RU60588U1

RU60588U1 - DIAMOND DRILL BIT

Info

Publication number: RU60588U1
Application number: RU2006130811/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Евдокимович Будюков; Василий Иванович Спирин; Игорь Анатольевич Ососов; Вячеслав Владимирович Нескоромных; Павел Сергеевич Пушмин; Рустам Зияутдинович Курбанкулов
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-01-27

Abstract

Предлагается алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на кернообразующие сектора, смещенные относительно среднего радиуса матрицы внутрь корпуса, и скважинообразующие сектора, смещенные к периферии, отличающиеся тем, что суммарная площадь поперечного сечения кернообразующих и скважинообразующих секторов составляет 0,6÷0,7 площади поперечного сечения матрицы, а передняя и задняя грани секторов образуют угол с вершиной, лежащей на окружности с диаметром, равным 0,15÷0,20 наружного диаметра коронки, при этом гладкая часть корпуса выполнена с диметром, равным 0,90÷0,95 диаметра матрицы.A diamond drill bit is proposed, including a body and a diamond-containing matrix, divided by flushing grooves into core-forming sectors offset relative to the average radius of the matrix inside the body, and well-forming sectors offset to the periphery, characterized in that the total cross-sectional area of core-forming and well-forming sectors is 0.6 ÷ 0.7 cross-sectional areas of the matrix, and the front and rear faces of the sectors form an angle with a vertex lying on a circle with a diameter equal to 0.15 ÷ 0.20 outer diameter of the crown, while the smooth part of the body is made with a diameter equal to 0.90 ÷ 0.95 of the diameter of the matrix.

В формуле полезной модели количество независимых пунктов формулы - 1.In the utility model formula, the number of independent claims is 1.

Description

Полезная модель относится к породоразрушающему инструменту, а именно к алмазным буровым коронкам, армированным природными или синтетическими алмазами, и может найти применение при бурении геологоразведочных скважин.The utility model relates to a rock cutting tool, namely to diamond drill bits reinforced with natural or synthetic diamonds, and may find application in drilling exploration wells.

Известна алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на кернообразующие сектора и скважинообразующие сектора при этом длины одной пары секторов не равны длинам другой пары секторов, (Патент РФ, М. кл. Е 21 В 10/48 №49085 «Алмазная буровая коронка»).A well-known diamond drill bit, comprising a housing and a diamond-containing matrix, divided by flushing grooves into core-forming sectors and well-forming sectors, while the lengths of one pair of sectors are not equal to the lengths of another pair of sectors, (RF Patent, M. CL E 21 B 10/48 No. 49085 " Diamond drill bit ").

Однако данная конструкция буровой коронки не обеспечивает стабилизацию направления скважины в процессе бурения вследствие: нерационального отношения суммарной площади поперечного сечения кернообразующие и скважинообразующих секторов к площади поперечного сечения матрицы, не оптимальной схемы расположения секторов и нерационального диаметра корпуса коронки. За прототип принята алмазная буровая коронка, включающая корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на кернообразующие сектора, смещенные относительно среднего радиуса матрицы внутрь корпуса и скважинообразующие сектора, смещенные к периферии (Патент РФ М. кл. Е 21 В 10/48 №2170321 «Алмазная буровая коронка»). Недостатком этой буровой коронки является то, что вследствие нерациональной площади поперечного сечения скважинообразующих и кернообразующих секторов и не оптимального диаметра корпуса коронки не достигается достаточное уменьшение контактной площади торцовой поверхности матрицы и надежной стабилизации коронки при бурении.However, this design of the drill bit does not provide stabilization of the direction of the well during drilling due to: the irrational ratio of the total cross-sectional area of core-forming and bore-forming sectors to the cross-sectional area of the matrix, not the optimal arrangement of sectors and the irrational diameter of the crown body. A diamond drill bit including a body and a diamond-containing matrix divided by flushing grooves into core-forming sectors displaced relative to the average radius of the matrix inside the body and well-forming sectors displaced to the periphery (RF Patent M. Cl. E 21 V 10/48 No. 2170321 “ Diamond drill bit "). The disadvantage of this drill bit is that due to the irrational cross-sectional area of the bore-forming and core-forming sectors and the not optimal diameter of the bit body, a sufficient reduction in the contact area of the end face of the matrix and reliable stabilization of the bit during drilling are not achieved.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение степени стабилизации направления скважины. Задача полезной модели - создание конструкции коронки, обеспечивающей повышение стабилизации направления скважины и эффективности бурения. Технический результат - повышение степени стабилизации направления скважины и снижение энергозатрат процесса бурения путем уменьшения контактной площади рабочей поверхности матрицы с горной породой и выбора рациональных схемы расположения рабочих секторов в коронке и диаметра корпуса коронки.The proposed technical solution is aimed at increasing the degree of stabilization of the direction of the well. The objective of the utility model is to create a crown design that provides improved stabilization of the direction of the well and drilling efficiency. The technical result is an increase in the degree of stabilization of the direction of the well and a reduction in the energy consumption of the drilling process by reducing the contact area of the working surface of the matrix with the rock and choosing rational layouts of the working sectors in the crown and the diameter of the crown body.

Поставленная задача решается тем, что в алмазной буровой коронке, включающей корпус и алмазосодержащую матрицу, разделенную промывочными пазами на кернообразующие сектора, смещенные относительно среднего радиуса матрицы внутрь корпуса, и скважинообразующие сектора, смещенные The problem is solved in that in a diamond drill bit, comprising a body and a diamond-containing matrix, divided by flushing grooves into core-forming sectors, offset relative to the average radius of the matrix inside the body, and bore-forming sectors, offset

к периферии, суммарная площадь поперечного сечения кернообразующих и скважинообразующих секторов составляет 0,6÷0,7 площади поперечного сечения матрицы, а передняя и задняя грани секторов образуют угол с вершиной, лежащей на окружности с диаметром равным 0,15÷0,20 наружного диаметра коронки, при этом гладкая часть корпуса выполнена с диаметром, равным 0,90÷0,95 диаметра матрицы.to the periphery, the total cross-sectional area of the core-forming and bore-forming sectors is 0.6 ÷ 0.7 of the cross-sectional area of the matrix, and the front and rear faces of the sectors form an angle with a vertex lying on a circle with a diameter equal to 0.15 ÷ 0.20 of the outer diameter crowns, while the smooth part of the body is made with a diameter equal to 0.90 ÷ 0.95 of the diameter of the matrix.

На фиг.1 изображена коронка, общий вид, на фиг.2 - вид со стороны рабочего торца. Алмазная буровая коронка содержит алмазосодержащую матрицу 1, корпус 2, кернообразующие сектора 3, промывочные пазы 4 и скважинообразующие секторы 5 с передней и задней гранями 6.Figure 1 shows the crown, a General view, figure 2 is a view from the side of the working end. The diamond drill bit contains a diamond-containing matrix 1, body 2, core-forming sectors 3, flushing grooves 4 and bore-forming sectors 5 with front and rear faces 6.

Схема расположения кернообразующих и скважинообразующих секторов в коронке такова, что их передние и задние грани 6 образуют угол γ с вершиной, лежащей на окружности с диаметром d, равным 0,15÷0,20 наружного диаметра D коронки.The arrangement of core-forming and bore-forming sectors in the crown is such that their front and rear faces 6 form an angle γ with a vertex lying on a circle with a diameter d of 0.15 ÷ 0.20 of the outer diameter D of the crown.

Благодаря тому, что суммарная площадь поперечного сечения кернообразующих и скважинообразующих секторов составляют 0,6÷0,7 площади поперечного сечения матрицы при бурении уменьшается общая нагрузка на коронку при сохранности оптимальной удельной нагрузки, что способствует повышению степени стабилизации направления скважины.Due to the fact that the total cross-sectional area of the core-forming and bore-forming sectors is 0.6 ÷ 0.7 of the cross-sectional area of the matrix during drilling, the total load on the crown decreases while maintaining the optimal specific load, which helps to increase the degree of stabilization of the direction of the well.

Причем при значениях отношения суммарной площади поперечного сечения кернообразующих и скважинообразующих секторов к площади поперечного сечения матрицы менее 0,6 происходит интенсивный износ коронок, а при значении этого отношения более 0,7 дальнейшее повышение стабилизации уже не происходит.Moreover, when the values of the ratio of the total cross-sectional area of core-forming and bore-forming sectors to the cross-sectional area of the matrix are less than 0.6, crowns undergo intensive wear, and with a value of this ratio of more than 0.7, a further increase in stabilization does not occur.

Вследствие того, что передняя и задняя грани секторов образуют угол с вершиной, лежащей на окружности с диаметром, равным 0,15÷0,20 наружного диаметра коронки обеспечиваются оптимальные условия для насыщенности секторов алмазами, охлаждения алмазов и полного выноса разбуренного шлама.Due to the fact that the front and rear faces of the sectors form an angle with a vertex lying on a circle with a diameter of 0.15 ÷ 0.20 of the outer diameter of the crown, optimal conditions are provided for the saturation of the sectors with diamonds, cooling of the diamonds and the complete removal of the drilled cuttings.

При диаметре окружности d меньше 0,15 D ширина промывочных пазов уменьшается, ухудшаются условия охлаждения алмазов и затрудняется When the circle diameter d is less than 0.15 D, the width of the washing grooves decreases, the cooling conditions of the diamonds deteriorate and it becomes difficult

вынос разбуренного шлама из-под торца коронки. При увеличении диаметра окружности d больше 0,2 D ширина промывочных пазов увеличивается, однако уменьшается площадь рабочих секторов, а, следовательно, и насыщенность коронки алмазами. Вследствие этого уменьшается и ресурс коронки.removal of drilled sludge from under the end face of the crown. With an increase in the diameter of the circle d more than 0.2 D, the width of the washing grooves increases, however, the area of the working sectors decreases, and, consequently, the saturation of the crown with diamonds. As a result of this, the crown resource is also reduced.

Благодаря тому, что гладкая часть корпуса коронки выполнена с диаметром равным 0,90÷0,95 диаметра матрицы, устраняется в значительной мере зазор между корпусом коронки и стенкой скважины на значительной высоте корпуса, что повышает степень стабилизации направления скважины при бурении.Due to the fact that the smooth part of the crown body is made with a diameter equal to 0.90 ÷ 0.95 of the diameter of the matrix, the gap between the crown body and the wall of the well at a considerable height of the body is eliminated, which increases the degree of stabilization of the direction of the well during drilling.

При значениях диаметра корпуса менее 0,9 диаметра матрицы стабилизация направления скважины не наблюдается, а при значениях диаметра корпуса более 0,95 диаметра матицы дальнейшее повышение степени стабилизации уже не происходит.With values of the body diameter less than 0.9 of the diameter of the matrix, stabilization of the direction of the well is not observed, and with values of the body diameter of more than 0.95 of the diameter of the matrix, a further increase in the degree of stabilization no longer occurs.

Алмазная буровая коронка работает следующим образом: при создании окружного и осевого усилий происходит разрушение породы алмазной буровой коронкой, промывочная жидкость проходит внутрь корпуса 2, омывает матрицу 1, кернообразующие сектора 3 и скважинообразующие сектора 5 и через промывочные пазы 4 выносит шлам в затрубное пространство и далее на поверхность.A diamond drill bit works as follows: when creating a circumferential and axial force, the rock is destroyed by a diamond drill bit, the flushing fluid passes into the body 2, washes the matrix 1, core-forming sectors 3 and well-forming sectors 5, and carries out cuttings into the annulus through the flushing grooves 4 and then to the surface.

Благодаря такому выполнению коронки осевое и окружное усилие, передаваемые на алмазную буровую коронку обеспечивают эффективное разрушение пород забоя при минимальном значении осевого усилия и одновременное сохранение заданного направления скважины с установленными допусками на его отклонение.Due to this embodiment of the crown, the axial and circumferential forces transmitted to the diamond drill bit provide effective destruction of the face rocks with a minimum value of the axial force and at the same time preserve the specified direction of the well with established tolerances for its deviation.

Изготовление алмазных коронок по данному техническому решению возможно по серийной технологии, принятой в ТулНИГП, где была изготовлена экспериментальная партия таких коронок. В результате лабораторных испытаний алмазных коронок, изготовленных по техническому решению авторов, путем сравнительного бурения по блокам гранита установлено, что применение этих коронок позволяет повысить степень стабилизации направления скважин и механическую скорость бурения на 40-50% по сравнению с аналогичным показателем база сравнения - коронок 02И3The production of diamond crowns according to this technical solution is possible according to the serial technology adopted at TulNIGP, where an experimental batch of such crowns was made. As a result of laboratory tests of diamond crowns, made according to the technical solution of the authors, by comparative drilling on granite blocks, it was found that the use of these crowns allows to increase the degree of stabilization of the direction of the wells and the mechanical drilling speed by 40-50% compared with the same indicator base comparison - crowns 02I3

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в проведении скважины в заданную точку подсечения залежей полезного ископаемого при определенной производительности бурения. Экономический эффект на одну коронку составляет 3000,0 руб.The technical and economic efficiency of the proposed technical solution consists in conducting the well to a predetermined point of cutting mineral deposits with a specific drilling performance. The economic effect on one crown is 3000.0 rubles.

Claims

Diamond drill bit, comprising a casing and a diamond-containing matrix, divided by flushing grooves into core-forming sectors, offset relative to the average radius of the matrix inside the body and well-forming sectors, offset to the periphery, characterized in that the total cross-sectional area of core-forming and bore-forming sectors is 0.6 ÷ 0 , 7 the cross-sectional area of the matrix, and the front and rear faces of the sectors form an angle with a vertex lying on a circle with a diameter equal to 0.15 ÷ 0.20 of the outer diameter to Ronchi, wherein the smooth body portion formed with a diameter equal to 0.90 ÷ 0.95 Matrix diameter.