RU39160U1

RU39160U1 - BORED-BREAKING TOOLS FOR ROTARY DRILLING

Info

Publication number: RU39160U1
Application number: RU2003135033/20U
Authority: RU
Inventors: И.А. Найвальт (RU); И.А. Найвальт; В.И. Рогач (RU); В.И. Рогач; Г.Л. Зверев (RU); Г.Л. Зверев; Н.Г. Васильев (RU); Н.Г. Васильев; А.М. Василевский (RU); А.М. Василевский; Г.Ю. Полишко (RU); Г.Ю. Полишко; М.И. Денисов (RU); М.И. Денисов; В.И. Цепенок (RU); В.И. Цепенок
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Царскосельский завод - София"
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2004-07-20

Abstract

Использование: для вращательного бурения скальных пород на небольшую глубину. Задача: повышение надежности и эксплуатационных возможностей породоразрушающего инструмента при существенном упрощении его конструкции. Сущность: породоразрушающий инструмент для вращательного бурения состоит из корпуса и вставок. Вставки установлены в пазах, расположенных по кольцу, и чередуются с канавками. Нижняя часть корпуса оснащена жестко соединенной с ним коронкой, наружный диаметр которой превышает наружный диаметр корпуса. Вставки и канавки расположены на коронке. Вставки выполнены в форме усеченной пирамиды, а канавки выполнены радиально направленными. На наружной поверхности коронки в области канавок выполнены радиальные выборки, а верхняя часть корпуса с помощью дна и ребер жесткости неразъемно соединена с хвостовиком.Usage: for rotary drilling of rock to a shallow depth. Objective: improving the reliability and operational capabilities of the rock cutting tool with a significant simplification of its design. SUBSTANCE: rock-cutting tool for rotary drilling consists of a body and inserts. The inserts are mounted in grooves arranged along the ring and alternate with grooves. The lower part of the housing is equipped with a crown rigidly connected to it, the outer diameter of which exceeds the outer diameter of the housing. The inserts and grooves are located on the crown. The inserts are made in the form of a truncated pyramid, and the grooves are made radially directed. On the outer surface of the crown in the area of the grooves, radial selections are made, and the upper part of the housing is inseparably connected to the shank using the bottom and stiffeners.

Description

Полезная модель относится к буровой технике, а именно к породоразрушающему инструменту для вращательного бурения скальных пород на небольшую глубину.The utility model relates to drilling equipment, namely to a rock cutting tool for rotational drilling of rock to a shallow depth.

Известен породоразрушающий инструмент [1] для вибровращательного бурения, предназначенный для бурения геологоразведочных скважин с отбором и без отбора керна с использованием высокочастотных вибраторов, напрмер, магнитострикторов. Известный породоразрушающий инструмент [1] содержит корпус и резцы из алмазно-твердосплавных пластин (АТП). Пластины АТП установлены с положительным передним углом. На твердосплавной подложке АТП выполнены радиальные или параллельные оси коронки в проекции на вертикальную плоскость прямолинейные пазы, образующие ребра жесткости. Пластины АТП могут иметь дополнительный надалмазный твердосплавный слой. Известный породоразрушающий инструмент [1] обладает высокой эффективностью бурения, которое осуществляется в две стадии. Одна группа породоразрушающих элементов подготавливает породу к разрушению, а Known rock cutting tool [1] for vibro-rotary drilling, designed for drilling exploration wells with and without coring using high-frequency vibrators, for example, magnetostrictors. Known rock cutting tool [1] contains a housing and cutters from diamond carbide inserts (ATP). ATP plates are installed with a positive rake angle. Radial or parallel to the axis of the crown are made on the carbide substrate of ATP in the projection onto the vertical plane of straight grooves forming stiffeners. ATP plates can have an additional over-diamond carbide layer. Known rock cutting tool [1] has high drilling efficiency, which is carried out in two stages. One group of rock-destroying elements prepares the rock for destruction, and

вторая разрушает. Это происходит путем наложения интенсивной вибрации на опережающие лезвия ребра жесткости. Однако конструкция известного породоразрушающего инструмента [1] очень сложна, а, кроме того, для обеспечения эффективной работы инструмента требуется специальное дорогостоящее оборудование, а именно -магнитострикционный высокочастотный вибратор.the second is destroying. This occurs by applying intense vibration to the leading blades of the stiffener. However, the design of the known rock cutting tool [1] is very complicated, and, in addition, to ensure the effective operation of the tool requires special expensive equipment, namely, a magnetostrictive high-frequency vibrator.

Известна также алмазная зубчато-ступенчатая коронка [2], имеющая более простую конструкцию, включающую корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную торцовыми и внутренними и наружными боковыми промывочными каналами на секторы. Для повышения эффективности работы путем улучшения очистки забоя от шлама, корпус выполнен с наружной кольцевой проточкой, сообщающейся с наружными боковыми промывочными каналами и имеющей поперечное сечение в форме прямоугольной трапеции. Площадь поперечного сечения и внутренних боковых промывочных каналов составляет 0,23-0,33 площади поперечного сечения наружных боковых промывочных каналов. Однако, известная алмазная зубчато-ступенчатая коронка [2], армированная природными, синтетическими алмазами и алмазно-твердосплавными пластинами не предназначена для бурения скальных пород. Она может быть использована только для бурения сравнительно мягких пород.Also known is a diamond gear-step crown [2], which has a simpler structure, comprising a housing and a diamond-containing matrix, divided by end and inner and outer side flushing channels into sectors. To increase work efficiency by improving the cleaning of the bottom of the sludge, the housing is made with an outer annular groove communicating with the outer side flushing channels and having a cross section in the shape of a rectangular trapezoid. The cross-sectional area and the inner side washing channels is 0.23-0.33 the cross-sectional area of the outer side washing channels. However, the well-known diamond gear-crown [2], reinforced with natural, synthetic diamonds and diamond carbide inserts, is not intended for drilling rock. It can only be used for drilling relatively soft rocks.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по своей технической сущности и достигаемому эффекту является буровая коронка [3], выбранная в качестве прототипа. Известная буровая коронка [3] содержит корпус, кольцевой торец которого армирован скважинообразующими и кернообразующими вставками. Вставки расположены двумя отдельными группами на противоположных сторонах кольцевого торца коронки. На одной стороне кольцевого торца размещены подряд три кернообразующие вставки, а на другой стороне, диаметрально противоположной, - пять скважинообразующих вставок. Количество вставок и их соотношение может быть другим. По мере вращения бурового вала коронка разрушает породу. Несимметричная схема расположения скважино- и кернообразующих вставок приводит к радиальному биению коронки за счет неуравновешенности сил, действующих на вставки со стороны стенки скважины и керна. Поперечные вибрации за счет этих сил приводят к разработке ствола скважины до номинального диаметра даже при износе коронки по наружному диаметру. Это обстоятельство является важным преимуществом известной буровой коронки [3], однако, конструктивно коронка выполнена как единое целое с корпусом, что можно отнести к недостаткам конструкции. Кроме того, недостатком прототипа является сложность конфигурации вставок, имеющих цилиндрическую форму, а, Closest to the proposed utility model in its technical essence and the achieved effect is the drill bit [3], selected as a prototype. Known drill bit [3] contains a housing, the annular end of which is reinforced with bore-forming and core-forming inserts. The inserts are located in two separate groups on opposite sides of the annular end face of the crown. Three core-forming inserts are placed in succession on one side of the annular end face, and five bore-forming inserts on the other side, diametrically opposite. The number of inserts and their ratio may be different. As the drill shaft rotates, the crown destroys the rock. The asymmetric arrangement of the borehole and core-forming inserts leads to a radial runout of the crown due to the imbalance of forces acting on the inserts from the side of the borehole wall and core. Transverse vibrations due to these forces lead to the development of the wellbore to the nominal diameter even when the crown is worn out on the outer diameter. This circumstance is an important advantage of the known drill bit [3], however, structurally, the crown is made as a unit with the body, which can be attributed to the design flaws. In addition, the disadvantage of the prototype is the complexity of the configuration of the inserts having a cylindrical shape, and,

следовательно, и сложность технологии их изготовления. Еще одним недостатком известной буровой коронки [4] является недостаточная жесткость корпуса коронки. Этим обусловлена невозможность ее применения для бурения скальных пород.therefore, the complexity of the technology for their manufacture. Another disadvantage of the known drill bit [4] is the lack of rigidity of the crown body. This explains the impossibility of its application for drilling rock.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности и эксплуатационных возможностей породоразрушающего инструмента при существенном упрощении его конструкции.The objective of the proposed utility model is to increase the reliability and operational capabilities of the rock cutting tool with a significant simplification of its design.

Для достижения этого технического результата предлагается породоразрушающий инструмент для вращательного бурения, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, состоит из корпуса и вставок. Вставки установлены в пазах, расположенных по кольцу, и чередуются с канавками. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известной буровой коронки [3], принятой за прототип, является то, что нижняя часть корпуса оснащена жестко соединенной с ним коронкой, наружный диаметр которой превышает наружный диаметр корпуса. Вставки и канавки расположены на коронке. Вставки выполнены в форме усеченной пирамиды, а канавки выполнены радиально направленными. На наружной поверхности коронки в области канавок выполнены радиальные выборки, а верхняя часть корпуса с помощью дна и ребер жесткости неразъемно соединена с хвостовиком.To achieve this technical result, a rock cutting tool for rotary drilling is proposed, which, like the one closest to it, selected as a prototype, consists of a body and inserts. The inserts are mounted in grooves arranged along the ring and alternate with grooves. A feature of the proposed utility model that distinguishes it from the well-known drill bit [3], adopted as a prototype, is that the lower part of the body is equipped with a crown rigidly connected to it, the outer diameter of which exceeds the outer diameter of the body. The inserts and grooves are located on the crown. The inserts are made in the form of a truncated pyramid, and the grooves are made radially directed. On the outer surface of the crown in the area of the grooves, radial selections are made, and the upper part of the housing is inseparably connected to the shank using the bottom and stiffeners.

Технический результат, достигнутый в предлагаемой полезной модели, получен за счет следующего.The technical result achieved in the proposed utility model is obtained due to the following.

В заявляемой полезной модели предложена конструкция породоразрушающего инструмента, предназначенного для вращательного бурения скальных пород на глубину порядка 1 метра. В отличие от прототипа корпус в заявляемой полезной модели выполнен из двух частей: собственно корпуса и жестко соединенной с ним коронки, наружный диаметр которой превышает наружный диаметр корпуса. Разница в диаметрах упомянутых элементов конструкции способствует уменьшению трения при внедрении породоразрушающего инструмента в скважину.In the claimed utility model, the construction of a rock cutting tool is proposed for rotational drilling of rock to a depth of about 1 meter. In contrast to the prototype, the housing in the claimed utility model is made of two parts: the housing itself and a crown rigidly connected to it, the outer diameter of which exceeds the outer diameter of the housing. The difference in the diameters of the mentioned structural elements helps to reduce friction when introducing a rock cutting tool into the well.

Кроме того, в отличие от прототипа, снабженного вставками цилиндрической формы, в предлагаемой полезной модели установлены вставки, выполненные в форме усеченной пирамиды, которые работают при разрушении скальных пород более эффективно.In addition, in contrast to the prototype, equipped with inserts of a cylindrical shape, the proposed utility model has inserts made in the form of a truncated pyramid, which work more effectively when rock is destroyed.

Такие существенные признаки, как радиальное направление канавок, а также наличие радиальных выборок на наружной поверхности коронки облегчают удаление шлама из зоны работы породоразрушающего инструмента, а также предотвращают закусывание режущего инструмента.Significant features such as the radial direction of the grooves, as well as the presence of radial samples on the outer surface of the crown facilitate the removal of sludge from the working area of the rock cutting tool, and also prevent biting of the cutting tool.

В предлагаемой полезной модели верхняя часть корпуса с помощью In the proposed utility model, the upper part of the housing with

дна и ребер жесткости неразъемно соединена с хвостовиком. В результате этого существенно увеличена . жесткость верхней части породоразрушающего инструмента, что является особенно важным для бурения таких твердых пород, как скальные.the bottom and stiffeners are inseparably connected to the shank. As a result, this is substantially increased. the rigidity of the upper part of the rock cutting tool, which is especially important for drilling hard rock such as rock.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.Thus, the combination of the above features allows us to solve the tasks.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - вид сбоку предлагаемого породоразрушающего инструмента (осевой разрез);figure 1 is a side view of the proposed rock cutting tool (axial section);

на фиг.2 - вид А на фиг.1 (рабочий торец инструмента, фрагмент).figure 2 - view And figure 1 (the working end of the tool fragment).

Породоразрушающий инструмент для вращательного бурения состоит из трубчатого корпуса 1 (см. фиг.1), к нижней части которого приварена коронка 2, имеющая форму кольца, наружный диаметр которого больше, чем наружный диаметр трубчатого корпуса 1. На коронке 2 имеются пазы, в которые впаяны износостойкие вставки 3, выполненные, например, из твердого сплава ВК 6, чередующиеся с радиально направленными канавками 4 (см. фиг.2), предназначенными для удаления шлама. Вставки 3 имеют форму усеченной пирамиды, они выпускаются рядом отечественных и зарубежных фирм. На наружной поверхности коронки 2 в области радиально направленных канавок 4 The rock cutting tool for rotary drilling consists of a tubular body 1 (see Fig. 1), a crown 2 having a ring shape, the outer diameter of which is larger than the outer diameter of the tubular body 1, is welded to the lower part of the crown 2 there are grooves in which wear-resistant inserts 3 are soldered, made, for example, of VK 6 hard alloy, alternating with radially directed grooves 4 (see FIG. 2), designed to remove sludge. Insert 3 have the shape of a truncated pyramid, they are produced by a number of domestic and foreign companies. On the outer surface of the crown 2 in the area of the radially directed grooves 4

выполнены радиальные выборки 5, также способствующие удалению отработанной породы. В верхнюю часть трубчатого корпуса 1 вварено дно 6, в отверстие которого устанавливается и также вваривается хвостовик 7, служащий для соединения породоразрушающего инструмента с механизмом, обеспечивающим вращательное движение инструмента. Кроме того, хвостовик 7 соединяется с дном 6 трубчатого корпуса 1 с помощью приваренных к хвостовику 7 и к дну 6 четырех ребер жесткости 8, придающих конструкции породоразрушающего инструмента дополнительную жесткость.made radial samples 5, also contributing to the removal of waste rock. In the upper part of the tubular body 1, a bottom 6 is welded into the hole of which a shank 7 is installed and also welded, which serves to connect the rock cutting tool with a mechanism that provides rotational movement of the tool. In addition, the shank 7 is connected to the bottom 6 of the tubular body 1 by means of four stiffeners 8 welded to the shank 7 and to the bottom 6, which add additional rigidity to the construction of the rock cutting tool.

Породоразрушающий инструмент для вращательного бурения работает следующим образом.A rock cutting tool for rotary drilling works as follows.

Хвостовик 7 породоразрушающего инструмента закрепляется в устройстве для вращательного бурения. Под действием осевой нагрузки и вращающего момента бурового вала, которые передаются через корпус 1 и коронку 2, породоразрушающие вставки 3 внедряются в породу, разрушая ее. Образовавшиеся при этом продукты разрушения выносятся через канавки 4 из зоны работы породоразрушающего инструмента в затрубное пространство потоком промывочной жидкости.The shank 7 of the rock cutting tool is fixed in the device for rotary drilling. Under the action of axial load and torque of the drill shaft, which are transmitted through the housing 1 and the crown 2, rock-cutting inserts 3 are embedded in the rock, destroying it. The resulting fracture products are carried out through the grooves 4 from the working area of the rock cutting tool into the annulus by the flow of washing liquid.

Таким образом, предлагаемый породоразрушающий инструмент для вращательного бурения, имеющий описанную выше конструкцию, обеспечивает повышение надежности и эксплуатационных Thus, the proposed rock cutting tool for rotary drilling, having the design described above, provides increased reliability and operational

возможностей устройства, при этом существенно упрощается конструкция инструмента.device capabilities, while significantly simplifying the design of the tool.

Claims

A rock cutting tool for rotary drilling, consisting of a housing and grooves installed in grooves arranged along a ring, alternating with grooves, characterized in that the lower housing is equipped with a crown rigidly connected to it, the outer diameter of which exceeds the outer diameter of the housing, the inserts and grooves are located on the crown, while the inserts are made in the form of a truncated pyramid, the grooves are made radially directed, on the outer surface of the crown in the area of the grooves are made radial samples, and the upper Part body via the bottom, and stiffening ribs are integrally connected to the shank.