UA79602C2

UA79602C2 - Drill crown

Info

Publication number: UA79602C2
Application number: UA20040503351A
Authority: UA
Inventors: Robert Kostiantynovyc Bohdanov; Oleksandr Oleksandr Shulzhenko; Anatolii Petrovych Zakora; Oleksandr Mykhailovych Isonkin
Original assignee: Bakul Inst Of Superhard Materi; Robert Kostiantynovyc Bohdanov; Oleksandr Oleksandr Shulzhenko; Anatolii Petrovych Zakora; Oleksandr Mykhailovych Isonkin
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2004-05-05
Publication date: 2007-07-10

Abstract

Drill crown that provides possibility of formation of zone of pre-destruction during all the period of operation of instrument has body with diamond-carrying matrix separated with washing slots to sectors reinforced with cylindrical cutters made of artificial diamond. Cylindrical cutters are prominent with respect to the matrix. Cylindrical cutters are inclined to the end of the matrix in such way that diagonal plane going through opposite in diameter points of bases of cylinder and dividing it into halves coincides with end plane of matrix.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід стосується породоруинівного шструментА, а саме до бурових коронок, і може бути використаний при 2 бурінні геологорозвідувальних свердловин.The invention relates to a rock-crushing tool, namely to drill bits, and can be used when drilling exploratory wells.

Відома бурова коронка |див. Исаев М.И. Технический прогресе и новніе достижения в колонковом бурениий.A well-known drill bit | see Isaev M.I. Technical progress and new achievements in column drilling.

Л., Недра, 1976, с.99, рис.451), що містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці циліндричними різцями із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї. 70 Відома також найбільш близька по технічній суті до пропонованої бурова коронка |див.авт.св.СРСРL., Nedra, 1976, p. 99, fig. 451), which contains a case with a diamond-bearing matrix divided by washing grooves into sectors, reinforced with cylindrical cutters made of synthetic diamonds obliquely installed to the end of the matrix, protruding relative to it. 70 It is also known that the drill bit that is closest to the proposed one in technical terms

Мо1020565, МПКЗ Е21810/48, опубл.30.05.1983р.і|, що, як і вищеописана коронка, містить корпус з алмазоносною матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці циліндричними різцями із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї, причому суміжні робочі сектори виконані різної довжини й у кожнім секторі з більшою довжиною різці встановлені з перекриттям 6-0,2-0,4а4, а в секторі с меншою довжиною - з неперекриттям 1-0,3-0,5 а, де а - діаметр різця.Mo1020565, IPKZ E21810/48, publ. 05/30/1983, which, like the above-described crown, contains a case with a diamond-bearing matrix divided by washing grooves into sectors, reinforced with cylindrical cutters made of synthetic diamonds obliquely installed to the end of the matrix, protruding relative to it, and adjacent working sectors are made of different lengths, and in each sector with a longer length, cutters are installed with an overlap of 6-0.2-0.4a4, and in a sector with a shorter length - with a non-overlapping 1-0.3-0.5a, where a is the cutter diameter.

Недоліки описаних бурових коронок полягають у неможливості забезпечити стабільне передруйнування породи протягом усього періоду роботи інструмента через недостатньо продуману схему розташування різців у матриці і невідпрацьован/сть вибору розмірів алмазів у матриці, а також площ контактних поверхонь секторів матриці відносно сумарної площі контактної поверхні різців у секторі, що призводить до зниження руйнівної здатності бурової коронки і механічної швидкості буріння.The disadvantages of the described drill bits consist in the impossibility of ensuring stable rock destruction during the entire period of the tool’s operation due to an insufficiently thought-out arrangement of the cutters in the matrix and the lack of practice in choosing the sizes of diamonds in the matrix, as well as the areas of the contact surfaces of the sectors of the matrix relative to the total area of the contact surface of the cutters in the sector. which leads to a decrease in the destructive capacity of the drill bit and the mechanical speed of drilling.

В основу винаходу поставлено завдання такого удосконалення бурової коронки, при якому за рахунок вибору пропонованого кута нахилу різців забезпечується можливість створення зони передруйнування протягом усього періоду роботи інструмента, за рахунок вибору пропонованих розмірів алмазів у матриці і різцях виключаються підпали матриці і забезпечується найбільш ефективний винос шламу з зони відпрацьовування, а за рахунок с пропонованого вибору величини площі контактної поверхні сектора відносно сумарної площі контактної поверхні (3 різців у секторі додатково забезпечується виключення можливості утворення залишків цілини незруйнованої породи, що ще в більшій мірі підвищить руйнівну здатність бурової коронки, як наслідок перерахованих вище технічних ефектів забезпечується підвищення руйнівної здатності бурової коронки з одночасним підвищенням механічної швидкості буріння. счThe basis of the invention is the task of such improvement of the drill bit, in which, due to the selection of the proposed angle of inclination of the cutters, the possibility of creating a predestruction zone is ensured during the entire period of operation of the tool, due to the selection of the proposed sizes of diamonds in the matrix and cutters, burning of the matrix is excluded and the most effective removal of sludge from working area, and due to the proposed selection of the area of the contact surface of the sector relative to the total area of the contact surface (3 cutters in the sector, it is additionally ensured that the possibility of the formation of remnants of intact unbroken rock remains is excluded, which will further increase the destructive capacity of the drill bit, as a result of the above-mentioned technical effects, an increase in the destructive capacity of the drill bit with a simultaneous increase in the mechanical speed of drilling is provided.

Поставлене завдання вирішується завдяки тому, що в буровій коронці, що містить корпус з алмазоносною Га») матрицею, розділеною промивними пазами на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці циліндричними різцями із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї, згідно винаходу циліндричні різці ее, нахилені до торця матриці таким чином, що діагональна площина, яка проходить через діаметрально протилежні ФУ точки основ циліндра різця і ділить його навпіл, співпадає з торцевою площиною матриці, оптимальним при 3о цьому є, якщо розмір алмазів у матриці складає 0,07-0,14 діаметра різця, а площа контактної поверхні сектора в матриці в 1,8-2,4 рази більше від сумарної площі контактної поверхні різців у секторі.The task is solved due to the fact that in the drill bit, which contains a body with a diamond-bearing Ha») matrix, divided by washing grooves into sectors, reinforced with cylindrical cutters made of synthetic diamonds, installed obliquely to the end of the matrix, protruding relative to it, according to the invention, cylindrical cutters ee, inclined to the end of the matrix in such a way that the diagonal plane, which passes through the diametrically opposite FU points of the base of the cutter cylinder and divides it in half, coincides with the end plane of the matrix, the optimal in this case is if the size of the diamonds in the matrix is 0.07-0, 14 diameter of the cutter, and the area of the contact surface of the sector in the matrix is 1.8-2.4 times greater than the total area of the contact surface of the cutters in the sector.

Причинно-наслідковий зв'язок між пропонованою сукупністю ознак і технічними ефектами, які досягаються при її реалізації, полягає в наступному. «The cause-and-effect relationship between the proposed set of features and the technical effects achieved during its implementation is as follows. "

В процесі буріння різці, що виступають над алмазоносною матрицею, створюють у масиві породи, що З розбурюються, зону передруйнування, а алмази матриці, працюючи по попередньо зруйнованій породі, с завершують процес руйнування. Частки зруйнованої породи потім за допомогою промивної рідини виносяться на з» поверхню свердловини. Передруйнування породи повинне супроводжувати процес буріння протягом усього періоду роботи інструмента. Це можливо повною мірою тоді, коли діагональна площина різців, що проходить через діаметрально протилежні точки основ циліндра різця і яка ділить його навпіл, співпадає з торцевою площиною матриці. Якщо основа циліндричного різця з боку частини, що набігає, буде виступати над поверхнею 7 матриці, то в просторі між цією основою і поверхнею матриці буде накопичуватись шлам, що додатково зношує (се) матрицю. Основа з боку частини циліндричного різця, що збігає, повинна знаходитися в тілі матриці так, щоб крайня точка його знаходилася у торцевій площин/ матриці. Якщо ж ця основа циліндричного різця буде б виступати над поверхнею матриці, то в просторі частини різця, що збігає, буде накопичуватись шлам, що о 20 додатково зношує матрицю. Максимальна руйнівна здатність бурової коронки буде забезпечена тоді, коли взаємодія з породою буде здійснюватись усією виступаючою над поверхнею матриці частиною циліндричного із різця.In the process of drilling, the cutters protruding above the diamond-bearing matrix create a predestruction zone in the massif of the rock that is destroyed, and the diamonds of the matrix, working on the previously destroyed rock, complete the destruction process. Particles of the destroyed rock are then carried to the surface of the well with the help of a washing liquid. The transformation of the rock should accompany the drilling process during the entire period of operation of the tool. This is fully possible when the diagonal plane of the cutters, which passes through diametrically opposite points of the bases of the cylinder of the cutter and which divides it in half, coincides with the end plane of the matrix. If the base of the cylindrical cutter on the side of the approaching part will protrude above the surface 7 of the matrix, then in the space between this base and the surface of the matrix, sludge will accumulate, which additionally wears out the matrix. The base on the side of the part of the cylindrical cutter that coincides should be located in the body of the matrix so that its extreme point is located at the end plane/matrix. If this base of the cylindrical cutter protrudes above the surface of the matrix, then in the space of the coinciding part of the cutter, sludge will accumulate, which will additionally wear the matrix by 20%. The maximum destructive capacity of the drill bit will be ensured when the interaction with the rock will be carried out by the entire part of the cylindrical cutter protruding above the surface of the matrix.

Якщо розмір алмазів у матриці буде складати менше ніж 0,07 діаметра різця, то алмази матриці не зможуть ефективно завершувати процес руйнування породи, тому що не в змозі зруйнувати великі частки шламу, що 25 утворяться після різців, а вони, у свою чергу, не зможуть проходити в малий зазор між алмазами і матрицею.If the size of the diamonds in the matrix will be less than 0.07 of the diameter of the cutter, then the diamonds of the matrix will not be able to effectively complete the process of rock destruction, because they will not be able to destroy the large particles of sludge that will be formed after the cutters, and they, in turn, will not will be able to pass into the small gap between the diamonds and the matrix.

ГФ) Незруйновані частки шламу будуть накопичуватись у призабійному просторі, додатково зношуючи матрицю. При цьому підвищується потужність, затрачувана на руйнування породи, і може виникнути підпал матриці. Якщо ж о розмір алмазів у матриці буде складати більше від 0,14 діаметра різця, то частки шламу будуть значно менше зазору між алмазами і матрицею і будуть цілком виноситися рідиною, що недостатньо для нормального зносу 60 матриці й оголення алмазів матриці. Робота коронки в таких умовах буде малоефективною. Оптимальним є співвідношення 0,07-0,14. При цьому в породі під різцем утвориться достатня зона передруйнування. Шлам невеликих розмірів під торцем матриці знаходиться в незначній кількості, що полегшує роботу алмазам матриці.GF) Undestroyed sludge particles will accumulate in the undercut space, additionally wearing out the matrix. At the same time, the power spent on rock destruction increases, and matrix ignition may occur. If the size of the diamonds in the matrix will be more than 0.14 of the diameter of the cutter, then the sludge particles will be much smaller than the gap between the diamonds and the matrix and will be completely carried out by the liquid, which is not enough for the normal wear of the matrix and the exposure of the diamonds of the matrix. The work of the crown in such conditions will be inefficient. The optimal ratio is 0.07-0.14. At the same time, a sufficient zone of predestruction will be formed in the rock under the cutter. There is a small amount of slime under the face of the matrix, which makes it easier for the diamonds of the matrix to work.

Вони остаточно руйнують поперед зруйновану породу без додаткових на це зусиль і збільшення потужності.They finally destroy previously destroyed rock without additional effort and power increase.

Як відомо, у залежності від фізико-механічних властивостей гірської породи ширина борозни руйнування Її бо перевищує ширину зануреної частини різця до 2 разів. Якщо перевищення площі контактної поверхні сектора матриці над сумарною площею контактної поверхні різців у секторі буде менше 1,8 разів, то в процесі буріння на вибої свердловини після проходження різців будуть залишатися цілини незруйнованої породи й алмази матричного шару будуть змушені виконувати додаткову роботу по передруйнуванню породи і тільки потім - по руйнуванню. Для цього потрібні додаткові витрати потужності і знижується швидкість буріння. Якщо перевищення площі контактної поверхні сектора матриці над сумарною площею контактної поверхні різців у секторі буде більше 2,4 разів, то в процесі буріння різці, що вступили в контакт із породою першими, будуть створювати розвинену зону передруйнування. Різці, що йдуть слідом за ними, будуть проходити повторно по вже поперед зруйнованій зоні і перемелювати частки шламу. У цьому випадку витрати енергії на руйнування породи різцями 70 будуть зростати за рахунок участі їх у перемелюванні шламу поперед зруйнованої породи. У свою чергу, додатковий шлам, що накопичується в зазорі між алмазами і матрицею, також може привести до підпалу коронки. При перевищенні площі контактної поверхні сектора матриці над сумарною площею контактної поверхні різців у секторі 1,8-2,4 рази відбувається оптимальний процес руйнування породи коронкою.As is known, depending on the physical and mechanical properties of the rock, the width of the furrow of its destruction exceeds the width of the submerged part of the cutter by up to 2 times. If the excess of the area of the contact surface of the matrix sector over the total area of the contact surface of the cutters in the sector is less than 1.8 times, then in the process of drilling on the wellbore after the cutters have passed through, there will remain virgin areas of unbroken rock and the diamonds of the matrix layer will be forced to perform additional work to re-destroy the rock and only then - by destruction. This requires additional power consumption and lowers the drilling speed. If the area of the contact surface of the matrix sector exceeds the total area of the contact surface of the cutters in the sector by more than 2.4 times, then during the drilling process, the cutters that came into contact with the rock first will create a developed zone of destruction. The cutters that follow them will repeatedly pass through the previously destroyed zone and grind the sludge particles. In this case, energy costs for rock destruction by cutters 70 will increase due to their participation in grinding the sludge in front of the destroyed rock. In turn, additional sludge that accumulates in the gap between the diamonds and the matrix can also cause the crown to catch fire. When the area of the contact surface of the matrix sector exceeds the total area of the contact surface of the cutters in the sector by 1.8-2.4 times, the optimal process of rock destruction by the crown occurs.

На кресленнях проілюстрована пропонована бурова коронка: на Фіг.1 представлений вид з боку робочого торця, на Фіг.2 - перетин А-А на Фіг.1 (повернено) у збільшеному масштабі.The drawings illustrate the proposed drill bit: Fig. 1 shows a view from the side of the working end, Fig. 2 shows the section AA in Fig. 1 (turned) on an enlarged scale.

Бурова коронка містить корпус 1 з алмазоносною матрицею 2, розділеною промивними пазами З на сектори, армовані похило встановленими до торця матриці 2 циліндричними різцями 4 із синтетичних алмазів, що виступають відносно неї, циліндричні різці 4 нахилені на кут до торця матриці 2 таким чином, що діагональна площина, яка проходить через діаметрально протилежні точки основ циліндра різця і яка ділить його навпіл, співпадає з торцевою площиною матриці 2, оптимальним при цьому буде, якщо розмір алмазів у матриці 2 складає 0,07-0,14 діаметра різця, а площа контактної поверхні сектора матриці 2 в 1,8-2,4 разів більше сумарної площі контактної поверхні різців 4 у секторі.The drill bit contains a body 1 with a diamond-bearing matrix 2, divided by washing grooves З into sectors, reinforced with cylindrical cutters 4 of synthetic diamonds installed obliquely to the end of the matrix 2, protruding relative to it, the cylindrical cutters 4 are inclined at an angle to the end of the matrix 2 in such a way that the diagonal plane, which passes through the diametrically opposite points of the base of the cutter cylinder and which divides it in half, coincides with the end plane of the matrix 2, it will be optimal if the size of the diamonds in the matrix 2 is 0.07-0.14 of the diameter of the cutter, and the area of the contact the surface of the sector of the matrix 2 is 1.8-2.4 times greater than the total area of the contact surface of the cutters 4 in the sector.

Пропонована бурова коронка працює так. сThe proposed drill bit works like this. with

При бурінні осьове навантаження і крутний момент передаються на сектори алмазоносної матриці 2 коронки.When drilling, the axial load and torque are transmitted to the sectors of the diamond-bearing matrix of the 2 crowns.

При цьому циліндричні різці 4, що виступають над алмазоносною матрицею 2, беруть участь у передруйнуванні і) породи, створюючи мережу макро-і мікротріщин, а алмази матриці 2 завершують процес руйнування породи.At the same time, the cylindrical cutters 4, protruding above the diamond-bearing matrix 2, participate in the destruction of i) the rock, creating a network of macro- and microcracks, and the diamonds of the matrix 2 complete the process of rock destruction.

Передруйнування породи супроводжує процес буріння протягом усього періоду роботи інструмента. Завдяки оптимальному вибору розміру алмазів у матриці 2 відносно діаметра різців 4 і співвідношення площ контактної с зо поверхні сектора матриці 2 до сумарної площі контактної поверхні різців 4 частки зруйнованої породи за допомогою промивної рідини виносяться на поверхню свердловини. При цьому виключена поява додаткового о шламу, що може накопичуватись в зазорі між алмазами і матрицею 2, а значить і можливість підпалів коронки. ГеThe transformation of the rock accompanies the drilling process during the entire period of operation of the tool. Thanks to the optimal selection of the size of the diamonds in the matrix 2 relative to the diameter of the cutters 4 and the ratio of the area of contact with the surface of the sector of the matrix 2 to the total area of the contact surface of the cutters 4, particles of the destroyed rock are carried to the surface of the well using the washing liquid. At the same time, the appearance of additional sludge, which can accumulate in the gap between the diamonds and the matrix 2, is excluded, which means the possibility of burning the crown. Ge

Claims

Formula of the invention 35 and -

1. A drill bit containing a body with a diamond-bearing matrix divided by washing grooves into sectors, reinforced with cylindrical cutters made of synthetic diamonds set obliquely to the end of the matrix and protruding relative to it, which is distinguished by the fact that the cylindrical cutters are inclined to the end of the matrix in such a way that « the diagonal plane, which passes through the diametrically opposite points of the base of the cylinder of the cutter and divides it from c in half, coincides with the end plane of the matrix.

2. Crown according to claim 1, which differs in that the size of the diamonds in the matrix is 0.07-0.14 of the cutter diameter. :z» Z. The crown according to claim 1, which differs in that the area of the contact surface of the sector of the matrix is 1.8-2.4 times larger than the total area of the contact surface of the incisors in the sector. -I se) (22) o 50 Ko) F) ime) 60 b5