических пластин, которые впаяны в торце коронки под углом 18-22 град, к оси корпуса коронки.In FIG. 6 shows diamond-carbide cutters in the form of cylindrical plates, which are soldered into the end face of the bit at an angle of 18-22 degrees to the axis of the body of the bit.
На фиг. 7 изображен режущий инструмент в виде «ласточкиного хвоста» с односторонним углом α 10-40 град, для выполнения выборки.In FIG. 7 shows a cutting tool in the form of a "dovetail" with a one-sided angle α 10-40 degrees, for sampling.
На фиг. 8 показаны: R1 - расстояние от оси вращения режущего инструмента до образующей сегмента конуса L1 соответственно к Д1.In FIG. 8 shows: R 1 - the distance from the axis of rotation of the cutting tool to the generatrix of the segment of the cone L 1 , respectively, to D 1 .
На фиг. 9 показаны: R2 - расстояние от оси 9 вращения режущего инструмента 10 до образующей сегмента конуса L2 соответственно к Д.In FIG. 9 shows: R 2 - the distance from the
Коронка состоит из корпуса 1 и алмазно-твердосплавных резцов 2 (фиг. 1).The crown consists of a
Корпус коронки 1 выполнен в виде полого усеченного конуса с углом С, равным 5-8 град, подъема конусной образующей 3 к оси 4. (фиг. 2). Алмазно-твердосплавные резцы 2 в виде цилиндрических пластин впаяны в торце 5 в пазах 6, под углом 18-22 град, к оси 4 корпуса коронки 1 (фиг. 6, фиг. 1). Со второго торца выполнена резьба 7 для крепления к приводу (привод не показан) Корпус коронки 1 выполнен с внутренним диаметром Д1 и наружным диаметром Д. Наружный диаметр Д зависит от угла подъема С. Внутренний диаметр Д1 задается конструктивно и зависит от диаметра отбираемого керна и диаметра резцов 2 (фиг. 2).The body of the
Между резцами 2 исполнена выборка 8, выполненная с разными радиусами: на внутреннем диаметре Д1 - с радиусом R1 и на наружном диаметре Д - с радиусом R2 (R1<R2). Выборка 8 имеет форму конусообразных сегментов с увеличивающейся к периферии глубиной h1 и h2, с наклоном Л к периферии (к радиусу Д), как показано на фиг. 5, и предназначена для выноса разбуриваемого шлама. Радиус R1 выбирается из диапазона: 5-10 мм, a R2 - из диапазона 10-30 мм.Between the
На глубину выборки влияет расстояние между резцами 2. Глубина выборки изменяется в диапазоне от 2,5 до 7 мм.The distance between the
На фиг. 3 представлена форма выборки 8 с глубиной h. Выборки 8 между резцами 2 выполнены с помощью режущего инструмента, который представлен на фиг. 7.In FIG. Figure 3 shows
Режущий инструмент имеет форму фрезы 9 в виде «ласточкиного хвоста» с односторонним углом α 10-40 град.The cutting tool has the shape of a
На фиг. 5 показан угол β, (составляющий 65-90 град.), наклона оси 10 фрезы к оси 4 корпуса 1 коронки. Угол α (10-40 град.)- угол режущего инструмента.In FIG. 5 shows the angle β, (comprising 65-90 degrees), of the inclination of the
Угол α, угол β и угол С зависят от диаметров Д, Д1, n количества и диаметра резцов 2.Angle α, angle β and angle C depend on the diameters D, D 1 , n, the number and diameter of the
На фиг. 8 показаны: R1 - расстояние от оси 9 вращения режущего инструмента 10 до образующей сегмента конуса L1 соответственно к Д1.In FIG. 8 shows: R 1 - the distance from the
На фиг. 9 - R2 - расстояние от оси 9 вращения режущего инструмента 10 до образующей сегмента конуса L2 соответственно к Д.In FIG. 9 - R 2 - the distance from the
На фиг. 8 и 9 ось 10 режущего инструмента 9 спроецирована в точку O1 и О2 на оси 4.In FIG. 8 and 9, the
Поскольку выборка 8 представляет собой углубление в виде частей конусообразных секторов развитых к периферии, выполненных с разным радиусом R1 и R2, то площади этих сегментов будут разными.Since
Исходя из формулы, площадь сегмента равна:Based on the formula, the area of the segment is equal to:
где: R - радиус, z - хорда, L - длинна дуги, h - глубина выборки.where: R - radius, z - chord, L - arc length, h - sampling depth.
На фиг. 8 площадь сегмента с глубиной h1 будет равна:In FIG. 8 the area of the segment with depth h 1 will be equal to:
где: R1 - радиус, z1 - хорда, L1 - длинна дуги, h1 - глубина.where: R 1 - radius, z 1 - chord, L 1 - arc length, h 1 - depth.
На фиг. 9 площадь сегмента с глубиной h22 будет равна:In FIG. 9 the area of the segment with
где: R2 - радиус, z2 - хорда, L2 - длинна дуги, h2 - глубина.where: R 2 - radius, z 2 - chord, L 2 - arc length, h 2 - depth.
При этом R2>R1, z2>z1, h2>h1 L2>L1, следовательно S2>S1 S2-S1=ΔS (10%-30%), полученная разность площадей и создает при вращении коронки эффект инжекции.In this case, R 2 >R 1 , z 2 >z1, h 2 >h 1 L 2 >L 1 , therefore S 2 >S 1 S 2 -S 1 =ΔS (10% -30%), the resulting area difference creates when rotating the crown, the effect of injection.
Кольцевая буровая коронка работает следующим образом.Annular drill bit works as follows.
Буровая коронка, присоединенная с помощью резьбы 7 к приводу, например, бокового сверлящего керноотборника (не показан), вращается и при соприкосновении с породой скважины резцы 2 разрушают ее с образованием шлама, который выносится из зоны резания через промывочные каналы в виде выборки 8.The drill bit connected via
Выборки 8 между резцами 2 выполнены с помощью режущего инструмента, который представлен на фиг. 7.The
Режущий инструмент имеет форму фрезы 9 в виде «ласточкиного хвоста» с односторонним углом α=10-40 град. Во время выполнения выборки 8 фреза 9 устанавливается под углом β, (составляющий 65-90 град., наклона оси 10 фрезы к оси 4 корпуса 1 коронки) к поверхности между резцами 2 и производится вырезывание сегментов с разными радиусами: на внутреннем диаметре Д1 - с радиусом R1 и на наружном диаметре Д - с радиусом R2 (R1<R2) (фиг. 5). Конструктивно радиус R1 выбирается из диапазона: 5 - 10 мм, a R2 - из диапазона 10-30 мм.The cutting tool has the shape of a
Выборка 8 имеет форму конусообразных сегментов с увеличивающейся к периферии глубиной h1 и h2, с наклоном Л к периферии, (угол наклона Л - переменная величина, зависящая от улов α и β и возникает в результате выполнения выборки 8 с разными радиусами R1<R2), как показано на фиг. 5.
На глубину выборки 8 влияет расстояние между резцами 2. Глубина выборки изменяется в диапазоне от 2,5 до 7 мм.The depth of
Поскольку выборка 8 представляет собой углубление в виде частей конусообразных секторов развитых к периферии, выполненных с разным радиусом R1 и R2, то площади этих сегментов будут разными.Since
На фиг. 8 площадь сегмента с глубиной h1 будет равна:S1=R1(L1-z1)+z1* h1/2, где: R1-радиус, z1- хорда, L1- длинна дуги, h1- глубина.In FIG. 8 the area of the segment with depth h 1 will be equal to: S 1 \u003d R 1 (L 1 -z 1 ) + z 1 * h 1 / 2, where: R 1 is the radius, z 1 is the chord, L 1 is the length of the arc, h 1 - depth.
На фиг. 9 площадь сегмента с глубиной h 2/2 будет равна: S2=R2(L2-z2)+z2* h2/2, где: R2-радиус, z2- хорда, L2- длинна дуги, h2- глубина.In FIG. 9 the area of the segment with depth h 2 /2 will be equal to: S 2 \u003d R 2 (L 2 -z 2 ) + z 2 * h 2 /2, where: R2 is the radius, z 2 is the chord, L 2 is the length of the arc, h 2 - depth.
При этом R2>R1, z2>z1, h2>h1 L2>L1, следовательно S2>S1 S2-S1=Δ S (10%-30%), полученная разность площадей и создает при вращении коронки эффект инжекции.In this case, R 2 >R 1 , z 2 >z1, h 2 >h 1 L 2 >L 1 , therefore S 2 >S 1 S 2 -S 1 =Δ S (10% -30%), the resulting area difference and creates an injection effect when the crown rotates.
Инжекция-дополнительный приток жидкости во время вращения коронки при бурении объясняется действием разности давлений в секторах, выполненных с разными радиусами R1 и R2, в соответствии формуле Пуазейля: скорость протекания жидкости по трубе -V зависит от разности давлений P1 - Р2 на концах трубы, ее длины L, радиуса R и вязкости жидкости.Injection - additional influx of fluid during the rotation of the bit during drilling is explained by the effect of the pressure difference in sectors made with different radii R 1 and R 2 , in accordance with the Poiseuille formula: the rate of fluid flow through the pipe -V depends on the pressure difference P 1 - P 2 on pipe ends, its length L, radius R and fluid viscosity.
а в центре трубы: and in the center of the pipe:
В том случае, когда подвижная система (жидкость) не только движется поступательно, но и вращается, добавляются еще центробежные силы инерции и сила Кориолиса.In the case when the moving system (liquid) not only moves forward, but also rotates, centrifugal inertia forces and the Coriolis force are added.
В соответствии с известной формулой, центробежная сила: Fцб=m ⋅ ω2⋅r, здесь r - радиус - вектор, направленный перпендикулярно от оси вращения к материальной точке, и характеризующий положение тела относительно этой оси, m - масса, ω2 - скорость.In accordance with the well-known formula, the centrifugal force: F cb \u003d m ⋅ ω 2 ⋅ r, here r is the radius - a vector directed perpendicularly from the axis of rotation to a material point, and characterizing the position of the body relative to this axis, m is the mass, ω 2 - speed.
В соответствии с известной формулой, силы инерции Кориолиса: Fкор=2m[v, ω].In accordance with the well-known formula, the Coriolis inertia force: Fcor =2m[v, ω].
Исходя из формулы Кориолиса, где r1=Д1/2, а r2=Д 2/2, при Д 2/2>Д1/2, следует, что скорость на периферии будет возрастать. По формуле Пуазейля скорость потока жидкости меняется в зависимости от изменения сечения в канале (см. расчет площадей по формулам 2 и 3), следовательно на выборке 8 возникает зона пониженного давления, что вызывает дополнительные приток жидкости (эффект инжекции).Based on the Coriolis formula, where r1=D 1 /2, and r2=D 2 /2, when D 2 /2>D 1 /2, it follows that the speed at the periphery will increase. According to the Poiseuille formula, the fluid flow rate changes depending on the change in the cross section in the channel (see the calculation of areas according to
В процессе отбора керна разрушенная порода за счет центробежной силы выносится на периферию за пределы коронки через выборки 8, которые выполнены в виде сектора конуса с большем диаметром к периферии, отсюда следует площадь тела, выбранного на внутреннем диаметре Д1 с радиусом R1 меньше площади тела, выбранного на диаметре Д с радиусом R2, что при вращении позволяет создавать эффект инжекции, за счет чего увеличивается скорость выноса разрушенной породы, при этом наклон плоскости Л не позволяет удерживать последнюю, что существенно улучшает работу отбора керна.In the process of core sampling, the destroyed rock due to centrifugal force is carried to the periphery beyond the crown through
Совокупность указанных признаков отличается от признаков известных аналогов.The combination of these features differs from the features of known analogues.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2792864C1 true RU2792864C1 (en) | 2023-03-28 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU594291A1 (en) * | 1972-10-04 | 1978-02-25 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сверхтвердых Материалов Ан Украинской Сср | Diamond drilling bit |
RU2053346C1 (en) * | 1992-03-25 | 1996-01-27 | Институт горного дела Севера СО РАН | Rock cutting tool for vibratory rotary drilling |
US20030226694A1 (en) * | 2002-06-06 | 2003-12-11 | Steven Moseley | Core drill bit with geometrically defined cutting elements |
RU39160U1 (en) * | 2003-12-05 | 2004-07-20 | Закрытое акционерное общество "Царскосельский завод - София" | BORED-BREAKING TOOLS FOR ROTARY DRILLING |
US20050139396A1 (en) * | 2002-02-12 | 2005-06-30 | Karl Kammerer | Fixing arrangement |
RU2359103C1 (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-20 | Александр Яковлевич Третьяк | Circular bore bit |
RU2551575C1 (en) * | 2013-11-12 | 2015-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук | Crown bit |
RU2613712C1 (en) * | 2016-03-29 | 2017-03-21 | Александр Александрович Третьяк | Anti-vibration ring drill crown |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU594291A1 (en) * | 1972-10-04 | 1978-02-25 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сверхтвердых Материалов Ан Украинской Сср | Diamond drilling bit |
RU2053346C1 (en) * | 1992-03-25 | 1996-01-27 | Институт горного дела Севера СО РАН | Rock cutting tool for vibratory rotary drilling |
US20050139396A1 (en) * | 2002-02-12 | 2005-06-30 | Karl Kammerer | Fixing arrangement |
US20030226694A1 (en) * | 2002-06-06 | 2003-12-11 | Steven Moseley | Core drill bit with geometrically defined cutting elements |
RU39160U1 (en) * | 2003-12-05 | 2004-07-20 | Закрытое акционерное общество "Царскосельский завод - София" | BORED-BREAKING TOOLS FOR ROTARY DRILLING |
RU2359103C1 (en) * | 2007-12-11 | 2009-06-20 | Александр Яковлевич Третьяк | Circular bore bit |
RU2551575C1 (en) * | 2013-11-12 | 2015-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук | Crown bit |
RU2613712C1 (en) * | 2016-03-29 | 2017-03-21 | Александр Александрович Третьяк | Anti-vibration ring drill crown |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2288778B1 (en) | Sonic drill bit for core sampling | |
US3851719A (en) | Stabilized under-drilling apparatus | |
US6976547B2 (en) | Actuator underreamer | |
RU2469173C2 (en) | Well drilling bit, and drilling method | |
NO164858B (en) | FRESEVERKTOEY. | |
US6962216B2 (en) | Wedge activated underreamer | |
US6575255B1 (en) | Pantograph underreamer | |
US4503920A (en) | Masonry bit | |
EA002048B1 (en) | Downhole milling device | |
US6591922B1 (en) | Pantograph underreamer and method for forming a well bore cavity | |
RU2792864C1 (en) | Core bit | |
US20210054695A1 (en) | Continuous sampling drill bit | |
US6644422B1 (en) | Pantograph underreamer | |
RU2268348C1 (en) | Drilling bit | |
RU2693082C1 (en) | Rock cutting tool | |
US3289776A (en) | Underdrilling bit | |
RU2095539C1 (en) | Drill bit | |
US20230358103A1 (en) | Continuous sampling drill bit | |
RU2543226C2 (en) | Method for enlargement and reaming of well shaft | |
NO169609B (en) | Borehole expansion tool | |
SU825833A1 (en) | Crown for drilling with hydraulic transport of core | |
US1515434A (en) | Drill bit | |
CN211974883U (en) | Large cutting head of double-speed double-center drilling speed-increasing equipment for increasing drilling speed of oil and gas well | |
RU204556U1 (en) | Milling cutter | |
SU1120736A1 (en) | Drill bit |